DE102009023971A1 - Verdrängereinheit für eine Stirling-Kühleinrichtung - Google Patents

Verdrängereinheit für eine Stirling-Kühleinrichtung Download PDF

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Abstract

Es wird eine Verdrängereinheit (1) für eine Stirling-Kühleinrichtung angegeben mit einem Gehäuse (5), einem Verdränger (3), der entlang einer Verdrängerachse (2) hin und her bewegbar ist, und einer innerhalb des Gehäuses (5) angeordneten Dämpfermasse (15), die über eine erste Federanordnung (18) mit dem Gehäuse (5) verbunden ist. Man möchte Schwingungen, die am Gehäuse spürbar sind, möglichst klein halten. Hierzu ist vorgesehen, dass die Dämpfermasse (15) über eine zweite Federanordnung (14) mit dem Verdränger (3) verbunden ist und beide Federanordnungen (14, 18) in eine Richtung quer zur Verdrängerachse (2) steifer sind als parallel zur Verdrängerachse (2), wobei der Verdränger (3) über eine dritte Federanordnung (21, 27) mit dem Gehäuse (5) oder der Dämpfermasse (15) verbunden ist.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Verdrängereinheit für eine Stirling-Kühleinrichtung mit einem Gehäuse, einem Verdränger, der entlang einer Verdrängerachse hin und her bewegbar ist, und einer innerhalb des Gehäuses angeordneten Dämpfermasse, die über eine erste Federanordnung mit dem Gehäuse verbunden ist.
  • Eine Stirling-Kühleinrichtung mit einer derartigen Verdrängereinheit ist beispielsweise aus US 5 895 033 bekannt. Die Dämpfermasse ist hier innen an einer Stirnseite des Gehäuses angeordnet und soll Schwingungen des Gehäuses dämpfen. Dadurch wird im Betrieb eine durch die Bewegung des Verdrängers oder des Kolbens hervorgerufene Schwingung des Gehäuses weitgehend ausgeglichen und ein ruhiger Lauf erzielt. Wenn das Gehäuse jedoch festgehalten wird, dann wird ein Teil der vom Kolben oder Verdränger hervorgerufenen Vibrationen direkt in die Halterung eingeleitet und übertragen, da die von der Dämpfermasse hervorgerufenen Gegenkräfte diesen Teil nicht mehr ausgleichen können. Dies erzeugt unerwünschte Geräusche.
  • Eine ähnliche Ausgestaltung ist aus US 4 389 849 bekannt. Hier ist die Dämpfermasse außen am Gehäuse angeordnet.
  • Veprik, A. M. et al, "Ultra-low vibration split Stirling linear cryogenic cooler with a dynamically counterbalanced pneumatically driven expander", Cyrogenics 45 (2005) 117–122, zeigt in 3 eine weitere ähnliche Verdrängereinheit.
  • US 2003/0111311 A1 zeigt eine schwingungsabsorbierende Einheit, bei der eine Dämpfermasse zwischen zwei Schraubenfedern angeordnet ist, durch die jeweils ein Bolzen geführt ist. Wenn die eine Schraubenfeder komprimiert wird, dann dehnt sich die andere Schraubenfeder aus und umgekehrt.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Schwingungen, die am Gehäuse spürbar sind, möglichst klein zu halten.
  • Diese Aufgabe wird bei einer Verdrängereinheit der eingangs genannten Art dadurch gelöst, dass die Dämpfermasse über eine zweite Federanordnung mit dem Verdränger verbunden ist und beide Federanordnungen in eine Richtung quer zur Verdrängerachse steifer sind als parallel zur Verdrängerachse, wobei der Verdränger über eine dritte Federanordnung mit dem Gehäuse oder der Dämpfermasse verbunden ist.
