DE102011103765A1 - Doppelt wirkender Stirlingmotor mit Faltenbalg - Google Patents

Abstract

Die Erfindung beschreibt einen doppelt wirkenden Stirlingmotor dessen Kolben/Zylinder-Einheiten, die jeweils auf zwei Stirling-Zyklen wirken, in Form von Faltenbälgen ausgeführt werden.

Description

• Der mögliche Einsatz von Faltenbalg-Systemen für Stirling-Motoren ist nicht neu. So beschreibt bspw. Die Offenlegungsschrift DE 2439213 einen Stirlingmotor mit Membranbalgkolben. Auch die Offenlegungsschrift DE 10 2004 055 628 offenbart Stirlingmotoren mit Faltenbälgen.
• Der Vorteil dieser Systeme ist darin zu sehen, dass kein Dichtungssystem zwischen Kolben und Zylinderwand benötigt wird. Darüber hinaus ist auch der mögliche Einsatz zur Kolbenstangenabdichtung in Form eines Faltenbalgs zwischen Kolbenstange und Zylinderendwand gegeben.
• Derartige Systeme vermeiden Spalt- und reduzieren die Reibungsverluste.
• Alle bisherigen Veröffentlichungen zum Einsatz Von Faltenbalgsystemen beziehen sich jedoch auf einfach wirkende Motoren. Das heißt es wird nur eine Kolbenseite, die einen Arbeitsgasraum im Zylinder begrenzt, als Faltenbalg ausgeführt.
• Gemäß 1 werden bei einem doppelt wirkenden Stirlingmotor mit mindestens 2 unabhängigen Arbeitsgasräumen, die doppelt wirkenden Kolben/Zylinder-Einheiten durch doppelt wirkende Balgsysteme ersetzt. Dabei ergibt sich für jede Kolben/Zylinder-Einheit ein System, das aus mindestens folgenden Grundbauteilen besteht: Erster Faltenbalg (1) für die eine Kolbenseite, zweiter Faltenbalg (2) für die andere Kolbenseite, Mitnehmer (3) der beide Arbeitsgasräume hydraulisch abgrenzt, fest mit der Kolbenstange (5) verbunden ist und über sie für die axiale Balgbewegung sorgt, Füllkörper (4), die sich in beiden Arbeitsgasräumen befinden und den Totraum minimieren. Die Füllkörper (4) sind nötig, da der Verwertbare Hub des Faltenbalgs deutlich geringer ausfällt als seine axiale Länge. 1 zeigt die Füllkörper in einer mit der Kolbenstange beweglichen Anordnung. 2 offenbart fest stehende Füllkörper, die an den Begrenzungswänden 9 der Faltenbälge befestigt sind.
• Auch die Abdichtung (8) der Kolbenstange gegen den einen der beiden Arbeitsgasräume oder beidseitig vom Zylinder kann in Form eines Faltenbalges realisiert werden. Besonders vorteilhaft ließen sich bspw. alle oder bestimmte Kolben/Zylinder-Baugruppen der doppelt wirkenden Stirlingmotoren aus den Patenten DE 10 2005 039 417 und EP 1306539 als Faltenbalgbaugruppen ausführen. Diese ohnehin schon einfach aufgebauten Maschinen würden für bestimmte Anwendungen dadurch weiter vereinfacht und damit neben den o. g. Vorteilen der Faltenbälge auch noch kostengünstiger.
• Je nach Lastwechselzahl, Amplitude, Innendruck und Temperatur können Faltenbälge aus Federstahl, Edelstahl, Hochtemperaturstahl oder auch verstärktem Gummi aufgebaut werden. Es kommen dabei bspw. die Formen: Membranbälge, Spitzbälge, Rollbälge, S-Lamellenbälge oder Rundbälge mit einem oder mehreren Segmenten in Betracht. Die beiden hintereinander liegenden Faltenbälge einer doppelt wirkenden Kolben/Zylinder-Einheit lassen sich in einer gemeinsamen äußeren zylindrischen Druckkammer (6) anordnen um mit einem Gasgegendruck zwischen der Balgaußenwand und der Druckkammerinnenwand die Druckbelastbarkeit deutlich zu steigern.
• Bezugszeichenliste

1

Faltenbalg erste Kolbenseite

2

Faltenbalg zweite Kolbenseite

3

Mitnehmer, der beide Arbeitsgasräume hydraulisch abgrenzt

4

Füllkorper zur Totraumminimierung

5

Kolbenstange

6

Druckkammer zur Aufnahme zweier hintereinander liegender Faltenbälge

7

Feststehende Zylindrische Begrenzungswand der Druckkammer

8

Faltenbalg zur Kolbenstangenabdichtung

9

Feststehende kreisförmige Begrenzungswand des Faltenbalges eines Zyklus

10

Arbeitsgasanschlüsse

• ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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• Zitierte Patentliteratur
• DE 2439213 A [0001]
• DE 102004055628 A [0001]
• DE 102005039417 [0006]
• EP 1306539 [0006]

Claims (5)

1. Doppelt wirkender Stirlingmotor mit mindestens 2 unabhängigen Arbeitsgasräumen (Zyklen), dadurch gekennzeichnet, dass die doppelt wirkenden Kolben/Zylinder-Einheiten durch doppelt wirkende Balgsysteme ersetzt werden, die jedes für sich mindestens aus folgenden Grundbauteilen bestehen: Erster Faltenbalg für die eine Kolbenseite, zweiter Faltenbalg für die andere Kolbenseite, Mitnehmer der beide Arbeitsgasräume hydraulisch abgrenzt, fest mit der Kolbenstange verbunden ist und über sie für die axiale Balgbewegung sorgt, Füllkörper, die sich in beiden Arbeitsgasräumen befinden und den Totraum minimieren.
2. Doppelt wirkender Stirlingmotor mit mindestens 2 unabhängigen Arbeitsgasräumen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Abdichtung der Kolbenstange mindestens gegen den einen der beiden Arbeitsgasräume auch in Form eines Faltenbalges realisiert wird.
3. Doppelt wirkender Stirlingmotor mit mindestens 2 unabhängigen Arbeitsgasräumen nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Faltenbalgsystem für die Kolben/Zylinder-Einheiten der Stirlingsysteme gemäß DE 10 2005 039 417 und EP 1306539 verwendet wird.
4. Doppelt wirkender Stirlingmotor mit mindestens 2 unabhängigen Arbeitsgasräumen nach Anspruch 1, 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Faltenbälge in Form von Membranbälgen, Spitzbälgen, Rollbälgen, S-Lamellenbälgen oder Rundbälgen ausgeführt werden.
5. Doppelt wirkender Stirlingmotor mit mindestens 2 unabhängigen Arbeitsgasräumen nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden hintereinander liegende Faltenbälge in einer gemeinsamen äußeren zylindrischen Druckkammer angeordnet werden, um mit einem Gasgegendruck zwischen der Balgaußenwand und der Druckkammerinnenwand die Druckbelastbarkeit deutlich zu steigern.

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