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DE102011000620B4 - Free piston device and method for operating a free piston device - Google Patents

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DE102011000620B4
DE102011000620B4 DE201110000620 DE102011000620A DE102011000620B4 DE 102011000620 B4 DE102011000620 B4 DE 102011000620B4 DE 201110000620 DE201110000620 DE 201110000620 DE 102011000620 A DE102011000620 A DE 102011000620A DE 102011000620 B4 DE102011000620 B4 DE 102011000620B4
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Cornelius Ferrari
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Deutsches Zentrum fuer Luft und Raumfahrt eV
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Abstract

Es ist eine Freikolbenvorrichtung mit mindestens einem Freikolbenmotor vorgesehen, umfassend mindestens eine Kolbenaufnahme, in welcher mindestens ein Expansionsraum für die Expansion eines Arbeitsmediums gebildet ist und in welcher mindestens ein Rückfederraum gebildet ist, und eine linear bewegliche Kolbeneinrichtung mit mindestens einem Kolben, wobei eine erste Kolbenseite der Kolbeneinrichtung den mindestens einen Expansionsraum begrenzt und eine zweite Kolbenseite der Kolbeneinrichtung den mindestens einen Rückfederraum begrenzt und wobei in dem mindestens einen Rückfederraum eine Rückfedereinrichtung für die Bereitstellung einer Rückstellkraft für die Kolbeneinrichtung angeordnet ist, wobei mindestens ein Kompressionsraum vorgesehen ist, welcher von dem mindestens einen Expansionsraum und dem mindestens einen Rückfederraum getrennt ist, welcher durch mindestens einen Kolben der Kolbeneinrichtung begrenzt ist, und in welchem mittels der Kolbeneinrichtung eine Federeinrichtung und/oder ein Medium komprimierbar ist.There is provided a free-piston device with at least one free-piston engine, comprising at least one piston seat, in which at least one expansion space for the expansion of a working medium is formed and in which at least one resilience space is formed, and a linearly movable piston device with at least one piston, wherein a first piston side the piston device delimits the at least one expansion space and a second piston side of the piston device delimits the at least one resilience space and wherein in the at least one resilience space a return spring means for providing a restoring force for the piston device is arranged, wherein at least one compression space is provided, which of the at least one Expansion space and the at least one resilience space is separated, which is bounded by at least one piston of the piston device, and in which by means of the piston means a Federeinrich tion and / or a medium is compressible.

Description

Die Erfindung betrifft eine Freikolbenvorrichtung mit mindestens einem Freikolbenmotor, umfassend mindestens eine Kolbenaufnahme, in welcher mindestens ein Expansionsraum für die Expansion einer Arbeitsmediums gebildet ist und in welcher mindestens ein Rückfederraum gebildet ist, und eine linear bewegliche Kolbeneinrichtung mit mindestens einem Kolben, wobei eine erste Kolbenseite der Kolbeneinrichtung mindestens einen Expansionsraum begrenzt und eine zweite Kolbenseite der Kolbeneinrichtung den mindestens einen Rückfederraum begrenzt und wobei in dem mindestens einen Rückfederraum eine Rückfedereinrichtung für die Bereitstellung einer Rückstellkraft für die Kolbeneinrichtung angeordnet ist.The invention relates to a free-piston device with at least one free-piston engine, comprising at least one piston receptacle, in which at least one expansion space for the expansion of a working medium is formed and in which at least one resilience space is formed, and a linearly movable piston device with at least one piston, wherein a first piston side the piston device delimits at least one expansion space and a second piston side of the piston device delimits the at least one resilience space and wherein in the at least one resilience space a return spring device for providing a restoring force for the piston device is arranged.

Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zum Betreiben einer Freikolbenvorrichtung.The invention further relates to a method for operating a free-piston device.

Freikolbenvorrichtungen sind beispielsweise aus der WO 03/091556 A1 und der EP 1 398 863 A1 bekannt.Free piston devices are for example from the WO 03/091556 A1 and the EP 1 398 863 A1 known.

Aus der WO 2007/147789 A1 ist ein Verfahren zum Betreiben einer Freikolbenvorrichtung bekannt, bei welchem die Rückstellkraft im Betrieb der Freikolbenvorrichtung gesteuert und/oder geregelt wird, indem der Sollwert mindestens einer Zustandsgröße eines Gases im Rückfederraum vorgegeben wird, der Istwert erfasst wird und bei Abweichung vom Sollwert zumindest näherungsweise an denselben angeglichen wird.From the WO 2007/147789 A1 a method for operating a free-piston device is known in which the restoring force is controlled and / or regulated during operation of the free-piston device by the desired value of at least one state variable of a gas in the resilience space is specified, the actual value is detected and at deviation from the target value at least approximately to the same is adjusted.

Steuerungs- und Regelungsverfahren für Freikolbenvorrichtungen sind in dem Artikel ”Free-Piston Diesel Engine Timing and Control – Towards Electronic Cam- and Crankshaft” von T. A. Johansen et al., in IEEE Trans. Control Systems Technology, 10(188–190), 2002, und ”Dynamics and Control of a Free-Piston Diesel Engine” von T. A. Johansen et al., in Proc. American Control Conference, Arlington, VA., 2001, beschrieben.Control and regulation techniques for free piston devices are described in the article "Free-Piston Diesel Engine Timing and Control - Towards Electronic Cam and Crankshaft" by TA Johansen et al., In IEEE Trans. Control Systems Technology, 10 (188-190), 2002 , and "Dynamics and Control of a Free-Piston Diesel Engine" by TA Johansen et al., in Proc. American Control Conference, Arlington, Va., 2001.

Aus der DE 43 44 915 A1 ist ein Linearverbrennungsmotorgenerator bekannt, bei dem zwei gegenüberliegende, nach Zweitakt-Prinzip arbeitende Kolben einen Läufer mit einem oder mehreren spulenförmigen Magnetpolpaaren zu Hin- und Her-Linearbewegungen bringen und dadurch am zylinderförmigen Ständer in den Wicklungen elektrischen Strom erzeugen.From the DE 43 44 915 A1 For example, a linear combustion engine generator is known in which two opposed pistons operating on a two-stroke principle bring a rotor with one or more coil-shaped pairs of magnetic poles into reciprocating linear motion and thereby generate electric current on the cylindrical stator in the windings.

Aus der DE 198 13 992 A1 ist eine Freikolben-Brennkraftmaschine mit elektrischer Energieauskopplung bekannt. Es ist ein nichtmetallischer, permanentmagnetischer Kolben in einem Zylinder vorgesehen, welcher durch Verbrennungsdruck in lineare Schwingbewegungen versetzt wird. Die Energieauskopplung erfolgt auf induktivem Wege durch um den Zylinder herum angeordnete Spulen.From the DE 198 13 992 A1 is a free-piston internal combustion engine with electrical energy output known. It is a non-metallic, permanent magnetic piston provided in a cylinder, which is offset by combustion pressure in linear oscillatory movements. The energy extraction takes place inductively by arranged around the cylinder coils.

In dem Artikel ”Vergleich von Gasfedervarianten mit variabler Kennlinie für einen Freikolbenmotor” von S.-E. Pohl und C. Ferrari, Forsch. Ingenieurwesen (2007) 71: Seiten 181 bis 188, sind Gasfedervarianten beschrieben, die aufgrund ihrer einstellbaren Federkennlinie für den Einsatz in einem Freikolbenmotor geeignet sind.In the article "Comparison of gas spring variants with variable characteristic for a free-piston engine" by S.-E. Pohl and C. Ferrari, Forsch. Engineering (2007) 71: Pages 181 to 188, gas spring variants are described, which are suitable for use in a free-piston engine due to their adjustable spring characteristic.

Aus der WO 2009/156257 A1 ist ein Verfahren zum Betreiben einer Freikolbenvorrichtung bekannt, bei dem ein Kraftprofil eines Kraft-Weg-Verlaufs für eine Kolbeneinrichtung vorgegeben wird.From the WO 2009/156257 A1 a method for operating a free-piston device is known in which a force profile of a force-displacement curve for a piston device is specified.

Aus der WO 2007/147789 ist eine Freikolbenvorrichtung bekannt, umfassend mindestens eine Kolbenaufnahme, in der mindestens eine Kolbeneinrichtung linear beweglich angeordnet ist, wobei die mindestens eine Kolbeneinrichtung unter der Wirkung eines Mediums, welches in einem Expansionsraum expandiert, antreibbar ist, und wobei die mindestens eine Kolbenaufnahme einen Rückfederraum aufweist, in dem ein komprimierbares Gas zum Ausüben einer Rückstellkraft auf die mindestens eine Kolbeneinrichtung aufgenommen ist, und mindestens ein Stellorgan zur Steuerung und/oder Regelung der Rückstellkraft, welches an dem Rückfederraum angeordnet ist, wobei die Rückstellkraft im Betrieb der Freikolbenvorrichtung steuerbar und/oder regelbar ist.From the WO 2007/147789 a free piston device is known comprising at least one piston receptacle in which at least one piston device is arranged to be linearly movable, wherein the at least one piston device is drivable under the action of a medium which expands in an expansion space, and wherein the at least one piston receptacle has a resilience space, in which a compressible gas is received for exerting a restoring force on the at least one piston device, and at least one actuator for controlling and / or regulating the restoring force, which is arranged on the resilience space, wherein the restoring force in the operation of the free-piston device is controllable and / or controllable ,

Aus der DE 10 2007 035914 A1 ist eine Freikolbenvorrichtung bekannt, umfassend mindestens eine Kolbenaufnahme, mindestens eine in der entsprechenden Kolbenaufnahme linear bewegliche Kolbeneinrichtung mit einer ersten Kolbenfläche und eine zweiten Kolbenfläche, welche der ersten Kolbenfläche abgewandt ist, und einen in der Kolbenaufnahme angeordneten Expansionsraum, welcher durch die erste Kolbenfläche begrenzt ist, wobei die Kolbeneinrichtung unter der Wirkung eines Mediums, welches in dem Expansionsraum expandiert, antreibbar ist. In der mindestens einen Kolbenaufnahme ist ein Rückfederraum angeordnet, welcher durch die zweite Kolbenfläche begrenzt ist.From the DE 10 2007 035914 A1 a free piston device is known, comprising at least one piston receptacle, at least one in the corresponding piston receptacle linearly movable piston device having a first piston surface and a second piston surface which faces away from the first piston surface, and an expansion chamber arranged in the piston receiving, which is bounded by the first piston surface wherein the piston means is drivable under the action of a medium which expands in the expansion space. In the at least one piston receiving a return spring space is arranged, which is limited by the second piston surface.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Freikolbenvorrichtung der eingangs genannten Art bereitzustellen, welche erweiterte Betriebsmöglichkeiten erlaubt.The invention has for its object to provide a free piston device of the type mentioned, which allows extended operating options.

Diese Aufgabe wird bei der eingangs genannten Freikolbenvorrichtung erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass mindestens ein Kompressionsraum vor gesehen ist, welcher von dem mindestens einen Expansionsraum und dem mindestens einen Rückfederraum getrennt ist, welcher durch mindestens einen Kolben der Kolbeneinrichtung begrenzt ist, und in welchem mittels der Kolbeneinrichtung ein Medium und/oder eine Federeinrichtung komprimierbar ist.This object is achieved in the aforementioned free piston device according to the invention in that at least one compression space is seen before, which is separated from the at least one expansion space and the at least one resilience space, which is bounded by at least one piston of the piston device, and in which by means of the piston device, a medium and / or a spring device is compressible.

Der mindestens eine Kolbenraum ist ein Funktionsraum, welcher eine Federeinrichtung und/oder ein Medium zu dessen Komprimierung aufnehmen kann. Die Federeinrichtung kann je nach Betrieb der Freikolbenvorrichtung auf unterschiedliche Art und Weise eingesetzt werden.The at least one piston chamber is a functional space, which can receive a spring device and / or a medium for its compression. The spring device can be used in different ways depending on the operation of the free-piston device.

Das Medium kann beispielsweise, insbesondere in einem Zwei-Takt-Betrieb der Freikolbenvorrichtung, dazu verwendet werden, eine Druckdifferenz zwischen einem Einlassanschluss und einem Auslassanschluss des Expansionsraums zu erzeugen. Das komprimierte Medium kann zur Druckladung des Expansionsraums verwendet werden. Es ist möglich, über den Kompressionsraum einen Teil der für die Druckladung des Expansionsraums benötigten Mediummenge oder die vollständige Mediummenge bereitzustellen.The medium can be used, for example, in particular in a two-stroke operation of the free-piston device, to generate a pressure difference between an inlet port and an outlet port of the expansion space. The compressed medium can be used for pressure loading of the expansion space. It is possible to provide over the compression space a portion of the required for the pressure charge of the expansion space medium or the full amount of media.

Dies ist auch möglich in einem Vier-Takt-Betrieb der Freikolbenvorrichtung. Es lässt sich dadurch der Wirkungsgrad erhöhen. In einem Vier-Takt-Betrieb kann die Federeinrichtung im Kompressionsraum auch dazu benutzt werden, eine der Rückfedereinrichtung des Rückfederraums entgegengesetzte Antriebskraft für die Kolbeneinrichtung bereitzustellen.This is also possible in a four-stroke operation of the free-piston device. It can thereby increase the efficiency. In a four-stroke operation, the spring device in the compression space can also be used to provide a driving force for the piston device opposite the return spring device of the resilience space.

Dem mindestens einen Kompressionsraum ist jeweils (mindestens) ein Kolben zugeordnet, welcher für die Kompression von Medium, welches in dem mindestens einen Kolbenraum aufgenommen ist bzw. der Federeinrichtung, sorgt. Dieser entsprechende Kolben ist starr mit der Kolbeneinrichtung verbunden bzw. ist ein Teil der Kolbeneinrichtung.Each of the at least one compression chamber is assigned (at least) one piston, which ensures the compression of medium which is received in the at least one piston chamber or the spring device. This corresponding piston is rigidly connected to the piston device or is a part of the piston device.

Bei einer Ausführungsform ist der mindestens eine Expansionsraum in der Kolbenaufnahme angeordnet, das heißt ist in dem Zylinder angeordnet, in welchem die Kolbeneinrichtung angeordnet ist. Es ist grundsätzlich auch möglich, dass der mindestens eine Kompressionsraum außerhalb der Kolbenaufnahme für die Kolbeneinrichtung angeordnet ist.In one embodiment, the at least one expansion space is arranged in the piston receptacle, that is, is arranged in the cylinder in which the piston device is arranged. In principle, it is also possible for the at least one compression space to be arranged outside the piston receptacle for the piston device.

Es ist grundsätzlich möglich, dass der mindestens eine Expansionsraum und der mindestens eine Kompressionsraum auf der gleichen Achse angeordnet sind oder auf unterschiedlichen Abständen bezüglich dieser Achse angeordnet sind. Die Achse ist dabei insbesondere koaxial oder parallel zu einer Bewegungsrichtung für die lineare Bewegung der Kolbeneinrichtung. Es ist ferner grundsätzlich möglich, dass der Rückfederraum und der Kompressionsraum auf der gleichen Achse angeordnet sind oder in einem Abstand zu der Achse angeordnet sind.It is basically possible that the at least one expansion space and the at least one compression space are arranged on the same axis or are arranged at different distances with respect to this axis. The axis is in particular coaxial or parallel to a direction of movement for the linear movement of the piston device. It is also possible in principle that the resilience space and the compression space are arranged on the same axis or are arranged at a distance from the axis.