  • Bei dieser Ausgestaltung ist die Dämpfermasse über eine Federanordnung mit dem Verdränger verbunden. Die Dämpfermasse ihrerseits ist mit dem Gehäuse verbunden, so dass der Verdränger zumindest über die beiden Federanordnungen ebenfalls mit dem Gehäuse verbunden ist. Da die Federanordnungen in eine Richtung quer zur Verdrängerachse steifer sind als in eine Richtung parallel zur Verdrängerachse, wirken die beiden Federanordnungen gleichzeitig als Abstützungen für den Verdränger, so dass der Verdränger praktisch ohne zusätzliche Lagerungen in seinem Gehäuse gehalten werden kann. Dies hält die Reibung zwischen dem Verdränger und seinem Gehäuse, genauer gesagt einem Zylinder, in dem der Verdränger bewegt wird, klein. Je kleiner die Reibung ist, desto geringer ist der Verschleiß und desto besser ist der Wirkungsgrad. Darüber hinaus wird Bauraum gespart, weil man die Lagerung des Verdrängers und den Dämpfer zusammenfassen kann. Die dritte Federanordnung ermöglicht eine noch genauere Ausrichtung des Dämpfers im Gehäuse. Dabei kann man den Verdränger entweder ein zweites Mal mit der Dämpfermasse verbinden oder man kann den Verdränger über die dritte Federanordnung unmittelbar mit dem Gehäuse verbinden. In beiden Fällen lässt sich erreichen, dass der Verdränger an zwei Punkten entlang der Verdrängerachse abgestützt ist, so dass er nicht gegenüber dem Gehäuse kippen kann. Dies vermindert die Reibung weiter und ermöglicht damit eine hohe Lebensdauer. Ferner ergibt sich ein guter Wirkungsgrad.
  • Bevorzugterweise weist die erste Federanordnung zwei parallel angeordnete plattenförmige Federelemente auf. Mit einem plattenförmigen Federelement lässt sich auf einfache Weise erreichen, dass die Federanordnung senkrecht zur Verdrängerachse wesentlich steifer ist als parallel zur Verdrängerachse. Durch die Verwendung von zwei parallel angeordneten plattenförmigen Federelementen, die einen vorbestimmten Abstand zueinander aufweisen, wird sichergestellt, dass die Dämpfermasse nur in Richtung der Verdrängerachse bewegt werden kann und dabei eine vorbestimmte Ausrichtung aufrecht erhält. Wenn man dann den Verdränger an der Dämpfermasse über die zweite Federanordnung abstützt, dann ist auch sichergestellt, dass auch der Verdränger eine vorbestimmte Ausrichtung zum Gehäuse beibehalten kann.
  • Vorzugsweise ist mindestens ein Federelement der ersten Federanordnung zwischen der zweiten Federanordnung und der dritten Federanordnung angeordnet. Dies bedeutet, dass die zweite Federanordnung und die dritte Federanordnung einen gewissen Abstand entlang der Verdrängerachse aufweisen müssen. Je größer dieser Abstand ist, desto geringer ist die Kippneigung des Verdrängers gegenüber dem Gehäuse.
  • Bevorzugterweise weisen die Federanordnungen Federelemente mit einer linearen Federkennlinie auf. Damit ist es möglich, eine Leistungsänderung der Stirling-Kühleinrichtung durch eine Änderung der Amplitude der Bewegung des Verdrängers zu bewirken. Diese Amplitudenänderung wiederum kann bewirkt werden, indem man die Amplitude eines Druckwellenerzeugers ändert, der die Verdrängereinheit versorgt. Wenn die Federn lineare Kennlinien aufweisen, dann kann man die Antriebsfrequenz beibehalten, was die Steuerung vereinfacht.
