DE10297347T5

DE10297347T5 - Poröse Drossel für Glaslager

Info

Publication number: DE10297347T5
Application number: DE10297347T
Authority: DE
Inventors: Dale E. Athens Kiikka
Original assignee: Global Cooling BV
Current assignee: Global Cooling BV
Priority date: 2001-10-19
Filing date: 2002-10-18
Publication date: 2004-09-16
Anticipated expiration: 2022-10-19
Also published as: AU2002348462A1; CN1561429A; BR0210295B1; BR0210295A; US20040154468A1; US6901845B2; WO2003036071A2; DE10297347B4; CN1288328C; WO2003036071A9; WO2003036071A3

Abstract

Fluidlagervorrichtung in einer Maschine, die einen Kolben mit einer Seitenwandung hat, die eine äußere zylindrische Oberfläche hat, die in nächster Nähe zu einer inneren zylindrischen Oberfläche einer Gehäuseseitenwandung angeordnet ist, in der der Kolben so angebracht ist, dass er gleiten kann, und eine ringförmige Abstandslücke zwischen der zylindrischen Oberfläche des Kolbens und der zylindrischen Oberfläche des Gehäuses, wobei die Fluidlagervorrichtung folgendes beinhaltet:
a) einen Fluidströmungspfad, der sich von einer Vielzahl von Öffnungen, die durch mindestens eine der besagten Seitenwandungen in die ringförmige Lücke geformt sind, in einen Strom ausweitet; und
b) einen fluiddurchlässigen, porösen Körper, der in dem Fluidströmungspfad auf der Seite von mindestens einer der besagten Öffnungen angebracht ist, von der der Fluidstrom kommt.

Description

(e) HINTERGRUND DER ERFINDUNG
1. Gebiet der Erfindung
Diese Erfindung bezieht sich im Allgemeinen auf Gas-Lager, wie sie zum Beispiel in Freikolben-Stirling-Maschinen benutzt werden, und speziell auf einen Drosselungsapparat, der bei Gaslagern benutzt wird.
2. Beschreibung des Stands der Technik
In vielen verschiedenen Maschinen bewegen sich Kolben in einem Zylinder, der in einem Gehäuse geformt ist, hin und her. Um akkurat zu arbeiten, ist eine schmale ringförmige Lücke zwischen der Zylinderwand und der Kolbenwand geformt. Bei Stirling-Kreismaschinen zum Beispiel schließt das Gehäuse einen Arbeitsraum, der von einem Ende des Kolbens begrenzt wird, und einen rückwärtigen Raum, der vom anderen Ende des Kolbens begrenzt wird, ein. Die Bezeichnung „Kolben" kann sich generell auf irgendeinen kolbenartigen Körper beziehen, was das Verdrängerelement in einer Stirling-Kreismaschine mit einschließt. Ein Arbeitsgas wie Helium füllt den Arbeitsraum, den rückwärtigen Raum und andere Bereiche der Maschine innerhalb des Gehäuses.
Wegen dem kleinen Abstand zwischen der Kolbenwand und der Zylinderwand im Betriebszustand muss die ringförmige Lücke zwischen den Wänden geschmiert werden, um rapide Abnutzung zu vermeiden. Man hat herausgefunden, dass das effektivste Schmiermittel eine dünne Schicht des Arbeitsgases, die ein Lager mit Gasschmierung formt, ist. Solche Lager mit Gasschmierung sind in den U.S. Pat. Nr. 4.412.418, 4.802.332 und 4.888.950 beschrieben, die alle von Beale sind, die durch Bezugnahme einbezogen werden.
Um den sich bewegenden Kolben zu schmieren, muss Gas an drei oder mehr Punkten an der Randoberfläche des Kolbens in die Lücke eingebracht werden, nachdem es vom Arbeitsraum oder vom rückwärtigen Raum dorthin geleitet wurde. Um das Gas in die ringförmige Lücke zu transportieren, benötigt man oft ein Netzwerk von kleinen Durchgängen. Die Durchgänge, die das Arbeitsgas direkt in die ringförmige Lücke leiten, sind oft extrem klein, um Gasströmung einzuschränken bzw. zu drosseln. Gasströmung einzuschränken ist notwendig, um einen konstanten Gasdruck aufrechtzuerhalten, aber sehr kleine Durchgänge und andere Strukturen, die Gasströmung in eine Abstandslücke einschränken, normalerweise werden sie „Drosseln" genannt, sind besonders anfällig für Blockierungen.