Grundsätzlich kann die Federeinrichtung ein oder mehrere mechanische Federn wie beispielsweise Stahlfedern umfassen. Es ist auch möglich, dass die Federeinrichtung durch ein komprimierbares Medium gebildet ist. Weiterhin ist es möglich, dass die Federeinrichtung ein komprimierbares Medium umfasst und beispielsweise zusätzlich eine oder mehrere mechanische Federn vorgesehen sind. Insbesondere in einem Vier-Takt-Betrieb lässt sich durch die Federeinrichtung eine Vortriebskraft für die Kolbeneinrichtung bereitstellen, welche in Gegenrichtung zu der Rückstellkraft der Rückfedereinrichtung im Rückfederraum wirkt.In principle, the spring device may comprise one or more mechanical springs, such as steel springs. It is also possible that the spring device is formed by a compressible medium. Furthermore, it is possible that the spring device comprises a compressible medium and, for example, additionally one or more mechanical springs are provided. In particular, in a four-stroke operation can be provided by the spring means a propelling force for the piston device which acts in the opposite direction to the restoring force of the return spring means in the resilience space.

Günstig ist es, wenn eine Fluidverbindungseinrichtung vorgesehen ist, durch welche der mindestens eine Expansionsraum und der mindestens eine Kompressionsraum fluidwirksam verbunden oder verbindbar sind. Dadurch lässt sich dem mindestens einen Expansionsraum komprimiertes Medium und insbesondere komprimiertes Gas (beispielsweise Luft) bereitstellen, um beispielsweise einen Spüldruck zu erzeugen.It is favorable if a fluid connection device is provided, through which the at least one expansion space and the at least one compression space are fluidically connected or connectable. As a result, compressed medium and in particular compressed gas (for example air) can be made available to the at least one expansion space in order to generate, for example, a flushing pressure.

Insbesondere ist über die Fluidverbindungseinrichtung dem mindestens einen Expansionsraum komprimiertes Medium (beispielsweise Ladeluft) zuführbar.In particular, compressed medium (for example charge air) can be supplied via the fluid connection device to the at least one expansion space.

Dadurch ist mittels des mindestens einen Kompressionsraums ein Drucklader gebildet.As a result, a pressure charger is formed by means of the at least one compression space.

Es ist dann günstig, wenn die Fluidverbindungseinrichtung an einen Einlassanschluss des mindestens einen Expansionsraums fluidwirksam angeschlossen ist. Über diesen Einlassanschluss lässt sich dann eine Teilmenge oder eine Gesamtmenge von Lademedium, welches für den Betrieb benötigt wird, bereitstellen.It is favorable if the fluid connection device is connected in a fluid-effective manner to an inlet connection of the at least one expansion space. Through this inlet port can then be a subset or a total amount of charge medium, which is required for operation, provide.

Es ist ferner günstig, wenn der mindestens eine Kompressionsraum ausgangsseitig mit einer Druckspeichereinrichtung fluidwirksam verbunden ist. Dadurch kann der Druckspeichereinrichtung komprimiertes Medium bereitgestellt werden, welches instantan oder zeitversetzt dem Expansionsraum bereitgestellt werden kann.It is also advantageous if the at least one compression space is fluidly connected on the output side to a pressure storage device. As a result, the pressure storage device can be provided with compressed medium which can be provided to the expansion space instantaneously or with a time delay.

Bei einer Ausführungsform ist der mindestens eine Expansionsraum eingangsseitig mit einer Druckspeichereinrichtung fluidwirksam verbunden. Dadurch kann aus der Druckspeichereinrichtung komprimiertes Medium bereitgestellt werden, um beispielsweise einen Spüldruck in dem Expansionsraum zu erzeugen.In one embodiment, the at least one expansion space is fluidly connected on the input side to a pressure storage device. Thereby, compressed medium may be provided from the accumulator means to generate, for example, a purge pressure in the expansion space.

Insbesondere ist der Druckspeichereinrichtung ein Ventil zugeordnet, mittels welchem zeitlich gesteuert dem mindestens einen Expansionsraum komprimiertes Medium zuführbar ist. Dadurch ist es beispielsweise möglich, dem mindestens einen Expansionsraum zeitversetzt zu einer Erzeugungszeit des komprimierten Mediums solches komprimiertes Medium bereitzustellen.In particular, the pressure storage device is associated with a valve, by means of which temporally controlled the at least one expansion space compressed medium can be fed. That's it For example, it is possible to provide such compressed medium to the at least one expansion space with a time offset from a generation time of the compressed medium.

Grundsätzlich ist es möglich, dass die Druckspeichereinrichtung durch eine oder mehrere Leitungen für Medium gebildet ist.In principle, it is possible that the pressure storage device is formed by one or more lines for medium.

Bei einer vorteilhaften Ausführungsform umfasst die Druckspeichereinrichtung mindestens einen Speicherbehälter für Medium. Dieser Speicherbehälter kann einen Pufferspeicher für komprimiertes Medium bilden. Dadurch ist es beispielsweise auch möglich, eine Bereitstellung von komprimiertem Medium in einen Expansionsraum zeitlich von der Herstellung des komprimierten Mediums in den mindestens einen Kompressionsraum zu entkoppeln.In an advantageous embodiment, the pressure storage device comprises at least one storage container for medium. This storage container can form a buffer for compressed medium. This also makes it possible, for example, to decouple a provision of compressed medium in an expansion space in terms of time from the production of the compressed medium into the at least one compression space.

Vorteilhafterweise ist dem mindestens einen Kompressionsraum mindestens ein erster Anschluss zugeordnet, über den Medium einführbar ist und insbesondere Medium aus einer Medium enthaltenden Umgebung einführbar ist. Beispielsweise ist über den ersten Anschluss Luft aus der Umgebung in den Kompressionsraum einsaugbar. Dadurch ist es möglich, den Kompressionsraum mit zu komprimierendem Medium zu beladen.Advantageously, at least one first port is assigned to the at least one compression space, can be inserted via the medium and, in particular, medium can be introduced from a medium-containing environment. For example, air can be sucked in from the environment into the compression space via the first connection. This makes it possible to load the compression chamber with medium to be compressed.

Insbesondere sitzt an dem ersten Anschluss eine steuerbare Ventileinrichtung (Ladeventileinrichtung). Dadurch lässt sich zeitlich gesteuert und insbesondere angepasst an einen entsprechenden Taktbetrieb der Freikolbenvorrichtung Medium in den mindestens einen Kompressionsraum einsaugen.In particular, a controllable valve device (charging valve device) is seated at the first port. As a result, it is possible to timely control and in particular adapted to a corresponding cycle operation of the free-piston device to draw medium into the at least one compression space.

Ferner ist dem mindestens einen Kompressionsraum mindestens ein zweiter Anschluss zugeordnet, über den komprimiertes Medium abführbar ist. Über den zweiten Anschluss lässt sich komprimiertes Medium zu weiteren Verwendung bereitstellen (insbesondere in einem Vier-Takt-Betrieb) oder es lässt sich komprimiertes Medium abführen, um beispielsweise eine Gasfeder, welche durch komprimiertes Medium in dem mindestens einen Kompressionsraum gebildet ist, ”auszuschalten”; dies ist insbesondere vorteilhaft bzw. erforderlich in einem Vier-Takt-Betrieb der Freikolbenvorrichtung. Der zweite Anschluss kann getrennt von einem ersten Anschluss sein oder integral mit dem ersten Anschluss ausgebildet sein.Furthermore, at least one second port is assigned to the at least one compression space, via which compressed medium can be discharged. Compressed medium can be made available for further use via the second connection (in particular in a four-stroke mode) or compressed medium can be discharged in order to "switch off", for example, a gas spring which is formed by compressed medium in the at least one compression space. ; this is particularly advantageous or necessary in a four-stroke operation of the free-piston device. The second terminal may be separate from a first terminal or integrally formed with the first terminal.

Es ist dann günstig, wenn in dem zweiten Anschluss eine steuerbare Ventileinrichtung angeordnet ist. Dadurch ist eine entsprechende zeitliche Steuerung möglich. Insbesondere ist eine steuerbare Ventileinrichtung dem ersten Anschluss und dem zweiten Anschluss zugeordnet, um eine aneinander angepasste zeitliche Steuerung zu ermöglichen. Es ist dabei grundsätzlich möglich, dass der erste Anschluss und der zweite Anschluss mittels der Ventileinrichtung gebildet sind.It is advantageous if a controllable valve device is arranged in the second connection. As a result, a corresponding timing is possible. In particular, a controllable valve device is assigned to the first connection and the second connection in order to enable timed control adapted to one another. It is fundamentally possible for the first connection and the second connection to be formed by means of the valve device.

Das Medium ist insbesondere ein Gas wie Luft.The medium is in particular a gas such as air.

Bei einer vorteilhaften Ausführungsform ist das Medium ein Oxidator für die Verbrennung von Treibstoff in dem mindestens einen Expansionsraum und ist insbesondere Luft.In an advantageous embodiment, the medium is an oxidizer for the combustion of fuel in the at least one expansion space and is in particular air.

Bei einer Ausführungsform ist der mindestens eine Kompressionsraum bezüglich einer Volumenänderung invers zu dem mindestens einen Rückfederraum angeordnet, wobei eine Volumenerhöhung des Rückfederraums eine synchrone Volumenerniedrigung des mindestens einen Kompressionsraums bewirkt und eine Volumenerniedrigung des mindestens einen Rückfederraums eine synchrone Volumenerhöhung des mindestens einen Kompressionsraums bewirkt. Dadurch kann beispielsweise mittels der Rückstellkraft der Rückfedereinrichtung im Rückfederraum komprimiertes Medium in dem mindestens einen Kompressionsraum erzeugt werden.In one embodiment, the at least one compression space is arranged inversely with respect to a volume change to the at least one resilience space, wherein a volume increase of the resilience space causes a synchronous volume reduction of the at least one compression space and a volume reduction of the at least one resilience space causes a synchronous increase in volume of the at least one compression space. As a result, for example, by means of the restoring force of the return spring device in the resilience space, compressed medium can be generated in the at least one compression space.

Bei einer Ausführungsform sind dann der mindestens eine Kompressionsraum und der mindestens eine Rückfederraum in einem gemeinsamen Gehäuse angeordnet, wobei eine der zweiten Kolbenseite gegenüberliegende Kolbenseite, welche insbesondere an dem Kolben mit der zweiten Kolbenseite gebildet ist, den mindestens einen Kompressionsraum begrenzt. Dadurch lassen sich ein Kompressionsraum und der Rückfederraum kompakt in einem Gehäuse unterbringen.In one embodiment, the at least one compression space and the at least one resilience space are then arranged in a common housing, wherein a piston side opposite the second piston side, which is formed in particular on the piston with the second piston side, limits the at least one compression space. As a result, a compression space and the resilience space can be accommodated compactly in a housing.

Es ist auch möglich, dass der mindestens eine Kompressionsraum und der mindestens eine Rückfederraum in unterschiedlichen Gehäusen angeordnet sind. Je nach Anwendung lässt sich dann eine optimierte Bauweise realisieren.It is also possible that the at least one compression space and the at least one resilience space are arranged in different housings. Depending on the application, an optimized design can then be realized.

Es ist auch möglich, dass der mindestens eine Expansionsraum und der mindestens eine Kompressionsraum bezüglich einer Volumenänderung invers zueinander angeordnet sind, wobei eine Volumenerhöhung des mindestens einen Expansionsraum eine synchrone Volumenerniedrigung des mindestens einen Kompressionsraums bewirkt und eine Volumenerniedrigung des mindestens einen Expansionsraums eine synchrone Volumenerhöhung des mindestens einen Kompressionsraums bewirkt. Dadurch kann beispielsweise ein Arbeitstakt im Expansionsraum direkt zur Erzeugung von komprimiertem Medium verwendet werden.It is also possible for the at least one expansion space and the at least one compression space to be inversely disposed with respect to a volume change, wherein a volume increase of the at least one expansion space causes a synchronous volume reduction of the at least one compression space and a volume reduction of the at least one expansion space causes a synchronous volume increase of the at least causes a compression space. As a result, for example, a power stroke in the expansion space can be used directly for the production of compressed medium.

Insbesondere sind dann der mindestens eine Kompressionsraum und der mindestens eine Expansionsraum in einem gleichen Gehäuse oder gleichen Gehäuseteil angeordnet, wobei eine der ersten Kolbenseite gegenüberliegende Kolbenseite den mindestens einen Kompressionsraum begrenzt und insbesondere die erste Kolbenseite und die den mindestens einen Kompressionsraum begrenzende Kolbenseite am gleichen Kolben gebildet sind. Dadurch lässt sich eine kompakte Bauweise erhalten.In particular, then the at least one compression space and the at least one expansion space are arranged in a same housing or the same housing part, wherein one of the piston side opposite the first piston side delimits the at least one compression space, and in particular the first piston side and the piston side delimiting the at least one compression space are formed on the same piston. As a result, a compact design can be obtained.

Bei einer Ausführungsform ist dem mindestens einen Expansionsraum ein erster Kompressionsraum zugeordnet und dem mindestens einen Rückfederraum ist ein zweiter Kompressionsraum zugeordnet, wobei der erste Kompressionsraum und der zweite Kompressionsraum getrennte Räume sind. Es ist dadurch möglich, eine größere Menge an komprimiertem Medium zu erzeugen und Pulsationen zu erniedrigen.In one embodiment, a first compression space is associated with the at least one expansion space, and the second compression space is associated with the at least one resilience space, wherein the first compression space and the second compression space are separate spaces. It is thereby possible to produce a larger amount of compressed medium and to lower pulsations.

Bei einer vorteilhaften Ausführungsform ist ein Lineartrieb mit einer an der Kolbeneinrichtung angeordneten Magneteinrichtung und einer Spuleneinrichtung vorgesehen, wobei die Magneteinrichtung relativ zu der Spuleneinrichtung beweglich ist. Durch Bewegung der Kolbeneinrichtung wird die Magneteinrichtung, welche insbesondere Permanentmagnete umfasst, an der Spuleneinrichtung bewegt. Dadurch wird eine Spannung induziert und es lässt sich ein nutzbarer Strom erzeugen. Durch die Freikolbenvorrichtung lässt sich dadurch elektrischer Strom erzeugen. Über eine entsprechende Strombeaufschlagung der Spuleneinrichtung kann auch die Bewegung der Kolbeneinrichtung insbesondere bezüglich Hub, Verdichtung usw. beeinflusst werden.In an advantageous embodiment, a linear drive is provided with a magnetic device arranged on the piston device and a coil device, wherein the magnetic device is movable relative to the coil device. By moving the piston device, the magnetic device, which in particular comprises permanent magnets, is moved on the coil device. This induces a voltage and generates a usable current. The free-piston device can thereby generate electricity. By means of a corresponding current application of the coil device, the movement of the piston device, in particular with regard to stroke, compression, etc., can also be influenced.

Der Erfindung liegt ferner die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art bereitzustellen, mit welchem sich erweiterte Betriebsmöglichkeiten ergeben.The invention is further based on the object to provide a method of the type mentioned, with which result in extended operating options.

Diese Aufgabe wird bei dem genannten Verfahren erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass in dem mindestens einen Kompressionsraum komprimiertes Medium erzeugt wird, welches dem mindestens einen Expansionsraum bereitgestellt wird und/oder die in dem mindestens einen Kompressionsraum angeordnete Federeinrichtung zum Antrieb der Kolbeneinrichtung verwendet wird.This object is achieved in the said method according to the invention in that in the at least one compression space compressed medium is generated, which is provided to the at least one expansion space and / or arranged in the at least one compression space spring means for driving the piston device is used.

Das erfindungsgemäße Verfahren wird insbesondere an der erfindungsgemäßen Freikolbenvorrichtung durchgeführt.The inventive method is carried out in particular on the free-piston device according to the invention.

