DE102008063483B4 - Stirling-Maschine - Google Patents

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Abstract

Vorrichtung zur Umwandlung von thermischer Energie in eine Drehbewegung einer anzutreibenden Welle, insbesondere Stirling-Maschine, dadurch gekennzeichnet, dass in wenigstens einem einen Kalt- und Warmbereich (6, 7) aufweisenden Thermoreaktor (3) mindestens ein in einer Druckkammer (4) des Thermoreaktors (3) drehbeweglich gehaltener Rotationskörper (5) angeordnet ist, welcher ein in der Druckkammer (4) befindliches Arbeitsmedium zwischen dessen Kalt- und Warmbereich (6, 7) umlaufend hin und her bewegt, dass an jede Druckkammer (4) des Thermoreaktors (3) über eine Druckleitung (8, 9, 10) wenigstens eine Rohrfeder (14) medienleitend angeschlossen ist, deren freies Federende mittels einer zumindest einen Kurbeltrieb (15) aufweisenden Kopplungseinrichtung (16) mit der Antriebswelle (2), deren umlaufende Drehbewegung erzeugend, verbunden ist, und dass die Antriebswelle (2) und der Rotationskörper (5) über ein Übertragungsorgan (17), einen festen Drehwinkel zueinander einhaltend, miteinander gekoppelt sind.

Description

  • Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Umwandlung von thermischer Energie in eine Drehbewegung einer anzutreibenden Welle, insbesondere auf eine Stirling-Maschine.
  • Vorrichtungen vorbekannter Gattung sind beispielsweise Stirlingmotoren, innerhalb derer ein nahezu vollständig von der Umgebung abgeschlossenes Arbeitsgas, wie zum Beispiel Luft oder Helium, in zwei verschiedenen Bereichen des Stirlingmotors von außen erhitzt und gekühlt wird. Durch das sich im erwärmten Bereich ausdehnende und im kalten Bereich verdichtende Arbeitsgas kann mittels zweier sowohl das Arbeitsgas bewegender als auch gleichzeitig durch das Arbeitsgas bewegter Kolben mechanische Energie an einer Antriebswelle erzeugt werden. Die Kolben des in der Regel als Hubkolbenmaschine ausgeführten Stirlingmotors können dabei sowohl in einem als auch in separaten Zylindern untergebracht sein. Als Arbeitsgas kommt häufig Helium zur Anwendung, wobei der Stirlingmotor, um einen höheren Wirkungsgrad desselbigen zu erreichen, mit dem Arbeitsgas auf einen vorgegebenen Überdruck aufgeladen wird.
  • Helium ist aufgrund seiner physikalischen Eigenschaften jedoch relativ flüchtig, weshalb es über die mit den Kolben in Anlage stehenden Dichtungen in die drucklosen Bereiche des Motors entweicht. Somit baut sich der Überdruck, einhergehend mit einer Wirkungsgradverringerung des Motors, allmählich ab. Demzufolge müssen die zum Einsatz kommenden Stirlingmotoren in regelmäßigen Zeitabständen wieder aufgeladen werden, was zum einen den Stillstand des Stirlingmotors zur Folge hat und zum anderen relativ aufwendig ist und entsprechende Kosten verursacht.