Gewöhnlich werden Drosseln in Gaslagern mit einer Anzahl an Mitteln ausgestattet: feine Röhren, Schrauben und eng abschließende Teile mit akkuraten Durchgängen, die dazu benutzt werden, um Gas in die Abstandslücke zu leiten. All diese früheren Techniken und Strukturen leiden an Kostenintensität oder der Anfälligkeit für Blockierungen durch kleine Partikel im Arbeitsgas. Eine wünschenswerte Drossel würde wenig kosten, Temperatur- und Ausdehnungsstabilität besitzen und wenig oder keine Anfälligkeit für Blockierungen haben.
(f) KURZE ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Die Erfindung ist ein poröser Körper, vorzugsweise ein poröser Kunststoffstreifen, der die Seite einer Öffnung, die in die Abstandslücke führt, bedeckt, von der das Gas kommt. In einer bevorzugten Anordnung ist der Kunststoffstreifen mit einem Unterstützungsring ausgestattet, der nach außen geneigt ist um den Streifen an seinem Platz zu halten. Der Durchmesser der Öffnung, die Durchlässigkeit des Kunststoffstreifens und die Breite und der Grad der Kompression des Unterstützungsringes kontrollieren den Grad der Drosselung, die auf den Gasstrom ausgeübt wird. Die Seite der Öffnung, in die das Gas strömt, grenzt direkt an den Hohlraum des Gaslagers in der Abstandslücke, mit dem sie verbunden ist.
Der Raum auf der Seite der Drossel im Gaslager, von der der Gasstrom kommt, dient als Beschickungsvolumen. In einer bevorzugten Anordnung wird das Beschickungsvolumen im Stirling-Kreis durch die Benutzung eines kleinen Blatt- bzw. Zungenrückschlagventils zu maximalem Druck komprimiert. Das Beschickungsvolumen entlüftet durch den drosselnden Kunststoffstreifen und durch die Öffnung in die Abstandslücke des Gaslagers und dann durch die Abstandslücke. Indem man die Drosseln so anordnet, dass sie eine ähnliche Drosselung auf den Widerstand der Abstandslücke ausüben, ist es möglich, dass man eine Steifheit des Gaslagers erhält, die nahe am Maximum liegt.
Wenn die Komponente mit dem Gaslager, in der einen Anordnung ist es ein Kolben, sich exzentrisch bewegt, werden einer oder mehrere Hohlräume enger an die Zylinderwand bewegt. Das drosselt den Gasstrom lokal durch die Abstandslücke noch mehr, was dazu führt, dass der lokale Druck in der Abstandslücke steigt. Der Hohlraum oder die Hohlräume auf der gegenüberliegenden Seite des Kolbens werden weniger gedrosselt, deshalb entlüften sie und verlieren Druck. Das bewirkt eine Nettokraft auf den Kolben, die dazu neigt, den Kolben weg von der Zylinderwand zu bewegen und einen Gasfilm als Schmiermittel aufrechterhält.
Die Benutzung des porösen Kunststoffstreifens als Drossel hat den Vorteil vieler Pfade, woraus sich eine deutlich geringere Wahrscheinlichkeit der Blockade mit losen Partikeln ergibt. Es gibt verteilte Öffnungen, durch die das Gas strömen kann, und wenn eine blockiert wird, hat das nur eine geringe Wirkung auf das Gaslager. Ein weiterer Vorteil ist, dass die Drossel im Gaslager ihr eigener Filter ist, der kleine Partikel davon abhält, in die eng abschließenden Abstandsdichtungen einzudringen, die typischerweise in Maschinen, die Gaslager benutzen, aufzufinden sind.
Das poröse Material wird durch das zur Verfügung stellen eines Stützringes oder einer Unterstützungsfeder, die das poröse Material gegen die Öffnungen des Gaslagers drückt, einfach in die Kolbenmuffe eingepasst. Die Installation könnte von einer automatischen Maschine durchgeführt werden und scheint für die Produktion hoher Stückzahlen vorteilhaft.
Material- und Arbeitskosten scheinen im Vergleich zu konventionellen Techniken extrem gering zu sein. Es wird angenommen, dass die Zuverlässigkeit wegen dem unwahrscheinlicheren Auftreten von Blockierungen und der Verhinderung davon, dass Partikel in die Abstandslücke geraten, weitaus besser ist. Diese Drossel im Gaslager scheint besonders vorteilhaft für den Einbau in Stirling-Kreismaschinen.
Die vorgeschlagene Erfindung scheint all diese Vorteile anzubieten und hat den zusätzlichen Vorteil, dass sie einen Filter für Partikel, die die eng abschließenden Lageroberflächen beschädigen oder abnutzen könnten, zur Verfügung stellt. Es wurde herausgefunden, dass die Drosselleistung vergleichbar ist mit der von Präzisionsdrosseln, die aus 60-Micron Glasfasern von 5mm Länge bestehen.