Der mindestens eine Kompressionsraum bewirkt insbesondere in einem Vier-Takt-Betrieb über eine in diesem angeordnete Federeinrichtung (wie eine mechanische Federeinrichtung oder Gasfedereinrichtung) bei Entspannung (Dekompression) der Federeinrichtung eine Bewegung der Kolbeneinrichtung von dem oberen Totpunkt (bezogen auf den Expansionsraum) zu dem unteren Totpunkt. Bei der Bewegung der Kolbeneinrichtung in Gegenrichtung wird die Federeinrichtung gespannt (komprimiert).The at least one compression space causes a movement of the piston device from the top dead center (relative to the expansion space) in a four-stroke operation via a spring device arranged therein (such as a mechanical spring device or gas spring device) in relaxation (decompression) of the spring device bottom dead center. During the movement of the piston device in the opposite direction, the spring device is tensioned (compressed).

Beispielsweise in einem Zwei-Takt-Betrieb lässt sich das komprimierte Medium dazu verwenden, um eine Spüldruckdifferenz in dem mindestens einen Expansionsraum zu erzeugen.For example, in a two-stroke operation, the compressed medium may be used to generate a purge pressure differential in the at least one expansion space.

In einem Vier-Takt-Betrieb lässt sich ein komprimiertes Medium beispielsweise als Gasfeder einsetzen, um eine Antriebskraft für die Kolbeneinrichtung entgegen einer Rückstellkraft der Rückfedereinrichtung bereitzustellen.In a four-stroke operation, for example, a compressed medium can be used as a gas spring to provide a driving force for the piston device against a restoring force of the return spring device.

Alternativ oder zusätzlich ist es auch möglich, die Antriebskraft entgegen der Rückstellkraft durch eine mechanische Federeinrichtung, welche eine oder mehrere mechanische Federn umfasst, bereitzustellen.Alternatively or additionally, it is also possible to provide the driving force counter to the restoring force by a mechanical spring device which comprises one or more mechanical springs.

Weitere vorteilhafte Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens wurden bereits im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung erläutert.Further advantageous embodiments of the method according to the invention have already been explained in connection with the device according to the invention.

Insbesondere lässt sich die Freikolbenvorrichtung in einem Zwei-Takt-Betrieb oder in einem Vier-Takt-Betrieb betreiben. Es ist dabei grundsätzlich möglich, dass an der gleichen Freikolbenvorrichtung ohne bauliche Veränderungen ein Zwei-Takt-Betrieb oder Vier-Takt-Betrieb möglich ist.In particular, the free-piston device can be operated in a two-stroke operation or in a four-stroke operation. It is in principle possible that a two-stroke operation or four-stroke operation is possible on the same free piston device without structural changes.

Bei einer Ausführungsform eines Zwei-Takt-Betriebs wird eine Ventileinrichtung, welche dem mindestens einen Kompressionsraum zugeordnet ist, so angesteuert, dass der mindestens eine Kompressionsraum entweder fluidwirksam mit einer Medium enthaltenden Umgebung verbunden ist oder mit einer Druckspeichereinrichtung verbunden ist. Der mindestens eine Kompressionsraum hat dadurch zwei Betriebsmodi, nämlich zum einen Einsaugen von Medium zur späteren Kompression, und zum anderen der Kompressionsvorgang.In one embodiment of a two-stroke operation, a valve device, which is assigned to the at least one compression space, is controlled so that the at least one compression space is either fluidly connected to a medium-containing environment or connected to a pressure storage device. The at least one compression space thus has two modes of operation, namely, for the suction of medium for subsequent compression, and on the other hand, the compression process.

Insbesondere erfolgt der Betrieb dann derart, dass bei Stellung der Kolbeneinrichtung im oberen Totpunkt OTex bezogen auf den mindestens einen Expansionsraum die Ventileinrichtung so angesteuert wird, dass der mindestens eine Kompressionsraum fluidwirksam mit der Umgebung verbunden ist. Dadurch kann Medium aus der Umgebung (insbesondere Luft) in den mindestens Kompressionsraum einströmen.In particular, the operation then takes place in such a way that, when the piston device is in top dead center OT ex with respect to the at least one expansion chamber, the valve device is actuated such that the at least one compression chamber is fluidically connected to the environment. As a result, medium from the environment (in particular air) can flow into the at least compression space.

Beim Herausbewegen der Kolbeneinrichtung aus dem oberen Totpunkt OTex wird dann Medium aus der Umgebung in den mindestens einen Kompressionsraum eingesaugt. Dieser wird mit Medium befüllt.When moving out of the piston device from the top dead center OT ex then medium from the environment is sucked into the at least one compression chamber. This is filled with medium.

Wenn die Ventileinrichtung in einem oberen Totpunkt OTr der Kolbeneinrichtung bezogen auf den mindestens einen Rückfederraum so angesteuert wird, dass der mindestens eine Kompressionsraum fluidwirksam mit der Druckspeichereinrichtung verbunden wird, dann lässt sich bei der entsprechenden Bewegung der Kolbeneinrichtung aus dem oberen Totpunkt OTr heraus komprimiertes Medium erzeugen und in die Druckspeichereinrichtung einkoppeln. If the valve device is actuated in a top dead center OT r of the piston device relative to the at least one resilience space such that the at least one compression space is fluidically connected to the pressure storage device, then the corresponding movement of the piston device can be compressed out of top dead center OT r Generate medium and couple into the pressure storage device.

Es wird dann beim Herausbewegen der Kolbeneinrichtung aus dem oberen Totpunkt OTr Medium komprimiert und der Druckspeichereinrichtung zur späteren Verwendung insbesondere als Lademedium bereitgestellt.It is then compressed when moving out of the piston device from the top dead center OT r medium and the pressure storage device provided for later use, in particular as a charging medium.

Insbesondere wird komprimiertes Medium aus der Druckspeichereinrichtung dem mindestens einen Expansionsraum für einen Spülvorgang am Ende einer Expansionsphase der Kolbeneinrichtung in dem mindestens einen Expansionsraum bereitgestellt. Es ist dadurch ein zeitlicher Versatz zwischen Entstehung des komprimierten Mediums und Einkopplung des komprimierten Mediums in den Expansionsraum erreicht. Komprimiertes Medium in dem mindestens einen Kompressionsraum wird erst nach Ende der Expansionsphase der Kolbeneinrichtung (am Ende der Expansionsphase befindet sich die Kolbeneinrichtung am unteren Totpunkt bezogen auf den Expansionsraum) in dem mindestens einen Kompressionsraum erzeugt, wobei es bereits sofort am Ende der Expansionsphase im Expansionsraum benötigt wird.In particular, compressed medium from the pressure storage device is provided to the at least one expansion space for a flushing operation at the end of an expansion phase of the piston device in the at least one expansion space. It is achieved by a temporal offset between the formation of the compressed medium and coupling of the compressed medium in the expansion space. Compressed medium in the at least one compression chamber is generated only after the end of the expansion phase of the piston device (at the end of the expansion phase, the piston device at bottom dead center with respect to the expansion space) in the at least one compression chamber, it already needed immediately at the end of the expansion phase in the expansion space becomes.

Bei einem Vier-Takt-Betrieb ist es vorteilhaft, wenn in einem Arbeitstakt, bei dem sich die Kolbeneinrichtung aus einem oberen Totpunkt OTex bezogen auf den mindestens einen Expansionsraum herausbewegt, eine Ventileinrichtung, welche dem mindestens einen Expansionsraum zugeordnet ist, so angesteuert wird, dass Medium aus der Umgebung in den mindestens einen Kompressionsraum eingesaugt wird, insbesondere wenn in einem späteren Takt (Ausschiebetakt) das komprimierte Medium eine Federeinrichtung bildet, welche die Kolbeneinrichtung in einem Vorwärtsschub mit einer Kraft antreibt, welche entgegen der Rückstellkraft der Rückfedereinrichtung im Rückfederraum gerichtet ist. In diesem Arbeitstakt, in dem beispielsweise eine Verbrennung in dem Expansionsraum stattfindet, wird dann der mindestens eine Kompressionsraum mit Frischmedium beladen.In a four-stroke operation, it is advantageous if, in a power stroke in which the piston device moves out of a top dead center OT ex with respect to the at least one expansion space, a valve device which is assigned to the at least one expansion space is activated, that medium from the environment is sucked into the at least one compression space, in particular if in a later cycle (Ausschiebetakt) the compressed medium forms a spring device which drives the piston device in a forward thrust with a force which is directed against the restoring force of the return spring in the resilience space , In this working cycle in which, for example, combustion takes place in the expansion space, the at least one compression space is then loaded with fresh medium.

In einem nach einem Arbeitstakt folgenden Ausschiebetakt für Abgase, welche in dem Arbeitstakt erzeugt wurden und welcher auf den Arbeitstakt folgt und bei dem sich die Kolbeneinrichtung in Richtung des oberen Totpunkts OTex (von dem unteren Totpunkt UTex aus) bewegt, wird vorteilhafterweise die Ventileinrichtung so angesteuert, dass Medium in dem mindestens einen Kompressionsraum komprimiert wird und/oder die Federeinrichtung wird in dem mindestens einen Kompressionsraum komprimiert. Die Federeinrichtung wirkt dabei als Energiespeicher, in welchem mechanische Energie gespeichert wird zur Erzeugung einer Antriebskraft in einem nachfolgenden Takt. Ferner dient die Federeinrichtung zur Abfederung der Rückbewegung der Kolbeneinrichtung. Wenn eine komprimierbares Medium verwendet wird, dann bildet dieses eine Gasfeder.In a following after a power stroke Ausschiebetakt for exhaust gases, which were generated in the power stroke and which follows the power stroke and in which the piston device in the direction of the top dead center OT ex (from the bottom dead center UT ex out) moves, is advantageously the valve means so controlled that the medium is compressed in the at least one compression space and / or the spring device is compressed in the at least one compression space. The spring device acts as an energy store, in which mechanical energy is stored to generate a driving force in a subsequent cycle. Furthermore, the spring device serves to cushion the return movement of the piston device. If a compressible medium is used, then this forms a gas spring.

Es ist dann günstig, wenn in einem nachfolgenden Ansaugtakt, welcher auf den Ausschiebetakt folgt und bei dem Frischgas in den mindestens einen Expansionsraum einströmt, die Federeinrichtung die Kolbeneinrichtung von dem oberen Totpunkt (OTex) bezogen auf den Expansionsraum in Richtung des unteren Totpunkts (UTex) bewegt und insbesondere Medium in dem mindestens einen Kompressionsraum eine Gasfeder für die Kolbeneinrichtung bildet. Die Entspannung der Federeinrichtung wirkt der Rückstellkraft der Rückstelleinrichtung entgegen und bewirkt eine Verschiebung der Kolbeneinrichtung ausgehend von dem oberen Totpunkt OTex in Richtung des unteren Totpunkts UTex über eine entsprechende Federkraft. Wenn der Kompressionsraum mit einem komprimierten Medium befüllt ist, dann bewirkt die Entspannung dieses Mediums einen Vortrieb der Kolbeneinrichtung entgegen der Rückstellkraft der Rückstelleinrichtung. Das komprimierbare Medium bildet dann eine Gasfeder.It is advantageous if in a subsequent intake stroke, which follows the Ausschiebetakt and flows into the fresh gas in the at least one expansion space, the spring means the piston means from the top dead center (OT ex ) based on the expansion space in the direction of bottom dead center (UT ex ) moves and in particular medium in the at least one compression space forms a gas spring for the piston device. The relaxation of the spring device counteracts the restoring force of the return device and causes a displacement of the piston device starting from the top dead center OT ex in the direction of the bottom dead center UT ex via a corresponding spring force. If the compression chamber is filled with a compressed medium, then the relaxation of this medium causes a propulsion of the piston device against the restoring force of the return device. The compressible medium then forms a gas spring.

Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn in einem nachfolgenden Verdichtungstakt, welcher auf den Ansaugtakt folgt und bei welchem Gas in dem mindestens einen Expansionsraum verdichtet wird, die Ventileinrichtung so angesteuert wird, dass Medium aus dem mindestens einen Kompressionsraum ausströmt. Dadurch kann anschließend neues Frischmedium zur späteren Verwendung in dem Ansaugtakt in den mindestens einen Kompressionsraum einströmen. Es ist dabei grundsätzlich auch möglich, dass das ausströmende Medium an die Umgebung abgegeben wird.Furthermore, it is advantageous if in a subsequent compression stroke, which follows the intake stroke and in which gas is compressed in the at least one expansion space, the valve device is driven so that medium flows out of the at least one compression space. As a result, new fresh medium can subsequently flow into the at least one compression chamber for later use in the intake stroke. It is basically also possible that the outflowing medium is released to the environment.

Bei einer vorteilhaften Ausführungsform wird ausströmendes komprimiertes Medium einer Druckspeichereinrichtung bereitgestellt, um beispielsweise das komprimierte Medium dem Expansionsraum bereitstellen zu können. Dadurch lässt sich der Wirkungsgrad erhöhen.In an advantageous embodiment, outflowing compressed medium is provided to an accumulator device in order, for example, to be able to provide the compressed medium to the expansion space. This can increase the efficiency.

Die nachfolgende Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen dient im Zusammenhang mit den Zeichnungen der näheren Erläuterung der Erfindung. Es zeigen:The following description of preferred embodiments is used in conjunction with the drawings for further explanation of the invention. Show it:

1 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Freikolbenvorrichtung; 1 a schematic representation of an embodiment of a free piston device according to the invention;

2 eine schematische Darstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels einer Freikolbenvorrichtung; 2 a schematic representation of a second embodiment of a free-piston device;

3 eine schematische Darstellung eines dritten Ausführungsbeispiels einer Freikolbenvorrichtung; 3 a schematic representation of a third embodiment of a free-piston device;

4 eine schematische Darstellung einer vierten Ausführungsform einer Freikolbenvorrichtung; 4 a schematic representation of a fourth embodiment of a free-piston device;

5 eine schematische Darstellung eines fünften Ausführungsbeispiels einer Freikolbenvorrichtung; 5 a schematic representation of a fifth embodiment of a free-piston device;

6 eine schematische Darstellung eines sechsten Ausführungsbeispiels einer Freikolbenvorrichtung; 6 a schematic representation of a sixth embodiment of a free-piston device;

7 eine schematische Darstellung eines ersten Ausführungsbeispiels einer Ventileinrichtung, welche einem Kompressionsraum zugeordnet ist; 7 a schematic representation of a first embodiment of a valve device which is associated with a compression chamber;

8 eine schematische Darstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels einer Ventileinrichtung; und 8th a schematic representation of a second embodiment of a valve device; and

9 eine schematische Darstellung eines dritten Ausführungsbeispiels einer Ventileinrichtung. 9 a schematic representation of a third embodiment of a valve device.

Ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Freikolbenvorrichtung, welches in 1 gezeigt und dort mit 10 bezeichnet ist, umfasst (mindestens) einen Freikolbenmotor 12. Der Freikolbenmotor 12 wiederum umfasst eine als Ganzes mit 14 bezeichnete Kolbenaufnahme (Zylinder). In der Kolbenaufnahme ist eine Kolbeneinrichtung 16 linear beweglich angeordnet. Bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel weist die Kolbeneinrichtung 16 einen ersten Kolben 18 und einen zweiten Kolben 20 auf. Der erste Kolben 18 und der zweite Kolben 20 sind über ein Verbindungselement 22 wie beispielsweise eine Stange miteinander verbunden.An embodiment of a free piston device according to the invention, which in 1 shown and there with 10 is designated, comprises (at least) a free-piston engine 12 , The free-piston engine 12 in turn, includes one as a whole 14 designated piston receptacle (cylinder). In the piston receptacle is a piston device 16 arranged linearly movable. In the embodiment shown, the piston device 16 a first piston 18 and a second piston 20 on. The first piston 18 and the second piston 20 are about a connecting element 22 such as a rod connected together.