  • Aus der DE 198 098 47 A1 ist hingegen eine Stirling-Kreiskolbenmaschine bekannt, welche in einem mit einem Arbeitsgas gefüllten Gehäuse mit zwei Arbeitskammern zwei rotierende Verdrängerkolben und einen ebenfalls drehbeweglich aufgenommenen Arbeitskolben aufweist. Die Verdrängerkolben und der Arbeitskolben sind dabei auf einer Drehachse angeordnet, wobei sich die Verdrängerkolben zum Arbeitskolben in die entgegengesetzte Drehrichtung bewegen bzw. bewegt werden. Das in den beiden Arbeitskammern der Verdrängerkolben jeweils im Arbeitszyklus zueinander versetzt betriebene und somit vornehmlich unterschiedliche Temperatur- und Druckverhältnisse aufweisende Arbeitsgas wird durch die Rotation der Verdrängerkolben zyklisch erwärmt und wieder abgekühlt. Dadurch ist eine Drehbewegung des Arbeitskolbens bewirkt und in diesem Zusammenhang eine Rotation der mit dem Arbeitskolben über eine Verzahnung gekoppelten Antriebswelle erzeugt. Auch die wiederum aus dem Gehäuse ragende Antriebswelle ist ebenfalls gasdicht abzudichten, damit ein Austreten des Arbeitsgases und somit eine Leistungseinbuße vermieden ist.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der vorbezeichneten Gattung dahingehend zu verbessern, dass ein Austreten des Arbeitsgases nahezu ausgeschlossen ist.
  • Die Lösung der Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruches 1. Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen angegeben.
  • Bei einer Vorrichtung zur Umwandlung von thermischer Energie in eine Drehbewegung einer anzutreibenden Welle, insbesondere einer Stirling-Maschine, ist nach der Erfindung vorgesehen, dass in wenigstens einem einen Kalt- und Warmbereich aufweisenden Thermoreaktor mindestens ein in einer Druckkammer des Thermoreaktors drehbeweglich gehaltener Rotationskörper angeordnet ist, welcher ein in der Druckkammer befindliches Arbeitsmedium zwischen dessen Kalt- und Warmbereich umlaufend hin und her bewegt, dass an jede Druckkammer des Thermoreaktors über eine Druckleitung wenigstens eine Rohrfeder medienleitend angeschlossen ist, deren freies Federende mittels einer zumindest einen Kurbeltrieb aufweisenden Kopplungseinrichtung mit der Antriebswelle, eine umlaufende Drehbewegung derer erzeugend, verbunden ist, und dass die Antriebswelle und der Rotor über ein Übertragungsorgan, einen festen Drehwinkel zueinander einhaltend, miteinander gekoppelt sind.
  • Mit Hilfe einer derartig erfindungsgemäß ausgebildeten Vorrichtung, welche keine die Druckkammerwand durchdringenden, beweglich geführten, mechanische Verbindungen zur Umgebung aufweisenden Bauteile und somit keine dynamischen Dichtungen hat, ist mit Vorteil ein vollständig von der Umgebung abgeschlossener Kreisprozess umgesetzt. Zudem ist über die statischen, bevorzugt metallisch ausgeführten Dichtungen das Entweichen des in der Vorrichtung eingeschlossenen Arbeitsgases nahezu ausgeschlossen, wodurch das relativ aufwendige Wiederbefüllen der Vorrichtung mit dem Arbeitsgas und ein damit verbundener Stillstand der Vorrichtung auf vorteilhafte Weise vermieden sind. Nach dem Aufladen der Vorrichtung, mit dem bevorzugt als Arbeitsgas verwendeten Helium, bei Umgebungstemperatur von insbesondere bis zu 400 bar, lässt sich der erzeugte Überdruck über einen relativ langen Zeitraum konstant halten, wobei, durch mögliche Diffusionsvorgänge bei Einsatz dieses relativ flüchtigen Arbeitsgases, ein den Wirkungsgrad der Vorrichtung jedoch nur unerheblich verringernder Druckabfall auftreten kann. Der in der Druckkammer drehbeweglich aufgenommene Rotationskörper bewegt das Arbeitsmedium entsprechend gleichmäßig zwischen dem Kalt- und Warmbereich des Thermoreaktors umlaufend hin und her, so dass sich das bevorzugt gasförmige Arbeitsmedium entsprechend im Warmbereich ausdehnen und im Kaltbereich verdichten kann. Dabei ist jedoch nur ein geringes Maß an Rollreibung in einem jeweiligen Drehlager des Rotationskörpers zu überwinden, was sich vorteilhaft auf den Wirkungsgrad der Vorrichtung auswirkt. Durch die Druckänderung des Arbeitsmediums erfährt die an eine jeweilige Druckkammer des Thermoreaktors angeschlossene Rohrfeder stets eine entsprechende Verformung. Über die Verformung der Rohrfeder ist wiederum mittels einer mit dem freien Federende gekoppelten Kopplungseinrichtung, welche zumindest einen mit der Antriebswelle verbundenen Kurbeltrieb aufweist, eine umlaufende Drehbewegung der Antriebswelle erzeugt. Um eine störungsfreie Drehbewegung der Antriebswelle gewährleisten zu können, ist gleichzeitig vorgesehen, dass die Antriebswelle und ein jeweiliger Rotationskörper im Inneren des Thermoreaktors über ein Übertragungsorgan miteinander gekoppelt sind, so dass stets eine aufeinander abgestimmte Bewegung eines jeweiligen Rotationskörpers und der angetriebenen Antriebswelle sichergestellt ist.