(g) KURZE BESCHREIBUNG DER MEHREREN ANSICHTEN DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine Seitenansicht im Schnitt einer bevorzugten Anordnung der vorliegenden Erfindung.
2 ist eine Stirnansicht im Schnitt gemäß Linie 2-2 von 1.
3 ist eine Stirnansicht im Schnitt ähnlich der in 2 und sie zeigt den Kolben in einer von der radialen Mittelstellung verstellten Position.
4 ist eine Perspektivansicht, die einen bevorzugten Kolben zeigt.
5 ist eine schematische Schnittansicht, die ein alternatives poröses Blatt und seine Anbringung an den Kolben zeigt.
6 ist eine schematische Seitenansicht im Schnitt, die eine alternative Anordnung der vorliegenden Erfindung zeigt.
7 ist eine Explosionsdarstellung, die eine Kolbenmontage mit Gaslagern und Drosseln gemäß vorliegender Erfindung zeigt. Das poröse Drosselmaterial hat die Form eines Ringes und der Rückhalt wird durch einen Kompressionsring, der den porösen Ring gegen die Öffnungen drückt, erleichtert. Zwei Sätze von Gaslagern sind abgebildet (vier Gaslager für jeden Satz). In dieser Ansicht ist außerdem das Zungenrückschlagventil, um die Beschickungskavität unter Druck zu setzen, gezeigt.
Bei der Beschreibung der bevorzugten Anordnung der Erfindung, die in den Zeichnungen abgebildet ist, wird um der Klarheit willen auf eine spezifische Terminologie zurückgegriffen. Wie auch immer, es ist nicht beabsichtigt, dass die Erfindung auf den gewählten spezifischen Term beschränkt wird und man muss verstehen, dass jeder spezifische Term alle technisch äquivalenten Dinge, die auf ähnliche Weise funktionieren, um eine ähnliche Aufgabe zu erfüllen, beinhaltet. Zum Beispiel werden das Wort „verbunden" oder ähnliche Begriffe oft benutzt. Sie sind nicht auf eine direkte Verbindung beschränkt, sondern beinhalten in den Fällen auch eine Verbindung durch andere Elemente, in denen eine solche Verbindung von Fachleuten als äquivalent angesehen wird.
(h) DETAILIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Die bevorzugte Anordnung der vorliegenden Erfindung wird in 1 gezeigt, in der der freie Kolben-Stirling-Kreisapparat 10 ein zylindrisches Gehäuse 12 enthält, das eine interne Seitenwandungsoberfläche 14 hat, die ein kreisförmiger Zylinder ist. Der Kolben 16, der auch in 4 abgebildet ist, hat eine äußere zylindrische Oberfläche 18 auf der Seitenwandung 20, die in nächster Nähe zu der internen zylindrischen Oberfläche 14 der Seitenwandung 12 des Gehäuses angeordnet ist.
Zwischen dem Kolben 16 und dem Gehäuse 12 wird eine ringförmige Lücke 22 gebildet, in der das Arbeitsgas, wie Heliumgas, strömt. Die Größe der ringförmigen Lücke ist in den Zeichnungen übertrieben groß dargestellt. Der Unterschied der Durchmesser der äußeren Oberfläche des Kolbens 16 und der inneren Oberfläche 14 des Gehäuses liegt bei einer durchdachten Anordnung ungefähr zwischen 15 und 35 Mikron. Folglich beträgt die ringförmige Lücke die Hälfte dieser Differenz, wenn der Kolben 16 radial exakt in der Mitte (Null-Exzentrizität) ist, was zwischen 7,5 und 17,5 Mikron ist. Das Gas strömt durch die ringförmige Lücke 22, wobei es ein gasförmiges Lager, wie es konventionell bekannt ist, zur Verfügung stellt.
Das Gas, mit dem die ringförmige Lücke 22 versorgt wird, kommt aus der Beschickungskavität 40, welche die Kammer innerhalb des Kolbens ist, die mit der Kolbenkappe 42 verschlossen ist. Die Beschickungskavität 40 wird in der bevorzugten Anordnung von einer alternierenden Druckquelle durch ein Blatt- oder Zungenventil, das aus der Zunge bzw. dem Blatt 44, der Öffnung 46 und der Halteschraube 48 besteht, mit Gas versorgt. Der Zweck des Zungenventils ist es, das Gas davon abzuhalten, die Beschickungskavität 40 in eine andere Richtung als in die Lücke 22 zu verlassen und Gas nur dann in die Beschickungskavität 40 einzulassen, wenn der Gasdruck im Kompressionsraum 41 zum Beispiel größer ist als der in der Beschickungskavität 40. Der ideale Maximaldruck in der Beschickungskavität 40 ist der Höchstdruck, der auf die Kolbenkappe 42 ausgeübt wird. Diese Druckvariation wird normalerweise von der Bewegung des Kolbens 16 erzeugt, wie es in der Stirling-Kreismaschinentechnik bekannt ist. Ein Rückschlagventilfilter (nicht abgebildet) kann hinzugefügt werden, um die Fähigkeit des Zungenventils, passend zu sitzen, zu sichern, indem es Fremdkörper davon abhält, seine Dichtungskomponenten zu verunreinigen.