Der Freikolbenmotor 12 weist eine Expansionskammer 24 auf, in welcher ein Expansionsraum 26 gebildet ist. Der Expansionsraum 26 ist beispielsweise ein Verbrennungsraum, in welchem ein Treibstoff mit Oxidator (insbesondere Luft) verbrennen kann und damit die Kolbeneinrichtung 16 antreibt.The free-piston engine 12 has an expansion chamber 24 on, in which an expansion space 26 is formed. The expansion space 26 For example, is a combustion chamber in which a fuel with oxidant (especially air) can burn and thus the piston device 16 drives.

Die Expansionskammer 24 weist ein Gehäuse 28 auf, in welchem der erste Kolben 18 angeordnet ist. Der erste Kolben 18 begrenzt dabei mit einer ersten Kolbenseite 30 den Expansionsraum 26. Der Expansionsraum 26 hat dabei ein variables Volumen.The expansion chamber 24 has a housing 28 in which the first piston 18 is arranged. The first piston 18 limited thereby with a first piston side 30 the expansion area 26 , The expansion space 26 has a variable volume.

Bei einer Ausführungsform ist an einer Stirnseite 32 der Expansionskammer 24 ist (mindestens) ein Einlassanschluss 34 angeordnet, über welchen Oxidator, Treibstoff bzw. ein Oxidator-Treibstoff-Gemisch in den Expansionsraum 26 einkoppelbar ist. An dem Einlassanschluss sitzt (mindestens) ein steuerbares Ventil 36, welches signalwirksam mit einer Steuerungs-/Regelungseinrichtung 38 verbunden ist. Der Einlassanschluss 34 lässt sich dadurch gesteuert öffnen und sperren.In one embodiment is at an end face 32 the expansion chamber 24 is (at least) one inlet port 34 arranged over which oxidizer, fuel or an oxidizer-fuel mixture in the expansion space 26 can be coupled. At the inlet port sits (at least) a controllable valve 36 which signal-effectively with a control / regulation device 38 connected is. The inlet connection 34 can thereby be controlled open and lock.

An der Stirnseite 32 ist weiterhin (mindestens) ein Auslassanschluss 40 angeordnet, an welchem (mindestens) ein steuerbares Ventil 42 sitzt. Dieses steuerbare Ventil ist signalwirksam mit der Steuerungs-/Regelungseinrichtung 38 verbunden. Über das Ventil 42 lassen sich Abfallsprodukte einer Expansionsphase und insbesondere Verbrennungsgase gesteuert abführen.At the front 32 is still (at least) an outlet port 40 arranged on which (at least) a controllable valve 42 sitting. This controllable valve is signal effective with the control / regulating device 38 connected. About the valve 42 let waste products of an expansion phase and in particular controlled discharge combustion gases.

An der Stirnseite 32 sitzt ferner optional einen Zündeinrichtung 44, welche signalwirksam mit der Steuerungs-/Regelungseinrichtung 38 verbunden ist. Über die Zündeinrichtung 44 lässt sich ein Oxidator-Treibstoff-Gemisch zünden. Es kann auch ein Einspritzventil vorgesehen sein, um Treibstoff oder ein Gemisch direkt in den Expansionsraum 26 einzuspritzen.At the front 32 also optionally sits an ignition device 44 , which signal effective with the control / regulating device 38 connected is. About the ignition device 44 can ignite an oxidizer-fuel mixture. It may also be provided an injection valve to fuel or a mixture directly into the expansion space 26 inject.

Die Expansionskammer 24 ist im Bereich der Stirnseite 32 so ausgebildet, dass in einem oberen Totpunkt OTex des Expansionsraums 26 der Kolbeneinrichtung 16 zwischen der ersten Kolbenseite 30 und der Stirnseite 32 ein Raum 46 bleibt. Dazu ist die Expansionskammer 24 beispielsweise an der Stirnseite 32 domförmig ausgebildet.The expansion chamber 24 is in the area of the front side 32 designed such that in a top dead center OT ex of the expansion space 26 the piston device 16 between the first piston side 30 and the front side 32 a room 46 remains. This is the expansion chamber 24 for example, on the front side 32 dome-shaped.

Die Kolbeneinrichtung 16 weist bezogen auf den Expansionsraum 26 auch einen unteren Totpunkt UTex auf. Die lineare Bewegung der Kolbeneinrichtung 16 erfolgt zwischen dem oberen Totpunkt OTex und dem unteren Totpunkt UTex. Diese Totpunkte können festliegen oder variabel sein. Beispielsweise können diese über einen Lineartrieb (siehe unten) variabel einstellbar sein (gegebenenfalls auch im Betrieb). Auch eine variable Rückstellkraft des Rückfederraums (siehe unten) kann eine variable Einstellung der Totpunkte ermöglichen.The piston device 16 refers to the expansion area 26 also a bottom dead center UT ex . The linear movement of the piston device 16 takes place between top dead center OT ex and bottom dead center UT ex . These dead points may be fixed or variable. For example, these can be variably adjustable via a linear drive (see below) (possibly also during operation). Also, a variable restoring force of the resilience space (see below) can allow a variable adjustment of the dead centers.

Die Kolbenaufnahme 14 weist ferner eine Kammer 48 auf. In dieser Kammer 48 ist ein Rückfederraum 50 gebildet. Der Rückfederraum 50 stellt eine Rückstellkraft der Kolbeneinrichtung 16 bereit, um diese von dem unteren Totpunkt UTex in Richtung des oberen Totpunkts OTex zu bewegen.The piston receiver 14 also has a chamber 48 on. In this chamber 48 is a resilience space 50 educated. The resilience space 50 represents a restoring force of the piston device 16 ready to move from the bottom dead center UT ex toward the top dead center OT ex .

In dem Rückfederraum 50 ist eine Rückfedereinrichtung angeordnet. Es kann sich dabei grundsätzlich um eine mechanische Federeinrichtung handeln. Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist die Rückfedereinrichtung durch ein komprimierbares Medium und insbesondere komprimierbares Gas gebildet, sodass eine Gasfeder zur Bereitstellung der Rückstellkraft vorhanden ist. In the resilience space 50 a return spring means is arranged. It can basically be a mechanical spring device. In a preferred embodiment, the return spring device is formed by a compressible medium and in particular compressible gas, so that a gas spring for providing the restoring force is present.

Der zweite Kolben 20 weist eine zweite Kolbenseite 52 auf, welche den Rückfederraum 50 in der Kammer 48 begrenzt. Das Volumen des Rückfederraums 50 ist dabei variabel.The second piston 20 has a second piston side 52 on which the resilience space 50 in the chamber 48 limited. The volume of the resilience space 50 is variable.

Der Rückfederraum 50 ist der zweiten Kolbenseite 52 gegenüberliegend durch eine Stirnseite 54 der Kammer 48 begrenzt. An der Stirnseite 54 können dabei ein oder mehrere Anschlüsse 56 angeordnet sein, über die Rückfeder-Medium in den Rückfederraum 50 einkoppelbar ist bzw. aus diesem entnehmbar ist.The resilience space 50 is the second piston side 52 opposite by a front side 54 the chamber 48 limited. At the front 54 can have one or more connections 56 be arranged over the springback medium in the resilience space 50 einkoppelbar is or can be removed from this.

Dem Anschluss 56 ist dabei ein Ventil 58 zugeordnet, welches insbesondere steuerbar ist. Das Ventil 58 ist signalwirksam mit der Steuerungs-/Regelungseinrichtung 38 verbunden.The connection 56 is a valve 58 assigned, which is particularly controllable. The valve 58 is signal effective with the control / regulation device 38 connected.

In der Kammer 48 ist ein Kompressionsraum 60 angeordnet. Der Kompressionsraum ist durch eine der zweiten Kolbenseite 52 des zweiten Kolbens 20 gegenüberliegende Kolbenseite 62 begrenzt. Er ist ferner durch eine Stirnwand 64 der Kammer 48 begrenzt. Das Volumen des Kompressionsraums 60 ist Variabel und dabei invers variabel zu dem Volumen des Rückfederraums 50: Wenn das Volumen des Rückfederraums 50 erhöht wird, wird entsprechend synchron das Volumen des Kompressionsraums 60 erniedrigt; wenn das Volumen des Rückfederraums 50 erniedrigt wird, wird synchron das Volumen des Kompressionsraums 60 erhöht.In the chamber 48 is a compression room 60 arranged. The compression space is through one of the second piston side 52 of the second piston 20 opposite piston side 62 limited. He is also through an end wall 64 the chamber 48 limited. The volume of the compression space 60 is variable and inversely variable to the volume of the resilience space 50 : When the volume of the resilience space 50 is increased, correspondingly synchronously the volume of the compression space 60 abased; when the volume of the resilience space 50 is decreased synchronously, the volume of the compression space 60 elevated.

Die Kammer 48 weist ein Gehäuse 66 auf, in welchem sowohl der Kompressionsraum 60 als auch der Rückfederraum 50 begrenzt sind, und beide sind durch unterschiedliche Seiten des zweiten Kolbens 20 begrenzt.The chamber 48 has a housing 66 in which both the compression space 60 as well as the resilience space 50 are limited, and both are through different sides of the second piston 20 limited.

In der Stirnwand 64 ist eine Öffnung 68 gebildet, durch welche das Verbindungselement 22 geführt ist. Es ist für eine entsprechende Abdichtung an der Öffnung 68 gesorgt.In the front wall 64 is an opening 68 formed, through which the connecting element 22 is guided. It is for a corresponding seal at the opening 68 taken care of.

Zwischen dem Gehäuse 28 und dem Gehäuse 66 der Kolbenaufnahme 14 ist ein Lineartrieb 70 des Freikolbenmotors 12 angeordnet. Dieser umfasst eine Magneteinrichtung 72. Bei einer Ausführungsform weist die Magneteinrichtung eine Mehrzahl von alternierend gepolten Magnetelementen 74 auf, welche an dem Verbindungselement 22 angeordnet sind.Between the case 28 and the housing 66 the piston receiving 14 is a linear actuator 70 of the free-piston engine 12 arranged. This includes a magnetic device 72 , In one embodiment, the magnetic device has a plurality of alternately poled magnetic elements 74 on which at the connecting element 22 are arranged.

Die Magneteinrichtung 72 bewegt sich mit der Kolbeneinrichtung 16.The magnetic device 72 moves with the piston device 16 ,

Stationär (das heißt unbeweglich bezüglich der Kolbenaufnahme 14) ist eine Spuleneinrichtung 76 angeordnet, wobei die Magneteinrichtung 72 bei der Bewegung der Kolbeneinrichtung 16 sich in der Spuleneinrichtung 76 bewegt.Stationary (that is immovable with respect to the piston receptacle 14 ) is a coil device 76 arranged, wherein the magnetic device 72 during the movement of the piston device 16 in the coil device 76 emotional.

Bei einer Ausführungsform wird die lineare Bewegung der Kolbeneinrichtung 16 dazu verwendet, an der Spuleneinrichtung 76 elektrischen Strom zu erzeugen. Dieser elektrische Strom ist nutzbar.In one embodiment, the linear movement of the piston device 16 used on the coil device 76 to generate electricity. This electrical current is usable.

Es ist grundsätzlich auch möglich, entsprechend über den Lineartrieb 70 die Bewegung der Kolbeneinrichtung 16 zu steuern bzw. zu regeln. Dies ist in 1 durch die Signalverbindung der Steuerungs-/Regelungseinrichtung 38 mit dem Lineartrieb 70 angedeutet (Bezugszeichen 78).It is also possible in principle, via the linear drive 70 the movement of the piston device 16 to control or regulate. This is in 1 by the signal connection of the control / regulation device 38 with the linear drive 70 indicated (reference numeral 78 ).

Die Kolbeneinrichtung 16 mit ihrem zweiten Kolben 20 weist bezogen auf den Rückfederraum 50 einen unteren Totpunkt UTr auf, an welchem die Kolbenseite 62 ihren geringsten Abstand zu der Stirnwand 64 hat. Ferner weist sie einen oberen Totpunkt OTr auf, bei welchem die zweite Kolbenseite 52 ihren geringsten Abstand zu der Stirnseite 54 hat. Im oberen Totpunkt OTex (bezogen auf den Expansionsraum 26) befindet sich die Kolbeneinrichtung 16 bezogen auf den Rückfederraum 50 in ihrem unteren Totpunkt UTr. Entsprechend befindet sich die Kolbeneinrichtung 16 in ihrem unteren Totpunkt UTex bezogen auf den Expansionsraum 26 in ihrem oberen Totpunkt OTr bezogen auf den Rückfederraum 50.The piston device 16 with her second piston 20 refers to the resilience space 50 a bottom dead center UT r on which the piston side 62 their smallest distance to the front wall 64 Has. Furthermore, it has a top dead center OT r , in which the second piston side 52 their smallest distance to the front side 54 Has. At top dead center OT ex (relative to the expansion space 26 ) is the piston device 16 related to the resilience space 50 in its bottom dead center UT r . Accordingly, the piston device is located 16 in its bottom dead center UT ex with respect to the expansion space 26 in its top dead center OT r relative to the resilience space 50 ,

Der Kompressionsraum 60 kann ein komprimierbares Medium und insbesondere ein gasförmiges Medium aufnehmen. Insbesondere nimmt der Kompressionsraum 60 Luft auf.The compression room 60 can accommodate a compressible medium and especially a gaseous medium. In particular, the compression space decreases 60 Air on.

An der Stirnwand 64 der Kammer 48 ist eine Anschlusseinrichtung angeordnet, über welche eine Einkopplung/Auskopplung von Medium stattfinden kann.At the front wall 64 the chamber 48 a connection device is arranged, via which a coupling / decoupling of medium can take place.

Grundsätzlich umfasst die Anschlusseinrichtung 80 einen ersten Anschluss 82, über den Medium aus einer Medium enthaltenden Umgebung einkoppelbar ist. Die im Medium enthaltende Umgebung ist beispielsweise die Umgebungsluft, aus der Luft in den Kompressionsraum 16 einsaugbar ist.Basically, the connection device comprises 80 a first connection 82 , via which medium from a medium-containing environment can be coupled. The environment contained in the medium is, for example, the ambient air, from the air into the compression space 16 is sucked.

Ferner umfasst die Anschlusseinrichtung 80 einen zweiten Anschluss 84, über den Medium und insbesondere komprimiertes Medium aus dem Kompressionsraum 60 abführbar ist.Furthermore, the connection device comprises 80 a second connection 84 , via the medium and in particular compressed medium from the compression space 60 is deductible.

An der Anschlusseinrichtung 80 sitzt eine Ventileinrichtung 86. Über diese lassen sich das Öffnen und Schließen des ersten Anschlusses 82 und des zweiten Anschlusses 84 zeitlich steuern. Die Ventileinrichtung 86 ist dazu signalwirksam mit der Steuerungs-/Regelungseinrichtung 38 verbunden.At the connection device 80 sits a valve device 86 , About this can be the Opening and closing the first connection 82 and the second port 84 timed. The valve device 86 is to signal effective with the control / regulation device 38 connected.

Der Anschlusseinrichtung 80 ist eine Fluidverbindungseinrichtung 88 zugeordnet, über welche Medium und insbesondere komprimiertes Medium aus dem Kompressionsraum 60 dem Expansionsraum 26 über dessen Einlassanschluss 34 bereitstellbar ist. Es lässt sich dadurch ein Drucklader bzw. eine Spülung realisieren.The connection device 80 is a fluid connection device 88 associated, via which medium and in particular compressed medium from the compression space 60 the expansion area 26 via its inlet connection 34 is available. It can thereby realize a pressure loader or a flush.