  • Mit Vorteil ist nach einer Weiterbildung der Erfindung vorgesehen, dass der Thermoreaktor mindestens drei jeweils in separaten Druckkammern aufgenommene Rotationskörper aufweist. Mit Hilfe der beispielsweise in Reihe hinter- bzw. nebeneinander im Thermoreaktor angeordneten Rotationskörper, welche einen entsprechenden Kreisprozess umsetzen, lässt sich die an der Antriebswelle erzeugte Leistung auf vorteilhafte Weise erhöhen. Gleichzeitig lässt sich durch den Einsatz von drei Rotationskörpern ein vorteilhaft selbstständiges Anlaufen der erfindungsgemäßen Vorrichtung erzielen, was die Nutzung der insbesondere als Abwärme vorliegenden thermischen Energie vereinfacht.
  • Jeder Rotationskörper weist eine Aussparung für das zu bewegende Arbeitsmedium entlang eines sich parallel zur Rotationsachse erstreckenden Bereiches an seiner Peripherie auf, wobei die Aussparungen der verschiedenen Rotationskörper in einem vorgegebenen Verdrehwinkel zueinander ausgerichtet sind. Der Rotationskörper kann beispielsweise die Form eines Zylinders haben, der in seiner Rotationsachse drehbeweglich aufgenommen ist und an seiner Mantelfläche sich in Längsrichtung und über einen vorbestimmten Winkelbereich erstreckend eine kreissegmentartige Ausnehmung aufweist, in der das bevorzugt gasförmige Arbeitsmedium aufgenommen ist. Das durch die Aussparung ausgebildete Volumen weist dabei ein entsprechend hohes Verhältnis zu dem in der Vorrichtung durch die vorhandenen Spaltmaße und die in den angeschlossenen Druckleitungen gegebenen Volumina bestehenden Totvolumen auf, wodurch ein relativ hoher Gesamtwirkungsgrad der Vorrichtung gewährleistet ist.
  • Jeder Rotationskörper ist aus mehreren, übereinander angeordneten Scheibensegmenten ausgebildet, zwischen die Bereiche der Druckkammerwandung ausbildende Statoren vorstehen. Durch den aus in Achsrichtung zueinander beabstandeten Scheibensegmenten ausgebildeten, einteiligen Rotationskörper, zwischen dessen Scheibensegmente auf entsprechenden Ebenen mit dem Kalt- und Warmbereich des Thermoreaktors verbundene Statoren hineinragen, ist, durch die vergrößerte Wärmeübergangsfläche, ein verbesserter Wärmeaustausch zwischen Arbeitsgas und Thermoreaktor und damit verbunden relativ schnell bzw. schlagartig ansteigende und abfallende Druckänderungen im ablaufenden Kreisprozesses erreicht. Somit ist der Wirkungsgrad der Vorrichtung auf vorteilhafte Weise weiter verbessert. Ein jeweiliger, zwischen die Scheibensegmente vorstehender Stator, welcher aus einem Werkstoff mit vorteilhaften Wärmeleiteigenschaften, wie zum Beispiel Kupfer oder dergleichen ausgebildet ist, kann sich dabei etwa über der Hälfte eines Abschnittes der die Umfangsfläche ausbildenden Druckkammerwandung erstrecken. Der Werkstoff für jeden Rotationskörper ist ein einen geringen Wärmeausdehnungskoeffizient aufweisender Werkstoff.