Die Öffnungen 30, 31, 32 und 33 sind in der Seitenwandung 20 in der Nähe eines Endes des Kolbens 16 mit vier äquidistanten Intervallen um den Kolben 16 geformt. Ein weiterer Satz von vier ähnlichen Öffnungen ist nahe am gegenüberliegenden Ende des Kolbens 16 geformt, wie es der Abbildung zu entnehmen ist. Diese Öffnungen transportieren Gas aus der Beschickungskavität 40 in die ringförmige Lücke 22. Die Öffnungen, die an dem Kolben 16 geformt sind, drosseln vorzugsweise den durch sie durchgehenden Strom von Gas nicht und haben in der bevorzugten Anordnung einen Durchmesser von ungefähr 1,0 Millimetern. Natürlich können mehr oder weniger als vier Öffnungen in der Nähe der beiden Enden des Kolbens 16 geformt werden und die Größen, relativen Positionen, Formen und Ausrichtungswinkel können nach den Prinzipien, die von denen, die in der Technologie der Gaslager durchschnittlich bewandert sind, verstanden werden, verändert werden.
In einer bevorzugten Anordnung sind Ports 34, 35, 36 und 37 wie üblich auf der äußeren zylindrischen Oberfläche 18 des Kolbens 16 an den Enden der Öffnungen 30–33 geformt. Ähnliche Ports sind an den Enden der Öffnungen, die in der Nähe des gegenüberliegenden Endes des Kolbens 16 liegen, geformt.
Ein gasdurchlässiger, poröser Körper, vorzugsweise der gasdurchlässige, poröse Kunststoffstreifen 50 ist an der inneren Oberfläche 19 des Kolbens 16 angebracht. Ein ähnlicher Streifen 60 ist ähnlich in der Nähe der anderen Seite des Kolbens 16 angebracht. Der Streifen ist als porös beschrieben, was bedeutet, dass er viele extrem kleine Durchgänge, die sich durch den ganzen Streifen ausdehnen, enthält. Diese Durchgänge funktionieren als Kapillar- bzw. Faserdurchgänge, die den sie durchströmenden Gasstrom drosseln oder messen. Der Streifen hat eine Dicke, die signifikant kleiner ist als seine Breite und seine Länge. Ein Material, das für die Benutzung als Streifen 50 und 60 in Erwägung gezogen wird, wird unter dem Namen POREX T3 Bacteria Sheet #7744 verkauft und hat eine Porengröße im Bereich von 7 bis 150 Mikron mit Leervolumen von 35–50%. Das Produkt hat eine Dicke von 0,025 Inch und wird aus Polyethylen hergestellt, obwohl in Erwägung gezogen wird, dass Polypropylen funktionieren könnte.
Befestigungsmittel, vorzugsweise Stützfedern 52 und 62 sind nach außen gegen die Streifen 50 und 60 gespannt, um die äußeren Oberflächen der Streifen gegen die innere Oberfläche 19 zu drücken. Der Gasstrom, der sich entlang eines Gasströmungspfades von dem Beschickungskavität 40 durch die Streifen 50 und 60, die Öffnungen 30–33 und die Ports 34–37 in die ringförmige Lücke 22 ausdehnt, wird durch die Pfeile in 1 dargestellt.
Gemäß 2 wird der Streifen 50 mit Hilfe der Stützfeder 52 an der Seitenwandung 20 des Kolbens angebracht. Der Streifen 50 und die Druckfeder 52 sind so angeordnet, dass sie auf der radial innen gegenüberliegenden Oberfläche 19 des Kolbens 16 sitzen und sind auf der Seite der Öffnungen 30–33 positioniert, von der der Gasstrom kommt. Die Phrase „die Seite, von der der Gasstrom kommt" (stromaufwärts) hat ihre normale Bedeutung und deshalb gerät ein erstes Objekt in einem Gasstrom vor einem zweiten Objekt in Kontakt mit Gasmolekülen, wenn das erste Objekt stromaufwärts des zweiten liegt. Die Laschen 54 erlauben eine günstige Kompression der Feder 50, was eine schnelle Montage und Demontage unterstützt.