Die Fluidverbindungseinrichtung 88 ist an eine Druckspeichereinrichtung 90 angeschlossen. Die Druckspeichereinrichtung 90 kann dabei grundsätzlich durch eine oder mehrere Leitungen 92 gebildet sein, über welche Medium (insbesondere komprimiertes Medium) von dem Kompressionsraum 60 dem Einlassanschluss 34 zugeführt wird.The fluid connection device 88 is to a pressure storage device 90 connected. The pressure storage device 90 can basically by one or more lines 92 be formed, via which medium (in particular compressed medium) of the compression space 60 the inlet connection 34 is supplied.

Es ist auch möglich, dass die Druckspeichereinrichtung 90 zusätzlich einen oder mehrere Speicherbehälter 94 umfasst. Dadurch lässt sich auch eine Puffer-Druckspeicherung realisieren.It is also possible that the pressure storage device 90 additionally one or more storage tanks 94 includes. As a result, a buffer pressure storage can be realized.

Es ist dabei grundsätzlich vorgesehen, dass der Druckspeichereinrichtung 90 und insbesondere dem Speicherbehälter 94 ein steuerbares Ventil 96 zugeordnet ist, welches signalwirksam mit der Steuerungs-/Regelungseinrichtung 38 verbunden ist. Durch das Ventil 96 lässt sich eine Bereitstellung von puffergespeichertem komprimierten Medium an den Expansionsraum 26 zeitlich steuern.It is basically provided that the pressure storage device 90 and in particular the storage container 94 a controllable valve 96 is assigned, which signals effective with the control / regulating device 38 connected is. Through the valve 96 can be a provision of buffered compressed medium to the expansion space 26 timed.

Der Kompressionsraum 60 ist ein von dem Expansionsraum 26 und dem Rückfederraum 50 getrennter Raum, in welchem Medium komprimierbar ist. Er ist ein Funktionsraum, wobei beispielsweise durch dort komprimiertes Medium der Druck, welcher an dem Einlassanschluss 34 ansteht, erhöhbar ist; dies ist insbesondere in einem Zwei-Takt-Betrieb des Freikolbenmotors 12 sinnvoll.The compression room 60 is one of the expansion room 26 and the resilience space 50 separate room in which medium is compressible. It is a functional space, wherein, for example, by compressed medium there, the pressure which at the inlet port 34 is present, can be increased; this is especially true in a two-stroke operation of the free-piston engine 12 meaningful.

Komprimiertes Medium in dem Kompressionsraum 60 kann beispielsweise auch in einem Vier-Takt-Betrieb dazu verwendet werden, eine Gasfeder bereitzustellen. Es ist dabei grundsätzlich insbesondere in einem Vier-Takt-Betrieb auch möglich, dass in dem entsprechenden Kompressionsraum 60 alternativ oder zusätzlich eine mechanische Federeinrichtung 85 angeordnet ist. Diese mechanische Federeinrichtung 85 umfasst dabei eine oder mehrere mechanische Federn, welche sich an dem zweiten Kolben 20 und einer Wand des Kompressionsraums 60 (insbesondere an der Stirnwand 64) abstützt.Compressed medium in the compression room 60 For example, it can also be used in four-stroke operation to provide a gas spring. In principle, it is also possible in particular in a four-stroke operation that in the corresponding compression space 60 alternatively or additionally, a mechanical spring device 85 is arranged. This mechanical spring device 85 includes one or more mechanical springs, which are located on the second piston 20 and a wall of the compression space 60 (especially on the front wall 64 ) is supported.

Bei einer Ausführungsform ist die Ventileinrichtung 86, welche an der Anschlusseinrichtung 80 sitzt, als Drei/Zwei-Wegeventil 98 ausgebildet (7). Es gibt grundsätzlich zwei Fluidwege, nämlich einen den ersten Anschluss 82 zugeordneten Einkopplungsweg für Medium aus der Umgebung und einen dem zweiten Anschluss 84 zugeordneten Auskopplungsweg für komprimiertes Medium aus dem Kompressionsraum 60.In one embodiment, the valve device is 86 , which at the connection device 80 sits as a three / two-way valve 98 educated ( 7 ). There are basically two fluid paths, namely one the first port 82 associated injection path for medium from the environment and a second port 84 associated decoupling path for compressed medium from the compression space 60 ,

Bei einer weiteren Ausführungsform einer Ventileinrichtung 86, sind, wie in 8 angedeutet, ein erstes Sperrventil 100 für den ersten Anschluss 82 und ein zweites Sperrventil 102 für den zweiten Anschluss 84 vorgesehen. Die Sperrventile 100, 102 sind insbesondere schwellengesteuert (beispielsweise durch Federbelastung). Sie öffnen beispielsweise erst, wenn ein bestimmter Schwellendruck überschritten bzw. unterschritten ist. Insbesondere ist dann beispielsweise das erste Sperrventil 100, welches dem ersten Anschluss 82 zugeordnet ist, geöffnet, bis eine bestimmte Druckschwelle überschritten wird. Das zweite Sperrventil 102 öffnet, wenn eine bestimmte Druckschwelle überschritten wird. Die Sperrventile 100, 102 sind insbesondere Rückschlagventile ohne aktive Ansteuerung. Sie sind insoweit ”passiv” über die Schwellenwerte gesteuert.In a further embodiment of a valve device 86 , are, as in 8th indicated, a first check valve 100 for the first connection 82 and a second shut-off valve 102 for the second connection 84 intended. The check valves 100 . 102 are in particular threshold-controlled (for example by spring loading). For example, they only open when a certain threshold pressure is exceeded or undershot. In particular, then, for example, the first check valve 100 which is the first connection 82 is assigned, opened until a certain pressure threshold is exceeded. The second shut-off valve 102 opens when a certain pressure threshold is exceeded. The check valves 100 . 102 are in particular check valves without active control. They are so far "passive" controlled by the thresholds.

Es ist auch möglich, dass die Ventileinrichtung 86, wie in 9 angedeutet, für den ersten Anschluss 82 und den zweiten Anschluss 84 getrennte steuerbare Ventile 104, 106 umfasst.It is also possible that the valve device 86 , as in 9 indicated, for the first connection 82 and the second port 84 separate controllable valves 104 . 106 includes.

Die Ventileinrichtung 86 für einen Kompressionsraum kann mittels unterschiedlicher Arten von Ventilen ausgebildet sein, wie Tellerventile, Schaltventile, Rückschlagventile, Überströmventile, Drehschiebeventile usw.The valve device 86 for a compression chamber may be formed by means of different types of valves, such as poppet valves, switching valves, check valves, overflow valves, rotary valves, etc.

Der Freikolbenmotor 12 funktioniert wie folgt:
In einem Zwei-Takt-Betrieb ist die Ventileinrichtung 86 (Ladeventileinrichtung) so geschaltet, dass entweder der erste Anschluss 82 geöffnet ist und der zweite Anschluss 84 geschlossen ist, oder der erste Anschluss 82 geschlossen ist und der zweite Anschluss 84 geöffnet ist. Im ersten Falle ist der Kompressionsraum 60 fluidwirksam mit der Umgebung verbunden, sodass Medium aus der Umgebung in den Kompressionsraum 60 eingesaugt werden kann. Im zweiten Falle ist der Kompressionsraum 60 fluidwirksam mit der Druckspeichereinrichtung 90 verbunden, sodass komprimiertes Medium an die Druckspeichereinrichtung 90 zur Pufferung bzw. zur direkten Zuführung an den Einlassanschluss 34 abgebbar ist.
The free-piston engine 12 works as follows:
In a two-stroke operation is the valve device 86 (Charging valve device) switched so that either the first port 82 is open and the second connection 84 closed, or the first connection 82 is closed and the second connection 84 is open. In the first case is the compression space 60 fluidly connected to the environment, so that medium from the environment in the compression space 60 can be sucked. In the second case is the compression space 60 fluidly effective with the pressure storage device 90 connected so that compressed medium to the pressure storage device 90 for buffering or for direct supply to the inlet connection 34 is deliverable.

Wenn sich der erste Kolben 18 der Kolbeneinrichtung 16 in dem oberen Totpunkt OTex (bezogen auf den Expansionsraum 26) befindet, dann wird die Ventileinrichtung 86 so angesteuert, dass der erste Anschluss 82 aktiv ist, das heißt dass Medium in den Kompressionsraum 86 einsaugbar ist. Wenn sich der erste Kolben 18 dann aus dem oberen Totpunkt OTex in Richtung des unteren Totpunkts UTex bewegt, so vergrößert sich das Volumen des Expansionsraums 26 und synchron vergrößert sich das Volumen des Kompressionsraums 60. Der in dem Kompressionsraum 60 entstehende Unterdruck bewirkt, dass Medium (insbesondere Frischluft) aus der Umgebung durch den ersten Anschluss 82 in den Kompressionsraum 60 eingesaugt wird.When the first piston 18 the piston device 16 in the top dead center OT ex (relative to the expansion space 26 ), then the valve means 86 so driven that the first connection 82 is active, that is, that medium in the compression space 86 is sucked. When the first piston 18 then from top dead center OT ex towards bottom dead center UT ex moves, so increases the volume of the expansion space 26 and synchronously, the volume of the compression space increases 60 , The one in the compression room 60 resulting negative pressure causes medium (especially fresh air) from the environment through the first port 82 in the compression room 60 is sucked in.

In dem Rückfederraum 50 wird die entsprechende Federeinrichtung komprimiert. Wenn als Rückfedereinrichtung eine Gasfeder verwendet wird, steigt in dem Rückfederraum 50 der Druck. Dadurch wird die Kolbeneinrichtung 16 abgebremst und kommt im oberen Totpunkt OTr (bezogen auf den Rückfederraum 50) zum Stehen. Es dreht sich dann die Bewegungsrichtung um.In the resilience space 50 the corresponding spring device is compressed. When a gas spring is used as the return spring means, the springback space increases 50 the pressure. This will cause the piston device 16 braked and comes in top dead center OT r (relative to the resilience space 50 ) to stand. It then turns the direction of movement.

Wenn die Kolbeneinrichtung 16 sich im oberen Totpunkt OTr befindet, wird die Ventileinrichtung 86 so angesteuert, dass der erste Anschluss 82 gesperrt wird und der Kompressionsraum 60 fluidwirksam mit der Druckspeichereinrichtung 90 verbunden wird. Wenn sich dann der zweite Kolben 20 von dem oberen Totpunkt OTr in Richtung des unteren Totpunkts UTr (bezogen auf den Rückfederraum 50) aufgrund der Rückstellkraft der Rückfedereinrichtung des Rückfederraums 50 bewegt, dann wird das Medium in dem Kompressionsraum 60 komprimiert. Dadurch wird die Druckspeichereinrichtung 90 ”gefüllt”. Es wird der Speicherbehälter 94 gefüllt bzw. an dem Einlassanschluss 34 steht komprimiertes Medium an.When the piston device 16 is located at top dead center OT r , the valve device 86 so driven that the first connection 82 is locked and the compression space 60 fluidly effective with the pressure storage device 90 is connected. If then the second piston 20 from the top dead center OT r in the direction of the bottom dead center UT r (relative to the resilience space 50 ) due to the restoring force of the return spring means of the resilience space 50 moves, then the medium in the compression chamber 60 compressed. As a result, the pressure storage device 90 "filled". It becomes the storage tank 94 filled or at the inlet port 34 stands for compressed medium.

Wenn sich die Bewegungsrichtung der Kolbeneinrichtung 16 wiederum umdreht, wenn der erste Kolben 18 den oberen Totpunkt OTex erreicht bzw. der zweite Kolben 20 den unteren Totpunkt UTr erreicht, dann wird die Ventileinrichtung 86 wiederum so angesteuert, dass der zweite Anschluss 84 geschlossen und der erste Anschluss 82 geöffnet wird. Dadurch kann der Kompressionsraum 60 mit komprimierbarem Medium neu beladen werden.When the direction of movement of the piston device 16 in turn turned over when the first piston 18 reached the top dead center OT ex or the second piston 20 reaches the bottom dead center UT r , then the valve device 86 again so controlled that the second connection 84 closed and the first connection 82 is opened. This allows the compression space 60 be reloaded with compressible medium.

Wie oben erwähnt, kann die Druckspeichereinrichtung 90 durch eine oder mehrere Leitungen 92 gebildet sein. Im Falle des Vorsehens eines Speicherbehälters 94 wird insbesondere das Ventil 96 so angesteuert, dass ein zeitlicher Versatz zwischen der Zuführung von komprimiertem Medium an dem Einlassanschluss 34 und der Erzeugung des komprimierten Mediums in dem Kompressionsraum 60 vorliegt.As mentioned above, the pressure storage device 90 through one or more lines 92 be formed. In the case of providing a storage container 94 especially the valve 96 so controlled that a time offset between the supply of compressed medium at the inlet port 34 and the generation of the compressed medium in the compression space 60 is present.

Das komprimierte Medium wird in dem Kompressionsraum 60 während der Kompressionsphase des ersten Kolbens 18 (während der Bewegung des ersten Kolbens 18 von seinem unteren Totpunkt UTex in den oberen Totpunkt OTex) erzeugt. Eine Spülung des Expansionsraums 26 (Einkopplung von Oxidator und Treibstoff und Abführung von Abgasen) erfolgt aber erst am Ende einer Expansionsphase der Kolbeneinrichtung 16 (am Ende der Phase der Bewegung zwischen dem oberen Totpunkt OTex und dem unteren Totpunkt UTex). Dadurch liegt ein zeitlicher Versatz vor, wann komprimiertes Medium für die Spülung benötigt wird und wann komprimiertes Medium in dem Kompressionsraum 60 erzeugt wird. Durch den Speicherbehälter 94 und entsprechend der Ansteuerung des Ventils 96 lässt sich dies ausgleichen, das heißt der Speicherbehälter 94 wirkt als Pufferspeicher und komprimiertes Medium wird dem Expansionsraum 26 dann bereitgestellt, wenn dieses benötigt wird, nämlich in einem kurzen Zeitraum um Erreichen des unteren Totpunkts UTex des ersten Kolbens 18 herum.The compressed medium becomes in the compression space 60 during the compression phase of the first piston 18 (during movement of the first piston 18 from its bottom dead center UT ex to top dead center OT ex ). A flush of the expansion room 26 (Coupling of oxidizer and fuel and discharge of exhaust gases) takes place but only at the end of an expansion phase of the piston device 16 (at the end of the phase of movement between top dead center OT ex and bottom dead center UT ex ). As a result, there is a time lag when compressed medium is needed for purging and when compressed medium in the compression space 60 is produced. Through the storage tank 94 and according to the control of the valve 96 this can be compensated, that is the storage container 94 acts as a buffer and compressed medium becomes the expansion space 26 then provided when needed, namely, in a short period of time to reach the bottom dead center UT ex of the first piston 18 around.

Bei dem Zwei-Takt-Betrieb des Freikolbenmotors 12 wird komprimiertes Medium und insbesondere Ladeluft dem Expansionsraum 26 insbesondere als Verbrennungsraum bereitgestellt. Der Kompressionsraum 60 bildet gewissermaßen eine Pumpe zur Bereitstellung von komprimierter Ladeluft.In the two-stroke operation of the free-piston engine 12 becomes compressed medium and in particular charge air the expansion space 26 especially provided as a combustion chamber. The compression room 60 effectively forms a pump to provide compressed charge air.

Es kann dann beispielsweise die gesamte für einen Verbrennungsprozess im Expansionsraum 26 benötigte Frischluft oder nur ein Teil davon in dem Kompressionsraum 60 komprimiert werden.It can then, for example, the entire for a combustion process in the expansion space 26 needed fresh air or only part of it in the compression space 60 be compressed.