  • Darüber hinaus ist vorgesehen, dass der, jeweils etwa eine Hälfte jeder Druckkammerwandung ausbildende Kalt- und Warmbereich des Thermoreaktors thermisch voneinander getrennt sind. Damit soll insbesondere ein Wärmeübergang im Bereich der direkt aneinandergrenzenden Kalt- und Warmbereiche des Thermoreaktors vermieden werden, was einen entsprechend verringerten Temperaturunterschied zwischen der Kalt- und Warmseite des Thermoreaktors zur Folge hätte. Um insbesondere im Bereich der relativ dicht aneinandergrenzenden Statoren mit unterschiedlicher Wärmeenergie den Wärmeübergang zwischen diesen zu vermeiden, kann ein zwischen diesen angeordneter Isolationsbereich vorgesehen sein. Es ist selbstverständlich auch möglich zwischen zwei Statoren beiderseits einen Regenerationssektor vorzusehen, wobei die einander gegenüberlegenden Regenerationssektoren untereinander wärmeleitend miteinander verbunden sein können.
  • Die Rohrfedern sind etwa gleichmäßig auf einem Kreisdurchmesser um die bevorzugt senkrecht ausgerichtete Antriebswelle angeordnet, was den Vorteil hat, dass an der Antriebswelle eine Drehbewegung mit einem relativ gleichmäßigen Drehmoment erzeugt wird. Die Drehmomentschwankungen fallen, durch die vorteilhafte Anordnung der Rohrfedern, demzufolge um ein sich ergebendes mittleres Drehmoment relativ gering aus. Der Abstand bzw. das Winkelmaß zwischen den um die Antriebswelle herum angeordneten Rohrfedern hängt maßgeblich von der Anzahl der zum Einsatz kommenden Rohrfedern ab, so dass beim Einsatz von drei im Thermoreaktor angeordneten Rotationskörpern und den entsprechend daran angeschlossenen Rohrfedern sich ein Winkelversatz von etwa 120 Grad zwischen denselbigen ergibt. Es ist ebenfalls denkbar, an eine Druckleitung mehrere Rohrfedern gleichzeitig medienleitend anzuschließen, welche über eine gemeinsame Kopplungseinrichtung mit der anzutreibenden Welle verbunden sind.
  • Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass jede Rohrfeder, welche aus einem metallischen Werkstoff, wie zum Beispiel Titan oder Federstahl ausgebildet sein kann, von einem druckfesten Schutzgehäuse eingeschlossen ist. Somit ist die entsprechend während des Betriebes der erfindungsgemäßen Vorrichtung sich ständig verformende Rohrfeder stets sicher aufgenommen, so dass im Falle des Versagens des Federmaterials keine Gefährdung durch die sich dann gegebenenfalls explosionsartig ausbreitende Druckwelle des plötzlich frei werdenden Arbeitsgases ausgeht. Insbesondere bei Druckaufladungen von bis zu 400 bar sind somit Schäden an Personen oder den verbleibenden Bestandteilen der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit Vorteil vermieden. Als Werkstoff für die Rohrfedern, den Thermoreaktor und die Rotationskörper kann, bei deutlich verringerten Aufladedrücken, ebenso Kunststoff Anwendung finden.