Die vorliegende Erfindung operiert gemäß 1, 2, 3 und 4 auf folgende Art und Weise: Wenn der Kolben 16 anfängt, sich vom exakten radialen Mittelpunkt wegzudrehen, nähert sich eine seiner Seiten der Zylindergehäusewandung 14. Das ist, wobei die relativen Dimensionen wieder übertrieben dargestellt sind, in 3 abgebildet, in der die Oberfläche 18 des Kolbens näher an die Wandung 14 in der Nähe der Öffnung 30 und des Ports 34 kommt. Die Durchgänge der Gaslager neigen dazu, an der Seite, an der der Kolben 16 am nahesten an der Zylinderwandung 14 ist, abzuschließen und die Durchgänge neigen dazu, sich an der Seite, an der der Kolben 16 am weitesten von der Zylinderwandung 14 entfernt ist, was genau auf der gegenüberliegenden Seite ist, zu öffnen. Die Öffnung 30 und der Port 34 sind wegen der Drosselung, die dadurch verursacht wird, dass der Kolben und der Zylinder näher zusammenkommen, nicht in der Lage, so viel Gas abzuleiten und neigen deshalb dazu, den lokalen Druck in der ringförmigen Lücke 22 mit dem Gas, das durch den drosselnden porösen Streifen 50 hineinströmt, zu vergrößern. Die Öffnung 32 und der Port 36 auf der gegenüberliegenden Seite sind nicht so abgeschlossen und deshalb neigen sie dazu, Gas abzulassen und Druck zu verlieren. Der Druckunterschied bewirkt eine Nettokraft, die der Bewegung des Kolbens 16 in Richtung der Zylinderwandung 14 entgegenwirkt und somit einen Kontakt zwischen dem Kolben 16 und der Zylinderwandung 14 verhindert und die dazu neigt, den Kolben zurück zum exakten radialen Mittelpunkt zu drücken.
Für die optimale Steifheit des Gaslagers (die als Richtkraft pro Einheit radialer Verschiebung definiert ist) ist die konstruierte Drosselung von der Kombination aus allen Öffnungen 30–33 und dem Streifen 50 ungefähr die gleiche wie die Leckagedrosselung, die von der ringförmigen Abstandslücke 22 verursacht wird. Das gleiche Verhältnis existiert am Streifen 60 und seinen assoziierten Öffnungen. Weil die Öffnungen 30–33 in der bevorzugten Anordnung essenziell freien Durchfluss gewähren, besteht die Drosselung der Kombination essenziell ausschließlich aus der Drosselung des Gasstromes durch den Streifen 50. Natürlich könnte eine andere Kompromisslösung zwischen einer stärker drosselnden Öffnung als die in der bevorzugten Anordnung und einem weniger drosselnden porösen Streifen als in der bevorzugten Anordnung eingerichtet werden.
Die Dimensionen der Ports 34–37 sind so gewählt, dass sie eine Stabilität gegen über der radialen Bewegung des Kolbens 16 in seinem Zylinder 12 aufrechterhalten. Das bedeutet, dass die Korrekturbewegung des Kolbens 16, wenn er radial verschoben wurde, so ist, dass keine radialen Oszillationen verursacht werden, die es dem Kolben 16 erlauben würden, eventuell mit dem Zylinder 12 zu kollidieren.
Eine alternative Anordnung ist in 5 abgebildet, in der ein poröser Körper wie das Blatt 80 direkt an die innere Oberfläche 82, die auf der (stromaufwärtigen) Seite der Seitenwandung 81 des Kolbens liegt, von der der Gasstrom kommt, angebracht wird, wobei sie die Öffnungen 84 und 86 und andere nicht abgebildete Öffnungen abdeckt. Das kann zum Beispiel durch den Gebrauch von Klebstoff erreicht werden. Die poröse Scheibe 80 wird dann von einem nicht porösen Film oder einem nicht porösen Blatt 88 wie zum Beispiel von einem Aluminiumband unterstützt. Die Komprimierung des porösen Blatts ist minimal, da durch den Klebstofffilm eine Dichtung zur Verfügung gestellt wird. Ein Gas kann nur durch die Öffnungen strömen, wenn es zuerst durch das poröse Blatt 80 strömt und ein Gas kann nur von den Kanten des porösen Blattes 80, die nicht von dem nicht porösen Blatt 88 abgedichtet sind, in das poröse Blatt 80 gelangen.
In dieser Anordnung ist die Drosselung des Gasstromes eine Funktion der Durchmesser der Öffnungen und der Durchlässigkeit und der Breite des porösen Blatts. Wie in der bevorzugten Anordnung ist die Drosselung so gestaltet, dass sie eine ähnliche Drosselung bei dem Widerstand gegenüber dem Gasstrom in der ringförmigen Lücke 90 zwischen dem Kolben 81 und dem Zylindergehäuse 83 nach der Öffnung des Gaslagers bewirkt. Solch eine Gestaltung gewährt eine maximale Steifheit des Gaslagers.