Grundsätzlich ist es dann beispielsweise möglich, dass ein zusätzlicher elektrischer Drucklader bereitgestellt wird. Dieser kann gegebenenfalls durch den Lineartrieb 70 angetrieben werden.In principle, it is then possible, for example, for an additional electrical pressure charger to be provided. This can optionally by the linear drive 70 are driven.

In 1 sind der erste Kolben 18 und der zweite Kolben 20 mit gleichem Durchmesser gezeigt. Es ist auch möglich, dass der zweite Kolben 20 einen anderen Durchmesser als der erste Kolben 18 aufweist. Durch Einstellung des Durchmessers des zweiten Kolbens 20 in Relation zu dem ersten Kolben 18 kann die Masse einem komprimierten Medium so eingestellt werden, dass sie der für die Spülung des Expansionsraums 26 benötigten Masse entspricht.In 1 are the first piston 18 and the second piston 20 shown with the same diameter. It is also possible that the second piston 20 a different diameter than the first piston 18 having. By adjusting the diameter of the second piston 20 in relation to the first piston 18 For example, the mass of a compressed medium can be adjusted to that for flushing the expansion space 26 required mass corresponds.

Bei einem Vier-Takt-Betrieb des Freikolbenmotors 12 gibt es grundsätzlich vier verschiedene Takte, nämlich:
In einem Arbeitstakt erfolgt beispielsweise die Verbrennung von Treibstoff in dem Expansionsraum 26. Die Kolbeneinrichtung 16 mit ihrem ersten Kolben 18 bewegt sich dadurch von dem oberen Totpunkt OTex in Richtung des unteren Totpunkts UTex. Bei dieser Bewegung wird die Rückfedereinrichtung im Rückfederraum 50 komprimiert. Die Ventileinrichtung 86 ist so angesteuert, dass der erste Anschluss 82 offen ist und Medium aus der Umgebung in den Kompressionsraum 60 eingesaugt wird.
In a four-stroke operation of the free-piston engine 12 There are basically four different measures, namely:
In one cycle, for example, the combustion of fuel takes place in the expansion space 26 , The piston device 16 with her first piston 18 moves thereby from the top dead center OT ex in the direction of the bottom dead center UT ex . During this movement, the return spring means in the resilience space 50 compressed. The valve device 86 is so controlled that the first connection 82 is open and medium from the environment in the compression space 60 is sucked in.

In einem anschließenden Ausschiebetakt treibt die Rückfedereinrichtung im Rückfederraum 50 die Kolbeneinrichtung 16 in Gegenrichtung von dem unteren Totpunkt UTex in den oberen Totpunkt OTex. Die Ventileinrichtung 86 wird dabei so angesteuert, dass der Kompressionsraum 60 gesperrt ist, das heißt dass kein Medium aus diesem entweichen kann. Ein oder mehrere Ventile 42 an dem oder den Auslassanschlüssen 40 sind dabei offen, sodass Abgase aus dem Expansionsraum 26 abgestoßen werden können. Das Medium in dem Kompressionsraum 60 wird invers zu der Volumenänderung des Rückfederraums 50 komprimiert. Der Druck im Kompressionsraum 60 steigt und die Kolbeneinrichtung 16 wird dadurch über den Kompressionsraum 60 abgebremst.In a subsequent Ausschiebetakt drives the return spring in the resilience space 50 the piston device 16 in the opposite direction from the bottom dead center UT ex to the top dead center OT ex . The valve device 86 is controlled so that the compression space 60 is locked, which means that no medium can escape from this. One or more valves 42 at the outlet port (s) 40 are open, so exhaust fumes from the expansion area 26 can be repelled. The medium in the compression room 60 becomes inverse to the volume change of the resilience space 50 compressed. The pressure in the compression chamber 60 rises and the piston device 16 This will over the compression space 60 braked.

In einem nachfolgenden Ansaugtakt sind das oder die Ventile 42 geschlossen. Der oder die Einlassanschlüsse 34 sind geöffnet und Oxidator und Treibstoff können eingekoppelt werden. Die Kolbeneinrichtung 16 bewegt sich von dem oberen Totpunkt OTex in Richtung des unteren Totpunkts UTex. Dies bewirkt ein Ansaugen von Frischgas in den Expansionsraum 26. Die Rückfedereinrichtung in dem Rückfederraum 50 wird komprimiert und der Kompressionsraum 60 wird expandiert. Dadurch wird die Kolbeneinrichtung 16 in Richtung des oberen Totpunkts OTr (bezogen auf den Rückfederraum 50) beschleunigt.In a subsequent intake stroke, the valve or valves are 42 closed. The inlet port (s) 34 are open and oxidizer and fuel can be coupled. The piston device 16 moves from the top dead center OT ex toward the bottom dead center UT ex . This causes a suction of fresh gas in the expansion space 26 , The return spring device in the resilience space 50 is compressed and the compression space 60 will be expanded. This will cause the piston device 16 in the direction of top dead center OT r (relative to the resilience space 50 ) speeds up.

Bei Erreichen des oberen Totpunkts OTr (bezogen auf den Rückfederraum 50) werden das oder die Ventile 36, welche dem oder den Einlassanschlüssen 34 zugeordnet sind, geschlossen. Der Expansionsraum 26 ist jetzt mit einem Treibstoff-Oxidator-Gemisch befüllt. Die Rückfedereinrichtung des Rückfederraums 50 stellt eine Rückstellkraft bereit, welche die Kolbeneinrichtung 16 in Richtung des oberen Totpunkts OTex (bezogen auf den Expansionsraum 26) beschleunigt. Das Gemisch im Expansionsraum 26 wird verdichtet (Kompressionstakt).Upon reaching the top dead center OT r (relative to the resilience space 50 ) become the valve or valves 36 which the inlet connections or the 34 are assigned, closed. The expansion space 26 is now filled with a fuel-oxidizer mixture. The return spring means of the resilience space 50 provides a restoring force which the piston means 16 in the direction of top dead center OT ex (relative to the expansion space 26 ) speeds up. The mixture in the expansion space 26 is compressed (compression stroke).

Bei einer Ausführungsform ist der Kompressionsraum 60 fluidwirksam mit der Umgebung verbunden. Dadurch wird sichergestellt, dass komprimiertes Medium nicht in dem Kompressionsraum 60 verbleibt. Durch die Bewegung der Kolbeneinrichtung 16 wird Medium aus dem Kompressionsraum 60 ausgetrieben.In one embodiment, the compression space is 60 fluidly connected to the environment. This will ensure that compressed media is not in the compression space 60 remains. By the movement of the piston device 16 becomes medium from the compression space 60 expelled.

Bei einer alternativen Ausführungsform wird der zweite Anschluss 84 geöffnet. Dadurch wird komprimiertes Medium der Druckspeichereinrichtung 90 bereitgestellt.In an alternative embodiment, the second port becomes 84 open. As a result, compressed medium of the pressure storage device 90 provided.

Im ersten Falle hat der Kompressionsraum 60 während des Arbeitstakts und des Verdichtungstakts keine Funktion. Im zweiten Falle wird er zur Bereitstellung von komprimiertem Medium benutzt.In the first case, the compression space 60 during the working cycle and the compression stroke no function. In the second case, it is used to provide compressed medium.

Bei einem Zwei-Takt-Prozess wird das komprimierte Medium, welches in dem Kompressionsraum 60 erzeugt wurde, dazu verwendet, ein Druckgefälle zwischen dem Einlassanschluss 34 und dem Auslassanschluss 40 bereitzustellen.In a two-stroke process, the compressed medium is stored in the compression space 60 was generated, used a pressure differential between the inlet port 34 and the outlet port 40 provide.

Bei einem Vier-Takt-Betrieb wird das komprimierte Medium in dem Kompressionsraum 60 dazu benutzt, eine Gasfeder bereitzustellen, um die Kolbeneinrichtung 16 im Ansaugtakt anzutreiben.In a four-stroke operation, the compressed medium becomes in the compression space 60 used to provide a gas spring to the piston device 16 to drive in the intake stroke.

Zusätzlich kann durch die Bereitstellung von komprimiertem Medium für den Expansionsraum 26 auch eine Wirkungsgradverbesserung bei einem Vier-Takt-Betrieb erzielt werden.Additionally, by providing compressed medium for the expansion space 26 An efficiency improvement in a four-stroke operation can be achieved.

Durch entsprechende zeitliche Ansteuerung der Ventileinrichtung 86 ist es dabei auch bei einem Vier-Takt-Betrieb möglich, die Kolbenbewegung und gegebenenfalls eine Verdichtung oder einen Hub zu beeinflussen. Durch den Kompressionsraum 60 bzw. eine Steuerzeit der Ventileinrichtung 86 ist dann eine weitere Stellgröße zur Steuerung/Regelung des Betriebs der Freikolbenvorrichtung 10 bereitgestellt.By appropriate timing of the valve device 86 It is also possible in a four-stroke operation to influence the piston movement and, where appropriate, a compression or a stroke. Through the compression room 60 or a control time of the valve device 86 is then another manipulated variable for controlling / regulating the operation of the free-piston device 10 provided.

Es kann alternativ oder zusätzlich vorgesehen sein, dass eine mechanische Federeinrichtung in dem Kompressionsraum 60 angeordnet ist. In dem Arbeitstakt und in dem Verdichtungstakt hat die Federeinrichtung keine besondere Funktion. In dem Ausschiebetakt wird die Federeinrichtung in den Kompressionsraum 60 komprimiert. Die mechanische Federeinrichtung wird gespannt. In dem nachfolgenden Ansaugtakt kann sich die Federeinrichtung entspannen. Sie erzeugt dabei eine Vortriebskraft entgegen der Rückstellkraft der Rückfedereinrichtung und treibt die Bewegung der Kolbeneinrichtung 16 von dem oberen Totpunkt OTex in Richtung des unteren Totpunkts UTex an.It may alternatively or additionally be provided that a mechanical spring device in the compression space 60 is arranged. In the power stroke and in the compression stroke, the spring device has no special function. In the Ausschiebetakt the spring device in the compression space 60 compressed. The mechanical spring device is tensioned. In the subsequent intake stroke, the spring device can relax. It generates a driving force against the restoring force of the return spring device and drives the movement of the piston device 16 from the top dead center OT ex toward the bottom dead center UT ex .

Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel eines Freikolbenmotors, welches in 2 schematisch gezeigt und dort mit 108 bezeichnet ist, ist ein Gehäuse 110 vorgesehen, in welchem der Expansionsraum 26 gebildet ist.In a further embodiment of a free-piston engine, which in 2 shown schematically and there with 108 is designated, is a housing 110 provided in which the expansion space 26 is formed.

In dem Gehäuse 110 ist ein weiterer Kompressionsraum 112 gebildet. Dieser Kompressionsraum ist durch eine Kolbenseite 114 begrenzt, welche der ersten Kolbenseite 30 des ersten Kolbens 18 gegenüberliegt.In the case 110 is another compression room 112 educated. This compression space is through a piston side 114 limited, which is the first piston side 30 of the first piston 18 opposite.

Das Gehäuse 110 weist weiterhin eine Stirnwand 116 auf, welche den Kompressionsraum 112 dem ersten Kolben 18 gegenüberliegend begrenzt.The housing 110 also has an end wall 116 on which the compression space 112 the first piston 18 limited opposite.

An der Stirnwand 116 ist eine Anschlusseinrichtung 118 angeordnet, an welcher eine steuerbare Ventileinrichtung 120 sitzt.At the front wall 116 is a connection device 118 arranged on which a controllable valve device 120 sitting.

Ansonsten ist der Freikolbenmotor 108 (insbesondere bezüglich des Rückfederraums 50) gleich ausgebildet wie der Freikolbenmotor 12.Otherwise, the free piston engine 108 (especially with regard to the resilience space 50 ) designed the same as the free-piston engine 12 ,

Der Kompressionsraum 112 ist ein Kompressionsraum, welcher invers zu dem Expansionsraum 26 ist: Wenn das Volumen des Expansionsraums 26 sich vergrößert, dann verkleinert sich das Volumen des Kompressionsraums 112 synchron und umgekehrt. Die Volumenänderung des Kompressionsraums 112 ist wiederum synchron zu der Volumenänderung des Rückfederraums 50. The compression room 112 is a compression space which is inverse to the expansion space 26 is: If the volume of the expansion space 26 increases, then the volume of the compression space decreases 112 synchronous and vice versa. The volume change of the compression space 112 is in turn synchronous with the volume change of the resilience space 50 ,

Die Ventileinrichtung 120 ist mit der Steuerungs-/Regelungseinrichtung 38 verbunden. Durch sie lässt sich entsprechend steuern, dass Medium in den Kompressionsraum 112 eingesaugt wird bzw. komprimiertes Medium abgeführt wird.The valve device 120 is with the control / regulation device 38 connected. Through it can be controlled accordingly, that medium in the compression space 112 is sucked in or compressed medium is discharged.

Der Kompressionsraum 60 bildet einen ersten Kompressionsraum und der Kompressionsraum 112 bildet einen zweiten Kompressionsraum, wobei diese Kompressionsräume getrennt voneinander sind. Durch das Vorsehen von mehreren Kompressionsräumen ergeben sich erhöhte Steuerungsmöglichen bzw. erhöhte Regelungsmöglichkeiten. Es lässt sich eine größere Masse pro Arbeitstakt an komprimiertem Medium bereitstellen.The compression room 60 forms a first compression space and the compression space 112 forms a second compression space, these compression spaces are separated from each other. By providing multiple compression spaces increased control possible or increased control options arise. It is possible to provide a larger mass per working cycle of compressed medium.

Durch das Vorsehen von mehrere Kompressionsräumen kann eine größere Mediummenge verdichtet werden und es können zusätzlich Pulsationen verringert werden, da eine Mediumkomprimierung sowohl in einer Aufbewegung als auch in einer Abbewegung erfolgt. Auch der Rückfederraum 50 ist ein Kompressionsraum, wenn eine Gasfeder dort verwendet wird.By providing a plurality of compression chambers, a larger amount of medium can be compressed and, in addition, pulsations can be reduced, since medium compression takes place both in an up-movement and in an out-movement. Also the resilience space 50 is a compression space when a gas spring is used there.

Insbesondere ist die Anschlusseinrichtung 118 mit der Druckspeichereinrichtung 90 verbunden.In particular, the connection device 118 with the pressure storage device 90 connected.

Durch den Kompressionsraum 112 lässt sich komprimiertes Medium in einem anderen Takt bereitstellen verglichen zu dem Kompressionsraum 60.Through the compression room 112 can provide compressed medium in a different clock compared to the compression space 60 ,

Ansonsten funktioniert der Freikolbenmotor 108 wie beschrieben.Otherwise, the free-piston engine works 108 as described.

Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel eines Freikolbenmotors, welches in 3 schematisch gezeigt und dort mit 122 bezeichnet ist, ist ein Gehäuse 124 vorgesehen, in welchem der erste Kolben 18 angeordnet ist. Der erste Kolben 18 begrenzt dabei mit seiner ersten Kolbenseite 30 den Expansionsraum 26. Mit einer der ersten Kolbenseite gegenüberliegenden zweiten Kolbenseite 126 begrenzt er einen Rückfederraum 128, welcher in dem gleichen Gehäuse 124 gebildet ist.In a further embodiment of a free-piston engine, which in 3 shown schematically and there with 122 is designated, is a housing 124 provided in which the first piston 18 is arranged. The first piston 18 limited thereby with its first piston side 30 the expansion area 26 , With a second piston side opposite the first piston side 126 he limits a resilience space 128 which is in the same housing 124 is formed.