  • Bevorzugterweise sind die Federanordnungen und die Dämpfermasse so aufeinander abgestimmt, dass bei einer vorbestimmten Frequenz der Verdränger und die Dämpfermasse gegenläufige Bewegungen ausführen. Die Dämpfermasse und der Verdränger bewegen sich also entweder aufeinander zu oder sie bewegen sich voneinander weg. Diese Situation tritt bei einer Resonanzfrequenz auf. Die Resonanzfrequenz lässt sich durch die Wahl der Federkonstanten der Federanordnungen und/oder die Wahl der Dämpfermasse leicht einstellen. Die entsprechende Frequenz wird dann auf die zu erwartende Betriebsfrequenz der Stirling-Kühleinrichtung eingestellt. Diese Betriebsfrequenz wird durch den Druckwellenerzeuger bestimmt. Die Frequenz des Druckwellenerzeugers kann man durch eine entsprechende Steuerung seines Antriebs einstellen.
  • Hierbei ist besonders bevorzugt, dass ein Produkt aus der Dämpfermasse und einer maximalen Auslenkung der Dämpfermasse bei der Frequenz gleich ist einem Produkt aus der Masse des Verdrängers und der maximalen Auslenkung des Verdrängers. Bei einer derartigen Dimensionierung kann man dafür sorgen, dass der Massenschwerpunkt der Verdrängereinheit praktisch an einer feststehenden Position verharrt. Wenn die Dämpfermasse größer ist als die Masse des Verdrängers, dann muss man dafür sorgen, dass die maximale Auslenkung der Dämpfermasse kleiner ist als die maximale Auslenkung des Verdrängers. Auch dies lässt sich aber auf einfache Weise im Vorhinein berechnen. Wenn der Schwerpunkt der Verdrängereinheit in Ruhe ist, dann kann die Verdrängereinheit insgesamt nicht durch eine Bewegung des Verdrängers in Schwingungen versetzt werden.
  • Vorzugsweise weist die Dämpfermasse mindestens zwei Teilmassen auf. Dies hat mehrere Vorteile. Zum Einen hat man bei einem relativ geringen Aufwand eine größere Freiheit bei der Einstellung unterschiedlich großer Dämpfermassen. Zum Anderen kann man mehrere Teilmassen in vorteilhafter Weise für die Erleichterung einer Montage verwenden, insbesondere für die Befestigung von Federelementen.
  • Hierbei ist bevorzugt, dass mindestens eine Teilmasse zwischen zwei plattenförmigen Federelementen angeordnet ist. Damit wird konstruktiv dafür gesorgt, dass diese beiden Federelemente einen gewissen räumlichen Abstand entlang der Verdrängerachse aufweisen müssen. Wie oben erwähnt, ist ein größerer Abstand günstig für eine stabile Lagerung des Verdrängers und der Dämpfermasse.
  • Auch ist von Vorteil, wenn mindestens ein plattenförmiges Federelement zwischen zwei Teilmassen angeordnet ist. In diesem Fall kann man Teilmasse verwenden, um das Federelement zu befestigen, beispielsweise um es einzuspannen.
  • Die Erfindung wird im Folgenden anhand von bevorzugten Ausführungsbeispielen in Verbindung mit der Zeichnung beschrieben. Hierin zeigen:
  • 1 eine erste Ausführungsform einer Verdrängereinheit für eine Stirling-Kühleinrichtung,
  • 2 eine zweite Ausführungsform einer Verdrängereinheit,
  • 3 eine dritte Ausführungsform einer Verdrängereinheit,
  • 4 eine vierte Ausführungsform einer Verdrängereinheit,
  • 5 eine fünfte Ausführungsform einer Verdrängereinheit,
  • 6 eine sechste Ausführungsform einer Verdrängereinheit,
  • 7 eine siebte Ausführungsform einer Verdrängereinheit,
  • 8 eine achte Ausführungsform einer Verdrängereinheit und
  • 9 eine neunte Ausführungsform einer Verdrängereinheit.
  • In allen Figuren sind gleiche und einander entsprechende Elemente mit den gleichen Bezugszeichen versehen. Alle Figuren zeigen eine Verdrängereinheit 1 in stark schematisierter Form.