Eine andere alternative Anordnung der vorliegenden Erfindung ist in 6 abgebildet, in der ein Kolben 100 so an der zylindrischen Seitenwandung 102 des Gehäuses angebracht ist, dass er gleiten kann. Anstatt dass die Öffnungen wie oben beschrieben in der Seitenwandung des Kolbens geformt werden, werden sie in der Anordnung gemäß 6 in der zylindrischen Seitenwandung 102 des Gehäuses geformt. Die Öffnungen 104, 106, 108 und 110 gehen von der Beschickungskavität 140 vollständig durch die Seitenwandung 102. Die Beschickungskavität 140 erstreckt sich um den Rand der Seitenwandung 102 und kommuniziert mit der ringförmigen Lücke 122 zwischen dem Kolben 100 und der Seitenwandung 102.
Die Beschickungskavität 140 wird durch Gas, das durch den Durchgang 110 hinter dem Blatt bzw. der Zunge 112, die durch die Schraube 114 an ihrem Platz gehalten wird, eintritt, aufgeladen. Gas strömt von der Beschickungskavität 140 durch den porösen Körper, wie den porösen Streifen 120, durch die Öffnungen 104, 106, 108 und 110 und in die ringförmige Abstandslücke 122. Die Stützfeder 124 produziert eine radial einwärts gerichtete Vorspannung, um den Streifen 120 an seinem Platz über den Öffnungen 104–110 zu halten. Das Gas wie zum Beispiel Helium-Gas in der Beschickungskavität 140 muss daher durch die Kanten des Streifens 120 wie durch die Pfeile in 6 gezeigt strömen, um die Öffnungen 104-110 zu erreichen. Die Illustration von 6 zeigt, dass es möglich ist, die Anordnung der Öffnungen, der porösen Streifen, der Beschickungskavität und anderer Strukturen zu verändern und dennoch innerhalb der Grenzen der vorliegenden Erfindung zu bleiben.
Während gewisse bevorzugte Anordnungen der vorliegenden Erfindung im Detail offenbart wurden, muss man verstehen, dass zahlreiche Modifikationen angenommen werden können, ohne vom Geist der Erfindung oder vom Rahmen der folgenden Patentansprüche abzuweichen.
Zusammenfassung
Es handelt sich um eine Gasdrossel, die insbesondere in Anwendung in Gaslagern nützlich ist, wie sie beispielsweise in Freikolben-Stirling-Maschinen benutzt werden. Es wird ein poröses Streifenmaterial zusammen mit einer Rückplatte und einer Öffnung (Entlüftungsloch) verwendet, um die Drosselung des Gasflusses in den Ringraum zwischen einem Kolben und einem Zylinder zu bewirken.

Claims

Fluidlagervorrichtung in einer Maschine, die einen Kolben mit einer Seitenwandung hat, die eine äußere zylindrische Oberfläche hat, die in nächster Nähe zu einer inneren zylindrischen Oberfläche einer Gehäuseseitenwandung angeordnet ist, in der der Kolben so angebracht ist, dass er gleiten kann, und eine ringförmige Abstandslücke zwischen der zylindrischen Oberfläche des Kolbens und der zylindrischen Oberfläche des Gehäuses, wobei die Fluidlagervorrichtung folgendes beinhaltet: a) einen Fluidströmungspfad, der sich von einer Vielzahl von Öffnungen, die durch mindestens eine der besagten Seitenwandungen in die ringförmige Lücke geformt sind, in einen Strom ausweitet; und b) einen fluiddurchlässigen, porösen Körper, der in dem Fluidströmungspfad auf der Seite von mindestens einer der besagten Öffnungen angebracht ist, von der der Fluidstrom kommt.
Fluidlagervorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Seitenwandung des Kolbens eine interne Kammer hat, die von einer inneren Oberfläche in der Seitenwandung des Kolbens definiert ist, der Strom des Fluidströmungspfades sich von der internen Kammer durch eine Vielzahl von Öffnungen ausweitet, die durch die Seitenwandung des Kolbens und in die ringförmige Lücke geformt sind, und der poröse Körper in dem Fluidströmungspfad zur inneren Oberfläche der Seitenwandung des Kolbens auf der Seite der besagten Öffnungen angebracht ist, von der der Fluidstrom kommt.
Fluidlagervorrichtung nach Anspruch 2, die des Weiteren Mittel, um den besagten porösen Körper an der inneren Oberfläche der Seitenwandung des Kolbens anzubringen, enthält.