  • Jede Rohrfeder ist darüber hinaus als eine schraubenförmige Wendel ausgebildet, wodurch eine stark vergrößerte Bewegung der Rohrfeder möglich ist und somit eine vorteilhafte Ansteuerung der eine umlaufende Drehbewegung an der Antriebswelle umsetzenden Kopplungseinrichtung gegeben ist. Auf den Einsatz einer aufwendig ausgestalteten Mechanik, welche das Aufweiten der Rohrfeder bei einer Druckerhöhung und das Zusammenwickeln bei einer Druckverringerung auf die Kopplungseinrichtung mit einer Übersetzung überträgt, kann auf vorteilhafte Weise verzichtet werden.
  • Jede Kopplungseinrichtung weist ein die Bewegung der Rohrfedern in eine Drehbewegung umwandelndes Ritzel auf, mit dem eine Zahnstange kämmt, welche Teil des Kurbeltriebes ist. Der Einsatz eines Ritzels, welches direkt mit dem Federende gekoppelt sein kann, stellt eine konstruktiv vorteilhafte Möglichkeit für die Umwandlung der Rohrfederbewegung in eine diskontinuierliche Drehbewegung dar. Das sich in Abhängigkeit zur Temperaturdifferenz am Thermoreaktor um ein vorbestimmtes Winkelmaß hin und her bewegende Ritzel, mit dem insbesondere eine als Zahnstange ausgebildete Treibstange des Kurbeltriebes in Eingriff steht, erfolgt wiederum die Umwandlung der Drehbewegung in eine translatorische Bewegung in Richtung der Treibstange.
  • Dabei ist die Zahnstange schwenkbar am Ritzel des Übertragungsorganes gehalten, was eine vorteilhaft einfache und zugleich direkte Verbindung des freien Endes der Zahnstange mit der Kurbel des Kurbeltriebes ermöglicht. Zu diesem Zweck ist die als Zahnstange ausgebildete Treibstange des Kurbeltriebes in einer Schiebeführung aufgenommen, welche drehbar am oberen Endbereich des Schutzgehäuses angeordnet ist und dabei ebenfalls den Formschluss der ineinander greifenden Zähne des Ritzels und der Zahnstange sicherstellt.
  • Es liegt im Rahmen der Erfindung, dass die Kurbel des Kurbeltriebes über ein Kippgelenk mit der Antriebswelle verbunden ist. Die Verwendung eines Kippgelenkes für eine drehgebende Verbindung zwischen der Kurbel und der Antriebswelle ermöglicht, aufgrund der möglicherweise zwischen Kalt- und Warmbereich am Thermoreaktor wechselnden Temperaturdifferenz und der sich daraus ergebenden unterschiedlichen Verformungen der Rohrfedern, eine individuelle Änderung des Anstellwinkels zwischen der Kurbel und der Antriebswelle. Insbesondere bei sich regelmäßig ändernden Prozessgrößen weist die erfindungsgemäß ausgebildete Vorrichtung einen großen Arbeitsbereich auf und lässt sich somit stets individuell einsetzen.
  • Die Kurbel ist mit den als Zahnstange ausgebildeten Treibstangen über ein entlang der Kurbel schiebbeweglich gehaltenes Kurbelgelenk verbunden, wodurch der Kraftangriffspunkt für die gleichzeitig an der Kurbel angreifenden Treibstangen stets auf vorteilhaft gleicher Arbeitshöhe gehalten ist, so dass ein Verbiegen der Treibstangen mit Vorteil vermieden ist. Es ist ebenfalls denkbar, an Stelle einer über ein Kippgelenk mit der Antriebswelle verbundenen Kurbel und eines entlang der Kurbel schiebebeweglich gehaltenen Kurbelgelenkes, an dem die Treibstangen angreifen eine massive Kurbelscheibe vorzusehen, die eine radial zu ihrer Rotationsachse verlaufende Geradführung mit einer Gleitbahn und einem darin geführten Gleitstein aufweist, wobei dann am Gleitstein ein das Kurbelgelenk für die Treibstangen ausbildender Zapfen vorgesehen ist.