  • Die Verdrängereinheit 1 nach 1 ist Bestandteil einer nicht näher dargestellten Stirling-Kühleinrichtung, die vorzugsweise eine Gamma-Konfiguration aufweist. Bei dieser Art der Konfiguration weist die Verdrängerein heit 1 eine Verdrängerachse 2 auf, entlang der sich ein Verdränger 3 bewegt, die von einer Bewegungsachse eines Druckwellenerzeugers abweicht. Insbesondere ist die Verdrängerachse 2 quer zu einer Parallelen auf die Achse des Druckwellenerzeugers angeordnet, so dass mögliche Schwingungen des Druckwellenerzeugers und der Verdrängereinheit voneinander entkoppelt sind.
  • Der Verdränger 3 ist in einem Zylinder 4 hin und her bewegbar geführt. Der Zylinder 4 ist in einem Gehäuse 5 angeordnet, das den Zylinder 4 etwa konzentrisch umgibt. Zwischen dem Zylinder 4 und dem Gehäuse 5 ist ein Regenerator 6 angeordnet. An den Regenerator 6 schließt sich an einem Ende ein erster Wärmetauscher 7 und am anderen Ende ein zweiter Wärmetauscher 8 an. Der erste Wärmetauscher 7 ist zwischen dem Regenerator 6 und einem Expansionsraum 9 angeordnet. Der zweite Wärmetauscher 8 ist zwischen dem Regenerator 6 und einem Verdichtungsraum 10 angeordnet. Der Verdichtungsraum 10 steht mit einem Raum 11 in Verbindung, der wiederum mit einem Zufuhrkanal 12 verbunden ist, durch den ein Gas von einem Druckwellenerzeuger zu- und abgeführt werden kann.
  • Der Verdränger 3 ist mit einer Stange 13 verbunden. Die Stange 13 ist über eine Federanordnung 14 mit einer Dämpfermasse 15 verbunden, die im vorliegenden Ausführungsbeispiel eine erste Teilmasse 16 und eine zweite Teilmasse 17 aufweist.
  • Die Dämpfermasse 15 ist über eine Federanordnung 18, die ein erstes Federelement 19 und ein zweites Federelement 20 aufweist, mit dem Gehäuse 5 verbunden. Zur Unterscheidung wird die Federanordnung 18 als ”erste Federanordnung” und die Federanordnung 14 als ”zweite Federanordnung” bezeichnet. Die Stange 13 ist über eine dritte Federanordnung 21 ebenfalls mit dem Gehäuse 5 verbunden.
  • Die zweite Federanordnung 14 und die dritte Federanordnung 21 sind genauso ausgebildet, wie die beiden Federelemente 19, 20 der ersten Federanordnung 18. Die Federelemente 19, 20 sind plattenförmig ausgebildet. Sie weisen in nicht näher dargestellter Weise mehrere spiralförmig angeordnete Federarme auf, die in ihrer radialen Mitte mit der Dämpfermasse 15 verbunden sind und radial außen mit dem Gehäuse 5. Dabei sind die Drehrichtungen der Spiralen entgegengesetzt, so dass sich die Dämpfermasse 15 bei einer Bewegung nicht gegenüber dem Gehäuse 5 verdrehen kann. Die Arme sind darüber hinaus so dimensioniert, dass die Federelemente 19, 20 eine lineare Federkennlinie aufweisen, d. h. die Federelemente 19, 20 haben einen konstanten Federkoeffizienten. Die von den Federelementen 19, 20 ausgeübte Rückstellkraft ist also direkt proportional zur Auslenkung, d. h. zur Bewegung der Dämpfermasse 15 gegenüber dem Gehäuse 5.
  • Gleiches gilt für die Federelemente, die die zweite Federanordnung 14 und die dritte Federanordnung 21 bilden.
  • Die Teilmassen 16, 17 weisen gewölbte Anlageflächen 2225 auf, so dass man den zwischen den Federelementen 19, 20 zur Verfügung stehenden Bauraum relativ gut ausnut zen kann, um eine möglichst große Teilmasse 17 unterzubringen.