Fluidlagervorrichtung nach Anspruch 2, wobei der poröse Körper des Weiteren einen Streifen beinhaltet, der eine Streifenlänge und eine Streifenbreite hat, die signifikant größer sind als die Dicke des Streifens, und der besagte Streifen erstreckt sich im wesentlichen vollständig um die interne Kammer, wobei er gegen die innere Oberfläche der Seitenwandung des Kolbens gesetzt ist.
Fluidlagervorrichtung nach Anspruch 4, die des Weiteren eine Vorbelastung enthält, die zum Druck gegen den Streifen führt und eine radial nach außen gerichtete Kraft gegen den Streifen ausübt, damit der Streifen an der inneren Oberfläche der Seitenwandung des Kolbens angebracht bleibt.
Fluidlagervorrichtung nach Anspruch 4, die des Weiteren einen fluidundurchlässigen Film beinhaltet, der gegen eine Seite des Streifens gesetzt ist, wodurch der Streifen zwischen dem Film und der inneren Oberfläche der Seitenwandung des Kolbens angeordnet wird, um Fluid dazu zu bringen, durch eine Kante des Streifens auf der Seite von einer der Öffnungen, von der der Fluidstrom kommt, zu strömen.
Fluidlagervorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Seitenwandung des Gehäuses eine äußere Oberfläche hat, der Fluidströmungspfad sich in einem Strom von der äußeren Oberfläche der Seitenwandung des Gehäuses durch die Vielzahl der Öffnungen, die durch die Seitenwandung des Gehäuses geformt sind, und in die ringförmige Lücke ausdehnt, und der poröse Körper in dem Fluidströmungspfad an der äußeren Oberfläche der Seitenwandung des Gehäuses auf der Seite der besagten Öffnungen angebracht ist, von der der Fluidstrom kommt.
Fluidlagervorrichtung nach Anspruch 7, die des Weiteren Mittel, um besagten porösen Körper an der äußeren Oberfläche der Seitenwandung des Gehäuses anzubringen, enthält.
Fluidlagervorrichtung nach Anspruch 7, wobei der poröse Körper des Weiteren einen Streifen enthält, der eine Streifenlänge und eine Streifenbreite hat, die signifikant größer sind als die Streifendicke, und der besagte Streifen sich im wesentlichen vollständig um die äußere Oberfläche der Seitenwandung des Gehäuses erstreckt und gegen sie gesetzt ist.
Fluidlagervorrichtung nach Anspruch 9, die des Weiteren eine Vorbelastung, die zum Druck gegen den Streifen führt und eine radial nach innen gerichtete Kraft auf den Streifen ausübt, um den Streifen an der äußeren Oberfläche der Seitenwandung des Gehäuses angebracht zu halten, beinhaltet.
Fluidlagervorrichtung nach Anspruch 9, die des Weiteren einen fluidundurchlässigen Film beinhaltet, der gegen eine Seite des Streifens gesetzt ist, wodurch der Streifen zwischen dem Film und der äußeren Oberfläche der Seitenwandung des Gehäuses angeordnet wird, um Fluid dazu zu zwingen, durch eine Kante des Streifens auf der Seite von einer der Öffnungen, von der der Fluidstrom kommt, zu strömen.
Fluidlagervorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Widerstand gegen den Fluidstrom durch jede Kombination des porösen Körpers und eine der Öffnungen im Wesentlichen dem Widerstand gegen den Fluidstrom durch die ringförmige Lücke gleicht.
Fluidlagervorrichtung in einer Maschine, die einen Kolben mit einer Seitenwandung hat, die eine äußere zylindrische Oberfläche hat, die in nächster Nähe zu einer inneren zylindrischen Oberfläche einer Seitenwandung eines Gehäuses angeordnet ist, in der der Kolben so angebracht ist, dass er gleiten kann, wobei die Seitenwandung des Kolbens eine interne Kammer hat, die von einer inneren Oberfläche in der Seitenwandung des Kolbens definiert ist, und die Maschine auch eine ringförmige Abstandslücke zwischen der äußeren zylindrischen Oberfläche des Kolbens und der zylindrischen Oberfläche des Gehäuses aufweist, wobei die Fluidlagervorrichtung folgendes aufweist: a) einen Fluidströmungspfad, der sich in einem Strom von der internen Kammer durch eine Vielzahl von Öffnungen, die durch die Seitenwandung des Kolbens geformt sind, in die ringförmige Lücke ausdehnt; und b) einen fluiddurchlässigen, porösen Körper, der in dem Fluidströmungspfad an der inneren Oberfläche der Seitenwandung des Kolbens auf der Seite der besagten Öffnungen angebracht ist, von der der Fluidstrom kommt.