  • Eine andere Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass das Übertragungsorgan mindestens einen Zahnriemen aufweist, welcher um die Antriebswelle und um wenigstens eine mittels einer Magnetkupplung mit einem Rotationskörper gekoppelte Riemenscheibe geführt ist. Der Einsatz eines Zahnriemens stellt eine rutschfreie und somit verdrehsichere Verbindung zwischen der Antriebswelle und einer Riemenscheibe sicher, so dass sowohl die das Arbeitsmedium bewegenden Rotationskörper zueinander als auch ein jeweiliger Rotationskörper zur Antriebswelle jeweils eine stets gleich bleibende Ausrichtung zueinander aufweisen.
  • Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung, aus dem sich weitere erfinderische Merkmale ergeben, ist in der Zeichnung dargestellt. Es zeigen:
  • 1: eine perspektivische Ansicht einer erfindungsgemäßen Vorrichtung;
  • 2: eine Detailansicht eines Thermoreaktors nach 1;
  • 3: eine vergrößerte Ansicht einer in einem Schutzgehäuse aufgenommenen Rohrfeder, und
  • 4: eine Ansicht eines erfindungsgemäßen Kurbeltriebes nach 1.
  • Mit 1 ist eine Vorrichtung zur Umwandlung von thermischer Energie in eine Drehbewegung einer anzutreibenden Welle 2 bezeichnet, welche nach dem Stirling-Prinzip arbeitet. Die Vorrichtung 1 weist einen Thermoreaktor 3 auf, welcher drei in Reihe hintereinander bzw. nebeneinander angeordnete Druckkammern 4 aufweist, in denen jeweils ein drehbeweglich aufgenommener Rotationskörper 5 angeordnet ist. Der Rotationskörper 5 bewegt dabei ein innerhalb der Druckkammer 4 befindliches Arbeitsmedium zwischen dem Kaltbereich 6 und dem Warmbereich 7 des Thermoreaktors 3 umlaufend hin und her. An jede Druckkammer 4 des Thermoreaktors 3 ist eine Druckleitung 8, 9, 10 medienleitend angeschlossen, die eine Verbindung zu einer jeweiligen, in einem Schutzgehäuse 11, 12, 13 aufgenommenen Rohrfeder 14 herstellt. Das freie Federende jeder Rohrfeder 14 ist dabei über eine zumindest einen Kurbeltrieb 15 aufweisende Kopplungseinrichtung 16 mit der Antriebswelle 2 verbunden. Die eine stets umlaufende Drehbewegung ausführende Antriebswelle 2 ist dabei mit dem im Thermoreaktor 3 drehbar gelagerten Rotationskörpern 5 über ein Übertragungsorgan 17 gekoppelt, so dass die Antriebswelle mit ihrer in einem vorbestimmten Drehwinkel abstehenden Kurbel 18 stets eine feste Ausrichtung zu den das Arbeitsmedium in den Druckkammern 4 bewegenden Rotationskörpern 5 aufweist.