Der zweite Kolben 20 ist in einem Gehäuse 130 angeordnet, in welchem ein Kompressionsraum 132 und kein Rückfederraum gebildet ist.The second piston 20 is in a housing 130 arranged in which a compression space 132 and no resilience space is formed.

Der Freikolbenmotor 122 funktioniert grundsätzlich gleich wie der Freikolbenmotor 12, wobei sich der Freikolbenmotor 122 und der Freikolbenmotor 12 nur in der Anordnung des Rückfederraums 50 unterscheiden.The free-piston engine 122 basically works the same as the free-piston engine 12 , where the free piston engine 122 and the free-piston engine 12 only in the arrangement of the resilience space 50 differ.

Bei einem vierten Ausführungsbeispiel eines Freikolbenmotors, welches in 4 schematisch gezeigt und dort mit 134 bezeichnet ist, sind ein Gehäuse entsprechend dem Gehäuse 110 und ein Gehäuse entsprechend dem Gehäuse 66 vorgesehen. Bei dem Freikolbenmotor 108 liegen dabei die Gehäuse 110 und 66 auf einer Linie und sind insbesondere koaxial zueinander. Bei dem Freikolbenmotor 134 ist eine Kolbeneinrichtung 136 vorgesehen (mit dem ersten Kolben 18 und dem zweiten Kolben 20), wobei die Gehäuse 110 und 66 nicht koaxial zueinander liegen, sondern in einer Richtung 137 quer zu einer Bewegungsrichtung 138 der Kolbeneinrichtung 136 beabstandet sind. An dem ersten Kolben 18 sitzt ein Verbindungselement 140 beispielsweise in Form einer Stange. Dieses Verbindungselement erstreckt sich koaxial zu dem Kolben 18 in der Bewegungsrichtung 138. An der Stange 138 sitzt die Magneteinrichtung 72, welche sich in der Spuleneinrichtung 76 bewegt.In a fourth embodiment of a free-piston engine, which in 4 shown schematically and there with 134 is designated, are a housing corresponding to the housing 110 and a housing corresponding to the housing 66 intended. In the free-piston engine 108 lie the case 110 and 66 in a line and are particularly coaxial with each other. In the free-piston engine 134 is a piston device 136 provided (with the first piston 18 and the second piston 20 ), where the housing 110 and 66 not coaxial with each other, but in one direction 137 transverse to a direction of movement 138 the piston device 136 are spaced. At the first piston 18 sits a connecting element 140 for example in the form of a rod. This connecting element extends coaxially with the piston 18 in the direction of movement 138 , At the rod 138 sits the magnet device 72 which are in the coil device 76 emotional.

An dem Verbindungselement 140 sitzt ein Querelement 142, welches in der Richtung 137 orientiert ist. An dem Querelement 142 sitzt wiederum ein weiteres Verbindungselement 144, welches mindestens näherungsweise parallel zu der Bewegungsrichtung 138 ausgerichtet ist. An dem Verbindungselement 144 wiederum sitzt der zweite Kolben 20 in dem Gehäuse 66.At the connecting element 140 sits a cross element 142 which is in the direction 137 is oriented. At the cross element 142 again sits another connection element 144 which is at least approximately parallel to the direction of movement 138 is aligned. At the connecting element 144 again, the second piston sits 20 in the case 66 ,

Das Verbindungselement 144 und das Verbindungselement 140 sind miteinander näherungsweise parallel zueinander orientiert.The connecting element 144 and the connecting element 140 are oriented approximately parallel to each other.

Der erste Kolben 18 und der zweite Kolben 20 bewegen sich parallel zueinander, wobei sie in der Richtung 137 beabstandet zueinander sind.The first piston 18 and the second piston 20 they move parallel to each other, moving in the direction 137 spaced from each other.

Das Querelement 142 weist eine erste Seite 148 auf, welche dem Gehäuse 110 zugewandt ist. Es weist ferner eine zweite Seite 150 auf, welche dem Gehäuse 66 zugewandt ist. Die erste Seite 148 ist abgewandt zu der zweiten Seite 150, das heißt der erste Kolben 18 in dem Gehäuse 110 und der zweite Kolben 20 in dem Gehäuse 66 sind auf unterschiedlichen Seiten bezogen auf das Querelement 142 angeordnet.The cross element 142 has a first page 148 on which the housing 110 is facing. It also has a second page 150 on which the housing 66 is facing. The first page 148 is turned away to the second page 150 that is the first piston 18 in the case 110 and the second piston 20 in the case 66 are on different sides relative to the cross element 142 arranged.

Ansonsten funktioniert der Freikolbenmotor 134 wie oben beschrieben.Otherwise, the free-piston engine works 134 as described above.

Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel eines Freikolbenmotors, welches in 5 schematisch gezeigt und dort mit 152 bezeichnet ist, ist der Aufbau grundsätzlich gleich wie bei dem Freikolbenmotor 134. Es ist wiederum ein Querelement 142 vorgesehen. Das Gehäuse 110 und das Gehäuse 66 sind dabei jedoch an der gleichen Seite 148 des Querelements 142 angeordnet. Sie sind beispielsweise direkt nebeneinander angeordnet.In a further embodiment of a free-piston engine, which in 5 shown schematically and there with 152 is designated, is the Structure basically the same as in the free-piston engine 134 , It is again a cross element 142 intended. The housing 110 and the case 66 However, they are on the same page 148 of the cross element 142 arranged. For example, they are arranged directly next to each other.

Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel eines Freikolbenmotors, welches in 6 schematisch gezeigt und dort mit 154 bezeichnet ist, und welches eine Variante des Freikolbenmotors 122 ist, sind das Gehäuse 124 und das Gehäuse 130 in einer Querrichtung 137 zu einer Bewegungsrichtung einer entsprechenden Kolbeneinrichtung 156 versetzt zueinander angeordnet. Sie sind dabei an der gleichen Seite 158 eines Querelements 160 angeordnet.In a further embodiment of a free-piston engine, which in 6 shown schematically and there with 154 is designated, and which is a variant of the free-piston engine 122 is, are the case 124 and the case 130 in a transverse direction 137 to a direction of movement of a corresponding piston device 156 staggered to each other. They are on the same page 158 a cross element 160 arranged.

Grundsätzlich kann ein Kompressionsraum beliebig angeordnet sein, um beispielsweise das Bauvolumen des entsprechenden Freikolbenmotors an eine Anwendung optimiert anzupassen. Ein Kolben für die Kompression von Medium im Kompressionsraum ist jedoch starr mit der Kolbeneinrichtung des Freikolbenmotors verbunden.In principle, a compression space can be arranged as desired in order, for example, to optimally adapt the construction volume of the corresponding free-piston engine to an application. However, a piston for the compression of medium in the compression chamber is rigidly connected to the piston device of the free-piston engine.

Beispielsweise liegt der Lineartrieb 70 zwischen dem Expansionsraum 26 und dem Rückfederraum 50 bzw. zwischen dem Expansionsraum 26 und dem Kompressionsraum 60. Es ist beispielsweise auch möglich, dass der Kompressionsraum zwischen dem Expansionsraum und dem Lineartrieb liegt.For example, the linear drive is located 70 between the expansion area 26 and the resilience space 50 or between the expansion area 26 and the compression room 60 , For example, it is also possible for the compression space to be located between the expansion space and the linear drive.

Es ist auch möglich, dass ein Gasaustausch zwischen dem Rückfederraum und einem Kompressionsraum erfolgt. Der Gasaustausch kann dabei auch innerhalb eines Gehäuses wie beispielsweise des Gehäuses 66 erfolgen und insbesondere am Kolben 20 erfolgen.It is also possible that a gas exchange takes place between the resilience space and a compression space. The gas exchange can also be within a housing such as the housing 66 take place and in particular on the piston 20 respectively.

Über den Durchmesser des Kompressionsraums kann die geförderte Mediummasse eingestellt werden. Der Durchmesser kann dabei grundsätzlich unabhängig vom Durchmesser des Expansionsraums gewählt werden.About the diameter of the compression chamber, the pumped medium mass can be adjusted. The diameter can basically be chosen independently of the diameter of the expansion space.

Beispielsweise ist es vorgesehen, dass ein Durchmesser des Rückfederraums größer ist als ein Durchmesser eines Kompressionsraums. Dadurch kann beispielsweise komprimiertes Medium aus dem Kompressionsraum dem Rückfederraum zur Bereitstellung der Rückstellkraft geliefert werden. Es kann auch vorgesehen sein, dass der Durchmesser des Kompressionsraums größer ist als der Durchmesser des Expansionsraums. Dadurch lässt sich das Ladevolumen erhöhen.For example, it is provided that a diameter of the resilience space is greater than a diameter of a compression space. As a result, for example, compressed medium can be delivered from the compression space to the resilience space for providing the restoring force. It can also be provided that the diameter of the compression space is greater than the diameter of the expansion space. This can increase the loading volume.

In einem Zwei-Takt-Betrieb lässt sich ein Drucklader realisieren, wobei dem mindestens einen Expansionsraum durch den mindestens einen Kompressionsraum unter Druck stehendes, komprimiertes Medium bereitgestellt wird. Die entsprechende Druckaufladung des mindestens einen Expansionsraums lässt sich gegebenenfalls auch durch einen elektrischen Lader und/oder Turbolader unterstützen.In a two-stroke operation, a pressure loader can be realized, wherein the at least one expansion space is provided by the at least one compression space pressurized, compressed medium. If appropriate, the corresponding pressure charging of the at least one expansion space can also be assisted by an electric charger and / or turbocharger.

Eine entsprechende Freikolbenmotorvorrichtung lässt sich beispielsweise zum Antrieb eines Fahrzeugs oder als Hilfsantrieb verwenden. Er lässt sich zur Stromerzeugung beispielsweise im Blockheizkraftwerk oder zur mobilen Stromerzeugung verwenden.A corresponding free-piston engine device can be used, for example, for driving a vehicle or as an auxiliary drive. It can be used to generate electricity, for example in combined heat and power plants or for mobile power generation.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

1010
FreikolbenvorrichtungFree-piston device
1212
FreikolbenmotorFree piston engine
1414
Kolbenaufnahmepiston receiving
1616
Kolbeneinrichtungpiston device
1818
Erster KolbenFirst piston
2020
Zweiter KolbenSecond piston
2222
Verbindungselementconnecting element
2424
Expansionskammerexpansion chamber
2626
Expansionsraumexpansion space
2828
Gehäusecasing
3030
Erste KolbenseiteFirst piston side
3232
Stirnseitefront
3434
Einlassanschlussinlet port
3636
VentilValve
3838
Steuerungs-/RegelungseinrichtungControl / regulating device
4040
Auslassanschlussoutlet
4242
VentilValve
4444
Zündeinrichtungignition device
4646
Raumroom
4848
Kammerchamber
5050
RückfederraumResilience space
5252
Zweite KolbenseiteSecond piston side
5454
Stirnseitefront
5656
Anschlussconnection
5858
VentilValve
6060
Kompressionsraumcompression chamber
6262
Kolbenseitepiston side
6464
Stirnwandbulkhead
6666
Gehäusecasing
6868
Öffnungopening
7070
Lineartrieblinear drive
7272
Magneteinrichtungmagnetic device
7474
Magnetelementemagnetic elements
7676
Spuleneinrichtungcoil device
7878
signalwirksame Verbindungsignal-effective connection
8080
Anschlusseinrichtungconnecting device
8282
Erster AnschlussFirst connection
8484
Zweiter AnschlussSecond connection
8585
Federeinrichtungspring means
8686
Ventileinrichtungvalve means
8888
FluidverbindungseinrichtungFluid communication means
9090
DruckspeichereinrichtungPressure storage device
9292
Leitungmanagement
9494
Speicherbehälterstorage container
9696
VentilValve
9898
3/2-Wegeventil3/2-way valve
100100
Erstes SperrventilFirst check valve
102102
Zweites SperrventilSecond check valve
104104
VentilValve
106106
VentilValve
108108
FreikolbenmotorFree piston engine
110110
Gehäusecasing
112112
Kompressionsraumcompression chamber
114114
Kolbenseitepiston side
116116
Stirnwandbulkhead
118118
Anschlusseinrichtungconnecting device
120120
Ventileinrichtungvalve means
122122
FreikolbenmotorFree piston engine
124124
Gehäusecasing
126126
Zweite KolbenseiteSecond piston side
128128
RückfederraumResilience space
130130
Gehäusecasing
132132
Kompressionsraumcompression chamber
134134
FreikolbenmotorFree piston engine
136136
Kolbeneinrichtungpiston device
137137
Richtungdirection
138138
Bewegungseinrichtungmover
140140
Verbindungselementconnecting element
142142
Querelementcrossmember
144144
Verbindungselementconnecting element
148148
Erste SeiteFirst page
150150
Zweite SeiteSecond page
152152
FreikolbenmotorFree piston engine
154154
FreikolbenmotorFree piston engine
156156
Kolbeneinrichtungpiston device
158158
Seitepage
160160
Querelementcrossmember

Claims (37)