  • Es ist zu erkennen, dass die beiden Federelemente 19, 20 der ersten Federanordnung 18 entlang der Verdrängerachse 2 einen relativ großen Abstand zueinander aufweisen. Gleichzeitig sind die Federelemente 19, 20 in Richtung der Verdrängerachse 2 wesentlich weicher als quer dazu, d. h. die Federelemente 19, 20 weisen quer zur Verdrängerachse 2 eine wesentlich größere Steifigkeit auf als in Richtung der Verdrängerachse. Dadurch wird nicht nur gewährleistet, dass die Dämpfermasse 15 nur eine Bewegung entlang der Verdrängerachse 2 ausführen kann. Man stellt auch sicher, dass die Dämpfermasse 15 immer eine vorbestimmte Ausrichtung behält.
  • Dadurch, dass die Stange 13 zum Einen über die dritte Federanordnung 21 mit dem Gehäuse 5 verbunden ist und zum Anderen über die zweite Federanordnung 14 mit der durch die erste Federanordnung 18 gegenüber dem Gehäuse 5 festgelegten Dämpfermasse 15, wird auch sichergestellt, dass die Stange 13 und damit der Verdränger 3 eine vorbestimmte Ausrichtung zum Gehäuse 5 und damit zum Zylinder 4 behalten kann. Man vermeidet also größere Reibungskräfte und damit einen Verschleiß. Darüber hinaus wird ein guter Wirkungsgrad und eine erhöhte Lebensdauer sichergestellt.
  • Die Dämpfermasse 15 und die Federkonstanten der Federanordnungen 14, 18, 21 sind so aufeinander abgestimmt, dass sich bei einer vorbestimmten Frequenz der Verdränger 3 und die Dämpfermasse 15 gegenläufig bewegen, d. h. die Dämpfermasse 15 und der Verdränger 3 bewegen sich entweder aufeinander zu oder sie bewegen sich voneinander weg. Dabei ist die Auslegung so getroffen, dass das Produkt aus maximaler Auslenkung der Dämpfermasse 15 und der Dämpfermasse gleich ist dem Produkt aus der Masse des Verdrängers 3 und der maximalen Auslenkung des Verdrängers 3. Mit anderen Worten wird der Massenschwerpunkt innerhalb der Verdrängereinheit 1 im Betrieb nicht geändert, sondern dieser Massenschwerpunkt bleibt an einer bestimmten Position fixiert. Dadurch können keine Schwingungen entstehen, die nach außen dringen können. Als Frequenz wird dabei die Betriebsfrequenz der Stirling-Kühleinrichtung gewählt, die man durch die Frequenz des nicht näher dargestellten Druckwellenerzeugers einstellen kann. Da die Federelemente 19, 20 und die Federanordnungen 14, 21 lineare Federkennlinien haben, muss man bei einer Änderung der Leistung der Stirling-Kühleinrichtung durch eine Änderung der Amplitude keine Neuabstimmung der Frequenz vornehmen, sondern die Dämpfungswirkung der Dämpfungsmasse 15 bleibt unabhängig von der Amplitude die gleiche.
  • Wie aus 1 zu erkennen ist, ist das zweite Federelement 20 zwischen den beiden Teilmassen 16, 17 angeordnet. Man kann das zweite Federelement 20 beispielsweise zwischen den beiden Teilmassen 16, 17 einspannen und so befestigen. Für die Befestigung des ersten Federelements 19 an der Teilmasse 17 ist ein Befestigungselement 26 vorgesehen. Man hat also nicht nur zwischen zwei plattenförmigen Federelementen 19, 20 eine Teilmasse 17, sondern auch zwischen zwei Teilmassen 16, 17 ein plattenförmiges Federelement 20. Bei der Ausgestaltung nach 1 ist die erste Federanordnung 18 vollständig zwischen der zweiten Federanordnung 14 und der dritten Federanordnung 21 angeordnet. Dies wiederum hat zur Folge, dass die zweite Federanordnung 14 und die dritte Federanordnung 21 einen relativ großen Abstand entlang der Verdrängerachse 2 haben müssen.
