back to start site
" double double U " engine
At first we have a look to this 2 times doubble acting Stirlingengine
Legend of this drawing:
KW = crankshaft with flywheel, KU1= lower crankgear, KU2= upper crankgear,
M = clutch
H1 : Expansion cylinder, K1 : Compression cylinder of 1'st partial engine
H2 : Expansion cylinder, K2 : Compression cylinder of 2'nd partial engine
H3 : Expansion cylinder, K3 : Compression cylinder of 3'nd partial engine
H4 : Expansion cylinder, K4 : Compression cylinder of 4'nd partial engine
WH1 - WH4 : external heatexchangers for the hot cylinders H1 - H4
WK1 - WK4 : external cooler for the cold cylinders K1 - K4
RC regulator-cylinder (only sketched here for the cold cylinders K4 und K3). For detailed information see the chapter Power Control in the site: Report of the engine. This kind of power control is not realized in the prototype. Here the power control is realized by regulating the revolution of the fluid pumps.
The Regenerator tubes "R" between the hot "H" - and the cold "K"- cylinders are atonce counter flow heat exchangers.
Every 2 cylinders -which have the same digit in its names- are connected by a regenerator - tube; this is a partial engine e.g. cylinders H1 and K1. The complete engine is 2 times doubble acting and consists of 4 of these partial engines, each with an expansion cylinder "H" , a regenerator "R" and a compression cylinder "K" . These partial engines are named by "H1-K1" , "H2-K2" , "H3-K3" and "H4-K4" . All the 4 single partial engines are connected by their pistonrods to the crankgears, so there are 4 working strokes at 1 crankshaft revolution. The complete engine therefore is selfstarting.
In each cylinders head there are nozzles for sprinkling the pressurized gas with hot or cold working liquid. This draining performs the heattransmission or cooling of the gas. For more information see the Report of the engine .
The next picture shows a 3D-model of this twice double acting engine. All cylinders and the cylinderheads of H1 and K1 are made transparent, so You can see the pistons and the spray-nozzle within the cylinderheads. For a better overwiev the external heatexchangers WH1 - WH4 and WK1 - WK4 are not shown here.
We now go to the prototype
A translation into english will be made later
Es galt zunächst das Funktionsprinzip der hier beschriebenen Maschine nachzuweisen. Des weiteren sollte
in dem Prototyp die Leistungsregelung auf einfachste Weise über die Variation der Pumpendrehzahl erfolgen.
Dazu wurden alle 8 Pumpen gemeinsam über einen Regeltrafo angeschlossen. Aus Kostengründen wurden einfache
Umwälzpumpen aus der Heizungsbranche genommen. Das hatte allerdings zur Folge, dass die Maschine maximal
nur mit 120 Grad C heissem Wasser betrieben werden konnte. Eingeschränkt war daraufhin auch der Betriebsdruck
in der Maschine. Druckspitzen sollten maximal 8 Bar nicht überschreiten.
Kolben- und Kolbenstangendichtungen (Memory Manschetten aus PTFE der Fa. elring-Klinger) jedoch sind auch
bis 200 Grad C und 20 Bar einsatzfähig.
Aus Kostengrüden wurde die Maschine elektrisch beheizt. Gekühlt wurde sie mit Wasser von ca 15 - 20 Grad C.
Um es vorwegzunehmen, Die Maschine läuft einwandfrei selbststartend aus jeder Kurbelwellenstellung an, die Regelung mittels Regeltrafo für die Pumpendrehzahl hat sich bewährt. Die Drehzahl war erwartungsgemäss gering 60 - 120 UpM. Eine Wirkungsgradbestimmung und eine Leistungsmessung konnte nicht durchgeführt werden. Das war auch nicht die Absicht; denn mit 120 Grad C maximale Vorlauftemperatur und einem Ruhedruck von 3 Bar kann auch keine grössere Leistung erwartet werden; bei der Bauweise dieses Prototyps musste auch auf eine Isolation der heissen Teile verzichtet werden, somit sind die Wärmaverluste beträtlich und nicht erfassbar für eine Wirkungsgradbestimmung; eine Leistungsmessung war nicht sinnvoll. Die hier gewonnenen Erfahrungen ermutigen aber, diesen Stirlingmotor weiter zu entwickel. Ein 2. Prototyp sollte Leistungsmessung und Wirkungsgradbestimmung möglich machen. Es gilt aber auch noch weitere Parameter zu untersuchen wie den Wärmeübergang, Einfluss des Kurbelradius u.a.