  • In 2 ist eine vergrößerte Ansicht des Thermoreaktors 3 im Teilschnitt dargestellt und soll insbesondere den Aufbau einer Druckkammer 4 und der in der Druckkammer beweglich gehaltenen Rotationskörper 5 verdeutlichen. Die Druckkammer 4 weist eine etwa zylinderförmige Grundform auf und wird insbesondere jeweils etwa zur Hälfte durch den Kalt- und den Warmbereich 6, 7 des Thermoreaktors 3 ausgebildet. Die Druckkammer 4 ist nach außen hin nahezu vollständig abgeschlossen, wobei lediglich über eine jeweilige Druckleitung 8 eine medienleitende Versorgung einer jeweils daran angeschlossenen Rohrfeder 14 erfolgt. Jeder Rotationskörper 5 kann innerhalb der Druckkammer 4 über entsprechende Wälzlager aufgenommen sein, die eine vorteilhaft reibungsarme Lagerung ermöglichen. Jeder Rotationskörper 5 ist bevorzugt aus mehreren übereinander angeordneten Scheibensegmenten 19, 20 ausgebildet, welche jeweils eine sich über einen vorbestimmten Winkelbereich erstreckende Aussparung 21 bzw. einen Freiraum für das in der Druckkammer 4 zwischen dem Kalt- und Warmbereich des Thermoreaktors hin und her zu bewegende gasförmige Arbeitsmedium aufweist. Zwischen die Scheibensegmente 19, 20 ragen dabei Teile der Druckkammerwandung ausbildende Statoren 22, 23 hinein, welche insbesondere durch eine Vergrößerung der Kammeroberfläche den Wärmeübergang von der Kammerwandung zum Arbeitsgas bzw. vom Arbeitsgas zur Kammerwandung verbessert. Zwischen den beispielsweise Absätze aufweisenden Scheibensegmenten 19, 20 des Rotationskörpers 5 und der an den Kammerwandungen ausgebildeten Statoren 22, 23 ist stets ein relativ geringes Spaltmaß vorgesehen, so dass das Totvolumen innerhalb der Druckkammer relativ klein gehalten ist. Das die entsprechende Ausrichtung zwischen der Antriebswelle 2 und einem jeweiligen Rotationskörper 5 bestimmende Übertragungsorgan 17 weist einen Zahnriemen 24 auf, der sowohl um die Antriebswelle 2 als auch um die Riemenscheiben 25, 26, 27 gelegt ist. Für eine kontakt- bzw. berührungslose Übertragung der durch die Antriebswelle vorgegebenen Drehbewegung sind sowohl jeder Rotationskörper 5 als auch eine jeweilige Riemenscheibe 2527 über eine nicht dargestellte Magnetkupplung nahezu schlupffrei miteinander verbunden. Darüber hinaus wird der Zahnriemen 24 des Übertragungsorganes 17 über eine insbesondere mehrere Spannrollen 28, 29 aufweisende Spanneinrichtung 30 vorgespannt, so dass durch einen vorteilhaften Umschlingungswinkel stets eine optimale Übertragung der Drehbewegung von der Antriebswelle zu den Riemenscheiben 2527 gewährleistet ist.
  • In 3 ist eine der in einem Schutzgehäuse 13 aufgenommenen Rohrfedern 14 gezeigt, deren medienleitende Versorgung über die Druckleitung 10 erfolgt. Die Rohrfeder 14 ist eine mehrgängige, schraubenförmige Wendel, deren Federende beispielsweise direkt mit einem drehbeweglichen Ritzel 31 der Kopplungseinrichtung 16 verbunden sein kann. Das Ritzel 31 kämmt mit einer als Zahnstange ausgebildeten Treibstange 32 und wandelt die entsprechend erzeugte Drehbewegung in eine translatorische Bewegung um. Die Zahnstange ist dabei in einer Geradführung gehalten, welche in einem am oberen Ende des Schutzgehäuses 13 angeordneten Schwenkkopf 33 ausgebildet ist, der gleichzeitig schwenkbar gelagert ist.
  • In 4 ist eine Detailansicht der Antriebswelle 2 und des daran angeordneten Kurbeltriebes 15 dargestellt. Der Kurbeltrieb 15 weist eine über ein Kippgelenk 34 mit der Antriebswelle verbundene Kurbel 18 auf. Die Kurbel 18 weist weiterhin in Abhängigkeit zu der in den Rohrfedern 14 auftretenden Druckschwankungen und der entsprechend dadurch erzeugten translatorischen Bewegungen einer jeweils als Zahnstange ausgebildeten Treibstange 32, 35, 36 eine entsprechende Neigung zur Antriebswelle 2 auf. Um insbesondere den sich gegebenenfalls verändernden Neigungswinkel der Kurbel 18 ausgleichen zu können, greifen die Treibstangen 32, 35, 36 an einem gemeinsamen, entlang der Kurbel 18 schiebbeweglich aufgenommenen Kurbelgelenk 37 an. Dabei weisen mindestens zwei der Treibstangen 32, 35 eine ebenfalls bewegliche Anlenkung auf.

