DE102009052491A1 - Heißgasmotor mit Hochtemperatur- Expansionszylindern und Bornitrid-Dispersionsschicht-Laufflächen - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung beschreibt einen Heißgasmotor mit Hochtemperatur-Expansionszylindern und Bornitrid-Dispersionsschicht-Laufflächen an den Kolben/Zylinder-Baugruppen und am Dichtungssystem.

Description

  • Heißgasmotoren nach dem STIRLING- oder ERICSSON-Prinzip können in einer besonderen Anordnung ihrer Expansions- und Kompressionsräume so gebaut werden, dass die Expansionszylinder und damit auch deren Kolben bei hohen Temperaturen oberhalb von 400°C betrieben werden. Die Temperaturen können so hoch gewählt werden, dass die Expansionszylinder glühen und dabei ein Trockenlauf der ebenfalls glühenden Expansionskolben in ihnen stattfindet. Die Patente EP 1306539 und EP 1917434 zeigen derartige Anordnungen. Als Arbeitsgas dieser Motoren wird oft Helium oder Stickstoff gewählt. Um den notwendigen Trockenlauf realisieren zu können, werden die Kolben/Zylinder-Laufflächen einschließlich der Kolbenringe aus Graphit oder speziellen Graphitlegierungen ausgeführt. Graphit hat in Stickstoff- und Helium-Atmosphäre jedoch nur mäßige Schmiereigenschaften. Mit Luft lassen sich diese Maschinen nur eingeschränkt oder gar nicht betreiben, denn die maximale Anwendungstemperatur in sauerstoffhaltiger Atmosphäre liegt bei 400 bis 500°C.
  • Seit einigen Jahren werden auf dem Markt Dispersionsbeschichtungen aus hexagonalem Bornitrid angeboten. Oft handelt es sich dabei um Nickel-Dispersionsschichten mit hexagonalem Bornitrid. Diese Schichten haben außergewöhnliche Verschleiß- und Hochtemperatur-Eigenschaften. Der Reibungskoeffizient sinkt sogar mit zunehmender Belastung. Die bisherige Nutzung dieser Schichten beschränkt sich auf Gleitlager, Wellen, Getriebe, Kupplungen und Spritzgusswerkzeuge für das einfachere Ausformen.
  • Die Erfindung besteht darin, die Gleitoberflächen der o. g. innovativen Heißgasmotoren mit Hochtemperatur-Expansionszylindern aus Bornitrid-Dispersionsschichten herzustellen.
  • Vorteile
  • Die Laufflächen dieser Motoren werden dadurch extrem verschleiß- und reibungsarm. Damit ist ein wesentliches Problem gelöst, das die Markteinführung dieser Motoren bisher behindert.
  • Die wichtigste erfindungsgemäße Ausbildung ist ein Heißgasmotor mit metallischen heißen Expansionszylindern, der mit Zylindertemperaturen oberhalb von 400°C betrieben wird und dessen Laufflächen der Kolben-Zylinderbaugruppen teilweise oder vollständig mit einer Dispersionsschicht aus hexagonalem Nickel-Bornitrid beschichtet sind.
  • Bei dem Laufflächengrundmaterial kann es sich bspw. um ferritischen oder austenitischen Hochtemperaturguss handeln.
  • Eine sinnvolle Anordnung besteht darin, nur die Kolbenringe oder Dichtungselemente mit hexagonalem Nickel-Bornitrid zu beschichten. Die Bornitrid-Dispersionsschichten können galvanisch oder autokatalytisch hergestellt werden.
  • Auch gewöhnliche Heißgasmotoren nach dem Alpha-, Beta-, oder Gamma-STIRLING-Prinzip können so gebaut werden, dass die Laufflächen der Kolben-Zylinderbaugruppen oder die Dichtelemente teilweise oder vollständig mit hexagonalem Nickel-Bornitrid beschichtet sind.
  • Eine weitere erfindungsgemäße Ausbildung von Heißgasmotoren besteht darin, dass die Bornitrid-Dispersionsschicht der Laufflächen, Kolbenringe oder Dichtungselemente nicht nur Nickel sondern Kobalt oder andere metallische Elemente enthält.
  • 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
    • EP 1306539 [0001]
    • EP 1917434 [0001]

Claims (6)

  1. Heißgasmotor mit metallischen heißen Expansionszylindern, der mit Zylindertemperaturen oberhalb von 400°C betrieben wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Laufflächen der Kolben-Zylinderbaugruppen teilweise oder vollständig mit einer Dispersionsschicht aus hexagonalem Nickel-Bornitrid beschichtet sind.
  2. Heißgasmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem Laufflächengrundmaterial um ferritischen oder austenitischen Hochtemperaturguss handelt.
  3. Heißgasmotor nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass nur seine Kolbenringe oder Dichtungselemente mit hexagonalem Nickel-Bornitrid beschichtet sind.
  4. Heißgasmotor nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei der Bornitrid-Schicht um eine galvanische oder autokatalytische Dispersionsschicht handelt.
  5. Heißgasmotor nach dem Alpha-, Beta-, oder Gamma-STIRLING-Prinzip, dadurch gekennzeichnet, dass die Kolbenlaufflächen der Kolben-Zylinderbaugruppen teilweise oder vollständig mit hexagonalem Nickel-Bornitrid beschichtet sind.
  6. Heißgasmotor nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Bornitrid-Dispersionsschicht Nickel, Kobalt oder andere metallische Elemente enthält.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102011089975B3 (de) * 2011-12-27 2013-04-18 Ks Gleitlager Gmbh Gleitlagerverbundwerkstoff und hieraus hergestelltes Gleitlagerelement

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1306539A2 (de) 2001-10-24 2003-05-02 Enerlyt Potsdam GmbH Zwei-Zyklen-Heissgasmotor
EP1917434A1 (de) 2005-08-16 2008-05-07 Dr. Andreas Gimsa 4-zyklen-stirlingmaschine mit 2 doppelkolbeneinheiten

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