Fluidlagervorrichtung nach Anspruch 13, die des Weiteren Mittel, um den besagten porösen Körper an der inneren Oberfläche der Seitenwandung des Kolbens anzubringen, enthält.
Fluidlagervorrichtung nach Anspruch 13, wobei der poröse Körper des Weiteren einen Streifen beinhaltet, der eine Streifenlänge und eine Streifenbreite hat, die signifikant größer sind als die Streifendicke, und besagter Streifen sich im wesentlichen vollständig um die interne Kammer erstreckt, wobei er gegen die innere Oberfläche der Seitenwandung des Kolbens gesetzt ist.
Fluidlagervorrichtung nach Anspruch 15, die des Weiteren eine Vorbelastung enthält, die gegen den Streifen gesetzt ist und eine radial nach außen gerichtete Kraft gegen den Streifen ausübt, damit der Streifen an der inneren Oberfläche der Seitenwandung des Kolbens angebracht bleibt.
Fluidlagervorrichtung nach Anspruch 15, die des Weiteren einen fluidundurchlässigen Film beinhaltet, der gegen eine Seite des Streifens gesetzt ist, wodurch der Streifen zwischen dem Film und der inneren Oberfläche der Seitenwandung des Kolbens angeordnet ist, um Fluid dazu zu bringen, durch eine Kante des Streifens auf der Seite von einer der Öffnungen, von der der Fluidstrom kommt, zu strömen.
Fluidlagervorrichtung nach Anspruch 13, wobei der Widerstand gegen den Fluidstrom durch jede Kombination des porösen Körpers und eine der Öffnungen im Wesentlichen dem Widerstand gegen den Fluidstrom durch die ringförmige Lücke gleicht.
Fluidlagervorrichtung in einer Maschine, die einen Kolben mit einer Seitenwandung aufweist, die eine äußere zylindrische Oberfläche hat, die in nächster Nähe zu einer inneren zylindrischen Oberfläche einer Gehäuseseitenwandung angeordnet ist, in der der Kolben so angebracht ist, dass er gleiten kann, wobei die Seitenwandung des Gehäuses eine äußere Oberfläche besitzt und die Maschine auch eine ringförmige Abstandslücke zwischen der äußeren zylindrischen Oberfläche des Kolbens und der inneren zylindrischen Oberfläche des Gehäuses aufweist, wobei die Fluidlagervorrichtung folgendes beinhaltet: a) einen Fluidströmungspfad, der sich von der äußeren Oberfläche der Seitenwandung des Gehäuses durch eine Vielzahl von Öffnungen, die durch die Seitenwandung des Gehäuses in die ringförmige Lücke geformt sind, in einen Strom ausweitet; und b) einen fluiddurchlässigen, porösen Körper, der in dem Fluidströmungspfad an der äußeren Oberfläche der Seitenwandung des Gehäuses auf der Seite der besagten Öffnungen angebracht ist, von der der Fluidstrom kommt.
Fluidlagervorrichtung nach Anspruch 19, die des Weiteren Mittel, um besagten porösen Körper an der äußeren Oberfläche der Seitenwandung des Gehäuses anzubringen, enthält.
Fluidlagervorrichtung nach Anspruch 19, wobei der poröse Körper des Weiteren einen Streifen beinhaltet, der eine Streifenlänge und eine Streifenbreite hat, die signifikant größer sind als die Dicke des Streifens, und der besagte Streifen sich im wesentlichen vollständig um die äußere Oberfläche der Seitenwandung des Gehäuses erstreckt und dagegen gesetzt ist.
Fluidlagervorrichtung nach Anspruch 21, die des Weiteren eine Vorbelastung enthält, die gegen den Streifen gesetzt ist und eine radial nach innen gerichtete Kraft gegen den Streifen ausübt, damit der Streifen an der äußeren Oberfläche der Seitenwandung des Gehäuses angebracht bleibt.
Fluidlagervorrichtung nach Anspruch 21, die des Weiteren einen fluidundurchlässigen Film beinhaltet, der gegen eine Seite des Streifens gesetzt ist, wodurch der Streifen zwischen dem Film und der äußeren Oberfläche der Seitenwandung des Gehäuses angeordnet ist, um Fluid dazu zu bringen, durch eine Kante des Streifens auf der Seite von einer der Öffnungen, von der der Fluidstrom kommt, zu strömen.
Fluidlagervorrichtung nach Anspruch 19, wobei der Widerstand gegen den Fluidstrom durch jede Kombination des porösen Körpers und eine der Öffnungen im Wesentlichen dem Widerstand gegen den Fluidstrom durch die ringförmige Lücke gleicht.