Im folgenden werden einige Fotos vom Bau der Maschine gezeigt:
Ein paar Bauteile:
Links die 90-Grad Bogen je 4 davon mit Durchführung für die Kolbenstangen.
In der Mitte die 8 senkrecht stehenden Arbeitszylinder und die el.
Heizstäbe. Rechts oben die horizontalen Zylinder; Davor 3 Pumpen. Der Bogen mit 2 Flanschen und
Durchführung ganz rechts stammt noch von einer zuvor gebauten Teststrecke mit der
Wärmeübergangsmessungen gemacht wurden.
Während des Aufbaues: Man erkennt in der Mitte die senkrecht stehenden 4 heissen Arbeitszylinder, die auf die 90 Grad-Bogen geschweisst sind. Im waagerechten Teil des "U-Rohres" sind die Zylinder mit Kolben und Kolbenstange. Die Zylinderköpfe sind montiert; Parallel zu den Arbeitszylindern die el. Heizer mit Zuleitungen und Pumpen.
Aufbau der Maschine in ganzer Ansicht. Gegenüber Bild 2 um 180 Grad gedreht. Jetzt links die heisse Seite H1-H2 und H3-H4 mit den Heizern WH1 - WH4 (Bezeichnung gem. obiger Skizze). Rechts die kalte Seite mit den "U-Rohren" K4-K3 und K1-K2 und den zugehörigen Kühlern WK1- WK4. Die Kurbelwelle ist noch nicht montiert. Die ganze Maschine mit den Kühlern und Heizern ruht auf einen Gestell aus Boschprofilen.
Mit motierter Kurbenwelle und Schwungscheibe
Bllick auf die Kurbelwelle mit dem hier einfach gestalteten Kurbelschwingen Kurbeltrieb
Kühlwasseranschluss an der kalte Seite ("U-Rohre" K4-K3, K2-K3 mit den zugehörigen Kühlern.) Um die Maschine herum befindet sich eine Ringleitung mit Ventilen zu jedem Arbeitszylinder; über diese Ventile wird die Arbeitsflüssigkeit eingefüllt.
Die Füllventile für die Gaszufuhr befinden sich an den Zylindern auf der kalten Seite. Druckkontrolle über Manometer.
Heisse Seite mit den "U-Rohren" H1-H2 und H3-H4 und den zugehörigen Heizern WH1 - WH4
Mit einer Schlauchwaage wird der exakte Füllstand der Arbeitsflüssigkeit in den Arbeitszylindern kontrolliert. Hier am Zylinder H4. Man erkennt die Ventile (mit blauem Griff) an der Ringleitung für die Zylinder H3 und H4. Oben erkennt man die Kupferrohre der Regeneratorleitungen.
Hier ein Ventil für die Arbeitsflüssikeit aus der Ringleitung zu einem der Arbeitszylinder
Ein Schaltschrank mit Schaltern für die Pumpen und die el. Heizer sowie die Temperaturregelung für die Heizer. Unten der Drehtrafo für die Pumpenspannung.
Eine Gesamtansicht der Maschine
Look to a short 
Video of the working engine (it is a .wmv file; download size about 1.3 MByte)
Dates for this run of the engine:
P0=2,5 Bar idle pressure, TE = 120 degree C, TK = 20 degree C.
The idle pressure P0 is the pressure of the working fluid in the cold engine with unbent crank gear. In this unbent state all cylinders have the same gas volumes, all the 4 pistons are in the middle of the horizontal cylinders.
See also the animation of the engine