  • Diese Ausgestaltung ist zwar vorteilhaft, aber nicht unbedingt notwendig.
  • Wie aus einem zweiten Ausführungsbeispiel hervorgeht, das in 2 dargestellt ist, kann man die zweite Federanordnung 14 auch zwischen der dritten Federanordnung 21 und der ersten Federanordnung 18 anordnen. Im Übrigen bleibt die Dimensionierung und die Wirkungsweise der Verdrängeranordnung 1 nach 2 gleich zu der nach 1.
  • Die dritte Ausgestaltung, die in 3 dargestellt ist, entspricht weitgehend der der 1. Abweichend zu der Ausgestaltung nach 1 ist die zweite Federanordnung 14 zwischen den beiden Teilmassen 16, 17 angeordnet und lediglich das zweite Federelement 20 ist zwischen der zweiten Federanordnung 14 und der dritten Federanordnung 21 angeordnet.
  • Die Ausführungsform der Verdrängereinheit 1 nach 4 entspricht der der 2 bis auf die Tatsache, dass die Abfolge der Federanordnungen entlang der Verdrängerachse 2 umgekehrt worden ist, d. h. die erste Federanordnung mit den Federelementen 19, 20 ist dem Verdränger 3 benachbart angeordnet, während die dritte Federanordnung 21 die größte Entfernung zum Verdränger 3 hat. Die zweite Federanordnung 14 ist zwischen der dritten Federanordnung 21 und den beiden Teilmassen 16, 17 angeordnet.
  • Bei der fünften Ausführungsform der Verdrängereinheit 1 nach 5 ist die erste Federanordnung mit den Federelementen 19, 20 wiederum, wie in 1, zwischen der zweiten Federanordnung 14 und der dritten Federanordnung 21 angeordnet. Allerdings sind hierbei die Positionen der zweiten und der dritten Federanordnung 14, 21 vertauscht, d. h. die zweite Federanordnung 14 ist dem Verdränger 3 benachbart angeordnet, während die dritte Federanordnung 21 die größte Entfernung zum Verdränger 3 aufweist. Auch hier lässt sich entlang der Verdrängerachse 2 ein relativ großer Abstand zwischen der zweiten Federanordnung 14 und der dritten Federanordnung 21 realisieren.
  • 6 zeigt eine sechste Ausführungsform einer Verdrängereinheit 1, die im Wesentlichen der dritten Ausführungsform nach 3 entspricht. Allerdings ist hier die dritte Federanordnung 21 nicht, wie bei dem Ausführungsbeispiel der 3, zwischen der Dämpfermasse 15 und dem Verdränger 3 angeordnet, sondern die Dämpfermasse 15 ist hier zwischen der dritten Federanordnung 21 und dem Verdränger 3 angeordnet. Die zweite Federanordnung 14 ist wiederum zwischen den beiden Teilmassen 16, 17 angeordnet.
  • Bei den Ausführungsformen der 1 bis 6 bewirkt die dritte Federanordnung 21 eine Verbindung zwischen der Stange 13 und dem Gehäuse 5. Diese direkte Verbindung entfällt bei den Ausführungsbeispielen, die in den 7 bis 9 dargestellt sind.
  • Bei der siebten Ausführungsform einer Verdrängereinheit 1, die in 7 dargestellt ist, ist eine dritte Federanordnung 27 zwischen der Dämpfermasse 15 und der Stange 13 vorgesehen. Die Dämpfermasse 15 weist hier drei Teilmassen auf, nämlich die aus 1 bis 6 bekannten Teilmassen 16, 17 und eine dritte Teilmasse 28. Dies ist ohne Verschlechterung der Betriebsweise möglich, weil die Dämpfermasse 15 durch die beiden Federelemente 19, 20 entlang der Verdrängerachse 2 geführt und ausgerichtet ist. Aufgrund dieser Ausrichtung reicht es aus, die Stange 13 an der Dämpfermasse 15 entsprechend zu führen, was dadurch gelingt, dass die zweite Federanordnung 14 und die dritte Federanordnung 27 mit einem Abstand entlang der Verdrängerachse 2 angeordnet sind.