Freikolbenvorrichtung mit mindestens einem Freikolbenmotor (12; 108; 122; 134; 152; 154), umfassend mindestens eine Kolbenaufnahme (14), in welcher mindestens ein Expansionsraum (26) für die Expansion eines Arbeitsmediums gebildet ist und in welcher mindestens ein Rückfederraum (50) gebildet ist, und eine linear bewegliche Kolbeneinrichtung (16) mit mindestens einem Kolben (18; 20), wobei eine erste Kolbenseite (30) der Kolbeneinrichtung (16) den mindestens einen Expansionsraum (26) begrenzt und eine zweite Kolbenseite (52) der Kolbeneinrichtung (16) den mindestens einen Rückfederraum (50) begrenzt und wobei in dem mindestens einen Rückfederraum (50) eine Rückfedereinrichtung für die Bereitstellung einer Rückstellkraft für die Kolbeneinrichtung (16) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Kompressionsraum (60; 112) vorgesehen ist, welcher von dem mindestens einen Expansionsraum (26) und dem mindestens einen Rückfederraum (50) getrennt ist, welcher durch mindestens einen Kolben (20; 18) der Kolbeneinrichtung (16) begrenzt ist, und in welchem mittels der Kolbeneinrichtung (16) eine Federeinrichtung und/oder ein Medium komprimierbar ist.Free-piston device with at least one free-piston engine ( 12 ; 108 ; 122 ; 134 ; 152 ; 154 ), comprising at least one piston receptacle ( 14 ), in which at least one expansion space ( 26 ) is formed for the expansion of a working medium and in which at least one resilience space ( 50 ) is formed, and a linearly movable piston device ( 16 ) with at least one piston ( 18 ; 20 ), wherein a first piston side ( 30 ) of the piston device ( 16 ) the at least one expansion space ( 26 ) and a second piston side ( 52 ) of the piston device ( 16 ) the at least one resilience space ( 50 ) and wherein in the at least one resilience space ( 50 ) a return spring device for the provision of a restoring force for the piston device ( 16 ), characterized in that at least one compression space ( 60 ; 112 ) is provided, which of the at least one expansion space ( 26 ) and the at least one resilience space ( 50 ) separated by at least one piston ( 20 ; 18 ) of the piston device ( 16 ) is limited, and in which by means of the piston device ( 16 ) a spring device and / or a medium is compressible. Freikolbenvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Federeinrichtung ein komprimierbares Medium umfasst oder durch ein komprimierbares Medium gebildet ist.Free-piston device according to claim 1, characterized in that the spring device comprises a compressible medium or is formed by a compressible medium. Freikolbenvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch eine Fluidverbindungseinrichtung (88), durch welche der mindestens eine Expansionsraum (26) und der mindestens eine Kompressionsraum (60) fluidwirksam verbunden oder verbindbar sind.Free-piston device according to claim 1 or 2, characterized by a fluid connection device ( 88 ) through which the at least one expansion space ( 26 ) and the at least one compression space ( 60 ) are fluidically connected or connectable. Freikolbenvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass über die Fluidverbindungseinrichtung (88) dem mindestens einen Expansionsraum komprimiertes Medium zuführbar ist.Free-piston device according to claim 3, characterized in that via the fluid connection device ( 88 ) is supplied to the at least one expansion space compressed medium. Freikolbenvorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Fluidverbindungseinrichtung (88) an einen Einlassanschluss (34) des mindestens einen Expansionsraums fluidwirksam angeschlossen ist.Free-piston device according to claim 3 or 4, characterized in that the fluid connection device ( 88 ) to an inlet port ( 34 ) of the at least one expansion space is fluidly connected. Freikolbenvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Kompressionsraum (60) ausgangsseitig mit einer Druckspeichereinrichtung (90) fluidwirksam verbunden ist.Free-piston device according to one of the preceding claims, characterized in that the at least one compression space ( 60 ) on the output side with a pressure storage device ( 90 ) is fluidically connected. Freikolbenvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Expansionsraum (26) eingangsseitig mit einer Druckspeichereinrichtung (90) fluidwirksam verbunden ist.Free-piston device according to one of the preceding claims, characterized in that the at least one expansion space ( 26 ) on the input side with a pressure storage device ( 90 ) is fluidically connected. Freikolbenvorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Druckspeichereinrichtung (90) ein Ventil (96) zugeordnet ist, mittels welchem zeitlich gesteuert dem mindestens einen Expansionsraum (26) komprimiertes Medium zuführbar ist.Free piston device according to claim 6 or 7, characterized in that the pressure storage device ( 90 ) a valve ( 96 ) is assigned, by means of which temporally controlled the at least one expansion space ( 26 ) compressed medium can be fed. Freikolbenvorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckspeichereinrichtung (90) durch eine oder mehrere Leitungen (92) für Medium gebildet ist.Free-piston device according to one of claims 6 to 8, characterized in that the pressure storage device ( 90 ) by one or more lines ( 92 ) is formed for medium. Freikolbenvorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckspeichereinrichtung (90) mindestens einen Speicherbehälter (94) für Medium umfasst.Free piston device according to one of claims 6 to 9, characterized in that the pressure storage device ( 90 ) at least one storage container ( 94 ) for medium. Freikolbenvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass dem mindestens einen Kompressionsraum (60) mindestens ein erster Anschluss (82) zugeordnet ist, über den Medium einführbar ist und insbesondere Medium aus einer Medium enthaltenden Umgebung einführbar ist.Free-piston device according to one of the preceding claims, characterized in that the at least one compression space ( 60 ) at least one first port ( 82 ) is assigned, via the medium is insertable and in particular medium from an environment containing medium is insertable. Freikolbenvorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass an dem ersten Anschluss eine steuerbare Ventileinrichtung (86) sitzt. Free-piston device according to claim 11, characterized in that at the first connection a controllable valve device ( 86 ) sits. Freikolbenvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass dem mindestens einen Kompressionsraum (60) mindestens ein zweiter Anschluss (84) zugeordnet ist, über den komprimiertes Medium abführbar ist.Free-piston device according to one of the preceding claims, characterized in that the at least one compression space ( 60 ) at least one second connection ( 84 ) is assigned, can be discharged via the compressed medium. Freikolbenvorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass an dem zweiten Anschluss eine steuerbare Ventileinrichtung (86) angeordnet ist.Free-piston device according to claim 13, characterized in that at the second connection a controllable valve device ( 86 ) is arranged. Freikolbenvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Medium ein Gas ist.Free-piston device according to one of the preceding claims, characterized in that the medium is a gas. Freikolbenvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Medium ein Oxidator für die Verbrennung von Treibstoff in dem mindestens einen Expansionsraum (26) ist und insbesondere Luft ist.Free-piston device according to one of the preceding claims, characterized in that the medium is an oxidizer for the combustion of fuel in the at least one expansion space ( 26 ) and in particular is air. Freikolbenvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Kompressionsraum (60) bezüglich einer Volumenänderung invers zu dem mindestens einen Rückfederraum (50) angeordnet ist, wobei eine Volumenerhöhung des Rückfederraums (50) eine synchrone Volumenerniedrigung des mindestens einen Kompressionsraums (60) bewirkt und eine Volumenerniedrigung des mindestens einen Rückfederraums (50) eine synchrone Volumenerhöhung des mindestens einen Kompressionsraums (60) bewirkt.Free-piston device according to one of the preceding claims, characterized in that the at least one compression space ( 60 ) with respect to a change in volume inversely to the at least one resilience space ( 50 ), wherein a volume increase of the resilience space ( 50 ) a synchronous volume reduction of the at least one compression space ( 60 ) and a volume reduction of the at least one resilience space ( 50 ) a synchronous increase in volume of the at least one compression space ( 60 ) causes. Freikolbenvorrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Kompressionsraum (60) und der mindestens eine Rückfederraum (50) in einem gemeinsamen Gehäuse (66) oder Gehäuseteil angeordnet sind, wobei eine der zweiten Kolbenseite (52) gegenüberliegende Kolbenseite (62), welche insbesondere an dem Kolben (20) mit der zweiten Kolbenseite (52) gebildet ist, den mindestens einen Kompressionsraum (60) begrenzt.Free-piston device according to claim 17, characterized in that the at least one compression space ( 60 ) and the at least one resilience space ( 50 ) in a common housing ( 66 ) or housing part are arranged, wherein one of the second piston side ( 52 ) opposite piston side ( 62 ), which in particular on the piston ( 20 ) with the second piston side ( 52 ) is formed, the at least one compression space ( 60 ) limited. Freikolbenvorrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Kompressionsraum (132) und der mindestens eine Rückfederraum (128) in unterschiedlichen Gehäusen (124; 130) oder Gehäuseteilen angeordnet sind.Free-piston device according to claim 17, characterized in that the at least one compression space ( 132 ) and the at least one resilience space ( 128 ) in different housings ( 124 ; 130 ) or housing parts are arranged. Freikolbenvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Expansionsraum (26) und der mindestens eine Kompressionsraum (112) bezüglich einer Volumenänderung invers zueinander angeordnet sind, wobei eine Volumenerhöhung des mindestens einen Expansionsraum (26) eine synchrone Volumenerniedrigung des mindestens einen Kompressionsraums (112) bewirkt und eine Volumenerniedrigung des mindestens einen Expansionsraums (26) eine synchrone Volumenerhöhung des mindestens einen Kompressionsraums (112) bewirkt.Free-piston device according to one of the preceding claims, characterized in that the at least one expansion space ( 26 ) and the at least one compression space ( 112 ) are arranged inversely with respect to a volume change, wherein an increase in volume of the at least one expansion space ( 26 ) a synchronous volume reduction of the at least one compression space ( 112 ) and a volume reduction of the at least one expansion space ( 26 ) a synchronous increase in volume of the at least one compression space ( 112 ) causes. Freikolbenvorrichtung nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Kompressionsraum (112) und der mindestens eine Expansionsraum (26) in einem gleichen Gehäuse (110) oder Gehäuseteil angeordnet sind, wobei eine der ersten Kolbenseite (30) gegenüberliegende Kolbenseite (114) den mindestens einen Kompressionsraum (112) begrenzt und insbesondere die erste Kolbenseite (30) und die den mindestens einen Kompressionsraum (112) begrenzende Kolbenseite (114) am gleichen Kolben (20) gebildet sind.Free-piston device according to claim 20, characterized in that the at least one compression space ( 112 ) and the at least one expansion space ( 26 ) in a same housing ( 110 ) or housing part are arranged, wherein one of the first piston side ( 30 ) opposite piston side ( 114 ) the at least one compression space ( 112 ) and in particular the first piston side ( 30 ) and the at least one compression space ( 112 ) limiting piston side ( 114 ) on the same piston ( 20 ) are formed. Freikolbenvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass dem mindestens einen Expansionsraum (26) ein erster Kompressionsraum (112) zugeordnet ist und dem mindestens einen Rückfederraum (50) ein zweiter Kompressionsraum (60) zugeordnet ist, wobei der erste Kompressionsraum (112) und der zweite Kompressionsraum (60) getrennte Räume sind.Free-piston device according to one of the preceding claims, characterized in that the at least one expansion space ( 26 ) a first compression space ( 112 ) and the at least one resilience space ( 50 ) a second compression space ( 60 ), wherein the first compression space ( 112 ) and the second compression space ( 60 ) are separate rooms. Freikolbenvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch einen Lineartrieb (70) mit einer an der Kolbeneinrichtung (16) angeordneten Magneteinrichtung (72) und eine Spuleneinrichtung (76), relativ zu welcher sich die Magneteinrichtung (72) bewegt.Free-piston device according to one of the preceding claims, characterized by a linear drive ( 70 ) with one on the piston device ( 16 ) arranged magnetic device ( 72 ) and a coil device ( 76 ), relative to which the magnetic device ( 72 ) emotional. Verfahren zum Betreiben einer Freikolbenvorrichtung gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem in dem mindestens einen Kompressionsraum komprimiertes Medium erzeugt wird, welches dem mindestens einen Expansionsraum bereitgestellt wird und/oder die in dem mindestens einen Kompressionsraum angeordnete Federeinrichtung zum Antrieb der Kolbeneinrichtung verwendet wird.Method for operating a free-piston device according to one of the preceding claims, in which compressed medium is provided in the at least one compression space, which is provided to the at least one expansion space and / or the spring device arranged in the at least one compression space is used to drive the piston device. Verfahren nach Anspruch 24, gekennzeichnet durch einen Zwei-Takt-Betrieb.Method according to claim 24, characterized by a two-stroke operation. Verfahren nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, dass eine Ventileinrichtung, welche dem mindestens einen Kompressionsraum zugeordnet ist, so angesteuert wird, dass der mindestens eine Kompressionsraum entweder fluidwirksam mit einer Medium enthaltenden Umgebung verbunden ist oder mit einer Druckspeichereinrichtung verbunden ist.A method according to claim 25, characterized in that a valve device which is associated with the at least one compression space, is controlled so that the at least one compression space is either fluidly connected to a medium-containing environment or connected to a pressure storage device. Verfahren nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, dass bei Stellung der Kolbeneinrichtung in einem oberen Totpunkt (OTex) bezogen auf den mindestens einen Expansionsraum die Ventileinrichtung so angesteuert wird, dass der mindestens eine Kompressionsraum fluidwirksam mit der Umgebung verbunden ist.A method according to claim 26, characterized in that when the piston device in a top dead center (OT ex ) relative to the at least one expansion chamber, the valve device is controlled so that the at least one compression chamber is fluidly connected to the environment. Verfahren nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, dass beim Herausbewegen der Kolbeneinrichtung aus dem oberen Totpunkt (OTex) Medium aus der Umgebung in den mindestens einen Kompressionsraum eingesaugt wird.A method according to claim 27, characterized in that when moving out of the piston device from the top dead center (OT ex ) medium from the environment is sucked into the at least one compression chamber. Verfahren nach Anspruch 27 oder 28, dadurch gekennzeichnet, dass die Ventileinrichtung in einem oberen Totpunkt (OTr) der Kolbeneinrichtung bezogen auf den mindestens einen Rückfederraum so angesteuert wird, dass der mindestens eine Kompressionsraum fluidwirksam mit der Druckspeichereinrichtung verbunden wird.A method according to claim 27 or 28, characterized in that the valve device in a top dead center (OT r ) of the piston device based on the at least one resilience space is controlled so that the at least one compression space is fluidly connected to the pressure storage device. Verfahren nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet, dass beim Herausbewegen der Kolbeneinrichtung aus dem oberen Totpunkt (OTr) Medium komprimiert wird und der Druckspeichereinrichtung zugeführt wird.A method according to claim 29, characterized in that when moving out of the piston device from the top dead center (OT r ) medium is compressed and the pressure storage device is supplied. Verfahren nach einem der Ansprüche 26 bis 30, dadurch gekennzeichnet, dass komprimiertes Medium aus der Druckspeichereinrichtung dem mindestens einen Expansionsraum für einen Spülvorgang am Ende einer Expansionsphase der Kolbeneinrichtung in dem mindestens einen Expansionsraum bereitgestellt wird.Method according to one of claims 26 to 30, characterized in that compressed medium from the pressure storage device is provided to the at least one expansion space for a rinsing process at the end of an expansion phase of the piston device in the at least one expansion space. Verfahren nach Anspruch 24, gekennzeichnet durch einen Vier-Takt-Betrieb.A method according to claim 24, characterized by a four-stroke operation. Verfahren nach Anspruch 32, dadurch gekennzeichnet, dass in einem Arbeitstakt, bei dem sich die Kolbeneinrichtung aus einem oberen Totpunkt (OTex) bezogen auf den mindestens einen Expansionsraum herausbewegt, eine Ventileinrichtung, welche dem mindestens einen Kompressionsraum zugeordnet ist, so angesteuert wird, dass Medium aus der Umgebung in den mindestens einen Kompressionsraum eingesaugt wird.A method according to claim 32, characterized in that in a power stroke in which the piston device moved out of a top dead center (OT ex ) with respect to the at least one expansion space, a valve device which is assigned to the at least one compression space is so controlled that Medium from the environment is sucked into the at least one compression chamber. Verfahren nach Anspruch 32 oder 33, dadurch gekennzeichnet, dass in einem Ausschiebetakt, welcher auf einen Arbeitstakt folgt und bei dem sich die Kolbeneinrichtung in Richtung des oberen Totpunkts (OTex) bewegt, die Ventileinrichtung so angesteuert wird, dass Medium in dem mindestens einen Kompressionsraum komprimiert wird und/oder die Federeinrichtung in dem mindestens einen Kompressionsraum komprimiert wird.A method according to claim 32 or 33, characterized in that in a Ausschiebetakt, which follows a power stroke and in which the piston means in the direction of top dead center (OT ex ) moves, the valve means is driven so that medium in the at least one compression space is compressed and / or the spring device is compressed in the at least one compression space. Verfahren nach Anspruch 34, dadurch gekennzeichnet, dass in einem Ansaugtakt, welcher auf den Ausschiebetakt folgt und bei dem Frischgas in den mindestens einen Expansionsraum einströmt, die Federeinrichtung die Kolbeneinrichtung von dem oberen Totpunkt (OTex) bezogen auf den Expansionsraum in Richtung des unteren Totpunkts (UTex) bewegt und insbesondere Medium in dem mindestens einen Kompressionsraum eine Gasfeder für die Kolbeneinrichtung bildet.A method according to claim 34, characterized in that in an intake stroke, which follows the Ausschiebetakt and the fresh gas flows into the at least one expansion space, the spring means the piston means from the top dead center (OT ex ) based on the expansion space in the direction of bottom dead center (UT ex ) moves and in particular medium in the at least one compression space forms a gas spring for the piston device. Verfahren nach Anspruch 35, dadurch gekennzeichnet, dass in einem Verdichtungstakt, welcher auf den Ansaugtakt folgt und bei welchem Gas in dem mindestens einen Expansionsraum verdichtet wird, die Ventileinrichtung so angesteuert wird, dass Medium aus dem mindestens einen Kompressionsraum ausströmt.A method according to claim 35, characterized in that in a compression stroke, which follows the intake stroke and in which gas is compressed in the at least one expansion space, the valve device is driven so that medium flows out of the at least one compression space. Verfahren nach Anspruch 36, dadurch gekennzeichnet, dass ausströmendes komprimiertes Medium einer Druckspeichereinrichtung bereitgestellt wird.A method according to claim 36, characterized in that outflowing compressed medium is provided to a pressure storage device.
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