Claims (13)

  1. Vorrichtung zur Umwandlung von thermischer Energie in eine Drehbewegung einer anzutreibenden Welle, insbesondere Stirling-Maschine, dadurch gekennzeichnet, dass in wenigstens einem einen Kalt- und Warmbereich (6, 7) aufweisenden Thermoreaktor (3) mindestens ein in einer Druckkammer (4) des Thermoreaktors (3) drehbeweglich gehaltener Rotationskörper (5) angeordnet ist, welcher ein in der Druckkammer (4) befindliches Arbeitsmedium zwischen dessen Kalt- und Warmbereich (6, 7) umlaufend hin und her bewegt, dass an jede Druckkammer (4) des Thermoreaktors (3) über eine Druckleitung (8, 9, 10) wenigstens eine Rohrfeder (14) medienleitend angeschlossen ist, deren freies Federende mittels einer zumindest einen Kurbeltrieb (15) aufweisenden Kopplungseinrichtung (16) mit der Antriebswelle (2), deren umlaufende Drehbewegung erzeugend, verbunden ist, und dass die Antriebswelle (2) und der Rotationskörper (5) über ein Übertragungsorgan (17), einen festen Drehwinkel zueinander einhaltend, miteinander gekoppelt sind.
  2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Thermoreaktor (3) mindestens drei jeweils in separaten Druckkammern (4) aufgenommene Rotationskörper (5) aufweist.
  3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Rotationskörper (5) Aussparungen (21) für das zu bewegende Arbeitsmedium aufweisen, welche in einem vorbestimmten Verdrehwinkel zueinander ausgerichtet sind.
  4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Rotationskörper (5) aus mehreren, übereinander angeordneten Scheibensegmenten (19, 20) ausgebildet ist, zwischen die Bereiche der Druckkammerwandung ausbildende Statoren (22, 23) vorstehen.
  5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der, jeweils etwa eine Hälfte jeder Druckkammerwandung ausbildende Kalt- und Warmbereich (6, 7) des Thermoreaktors (3) thermisch voneinander getrennt sind.
  6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Rohrfedern (14) etwa gleichmäßig auf einem Kreisdurchmesser um die Antriebswelle (2) herum angeordnet sind.
  7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass jede Rohrfeder (14) von einem druckfesten Schutzgehäuse (11, 12, 13) eingeschlossen ist.
  8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass jede Rohrfeder (14) als schraubenförmige Wendel ausgebildet ist.
  9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass jede Kopplungseinrichtung (16) ein die Bewegung der Rohrfeder (14) in eine Drehbewegung umwandelndes Ritzel (31) aufweist, mit dem eine Zahnstange kämmt, welche Teil des Kurbeltriebes (15) ist.
  10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Zahnstange schwenkbar am Ritzel (31) der Kopplungseinrichtung (16) gehalten ist.
  11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Kurbel (18) des Kurbeltriebes (15) über ein Kippgelenk (34) mit der Antriebswelle (2) verbunden ist.
  12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Kurbel (18) mit den als Zahnstange ausgebildeten Treibstangen (32, 35, 36) über ein entlang der Kurbel (18) schiebebeweglich gehaltenes Kurbelgelenk (37) verbunden ist.
  13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Übertragungsorgan (17) einen Zahnriemen (24) aufweist, welcher um die Antriebswelle (2) und um mittels Magnetkupplungen mit den Rotationskörpern (5) gekoppelte Riemenscheiben (25, 26, 27) geführt ist.
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