  • 8 zeigt eine achte Ausführungsform einer Verdrängereinheit 1, die sich von der der 7 dadurch unterscheidet, dass die Positionen von zweiter Federanordnung 14 und erstem Federelement 19 der ersten Federanordnung 18 vertauscht sind.
  • Bei der neunten Ausführungsform einer Verdrängereinheit 1, die in 9 dargestellt ist, ist die Verdrängermasse mit den entsprechenden Federanordnungen um 180° gegenüber der Ausführungsform nach 8 gedreht, d. h. das Federelement 19 ist nun zwischen der Teilmasse 16 und dem Verdränger 3 angeordnet. Die zweite Federanordnung 14 ist wiederum zwischen den beiden Teilmassen 16, 17 eingespannt. Das zweite Federelement 20 der ersten Federanordnung 18 ist zwischen den Teilmassen 17, 28 eingespannt und die dritte Federanordnung 27, die den Verdränger 3 mit der dritten Teilmasse 28 verbindet, hat die größtmögliche Entfernung vom Verdränger 3.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • - US 5895033 [0002]
    • - US 4389849 [0003]
    • - US 2003/0111311 A1 [0005]
  • Zitierte Nicht-Patentliteratur
    • - Veprik, A. M. et al, ”Ultra-low vibration split Stirling linear cryogenic cooler with a dynamically counterbalanced pneumatically driven expander”, Cyrogenics 45 (2005) 117–122 [0004]

Claims (9)

  1. Verdrängereinheit für eine Stirling-Kühleinrichtung mit einem Gehäuse, einem Verdränger, der entlang einer Verdrängerachse hin und her bewegbar ist, und einer innerhalb des Gehäuses angeordneten Dämpfermasse, die über eine erste Federanordnung mit dem Gehäuse verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Dämpfermasse (15) über eine zweite Federanordnung (14) mit dem Verdränger (3) verbunden ist und beide Federanordnungen (14, 18) in eine Richtung quer zur Verdrängerachse (2) steifer sind als parallel zur Verdrängerachse (2), wobei der Verdränger (3) über eine dritte Federanordnung (21, 27) mit dem Gehäuse (5) oder der Dämpfermasse (15) verbunden ist.
  2. Verdrängereinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Federanordnung (18) zwei parallel angeordnete plattenförmige Federelemente (19, 20) aufweist.
  3. Verdrängereinheit nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Federelement (19, 20) der zweiten Federanordnung (18) zwischen der ersten Federanordnung (14) und der dritten Federanordnung (21, 27) angeordnet ist.
  4. Verdrängereinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Federanordnungen (14, 18, 21, 27) Federelemente (19, 20) mit einer linearen Federkennlinie aufweisen.
  5. Verdrängereinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Federanordnungen (14, 18, 21, 27) und die Dämpfermasse (15) so aufeinander abgestimmt sind, dass bei einer vorbestimmten Frequenz der Verdränger (3) und die Dämpfermasse (15) gegenläufige Bewegungen ausführen.
  6. Verdrängereinheit nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass ein Produkt aus der Dämpfermasse (15) und einer maximalen Auslenkung der Dämpfermasse (15) bei der Frequenz gleich ist einem Produkt aus der Masse des Verdrängers (3) und der maximalen Auslenkung des Verdrängers (3).
  7. Verdrängereinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Dämpfermasse (15) mindestens zwei Teilmassen (16, 17) aufweist.
  8. Verdrängereinheit nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Teilmasse (16, 17) zwischen zwei plattenförmigen Federelementen (19, 20) angeordnet ist.
  9. Verdrängereinheit nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein plattenförmiges Federelement (19, 20) zwischen zwei Teilmassen (16, 17) angeordnet ist.
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