DE3605302C2 - Kolbenstangen-Dichtungsanordnung für eine Stirling-Maschine - Google Patents

Kolbenstangen-Dichtungsanordnung für eine Stirling-Maschine

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Abstract

Eine Kolbenstangen-Dichtungsanordnung für eine Stirling-Maschine weist eine einen Arbeitskolben sowie einen Führungskolben, der eine Abtriebskonstruktion darstellt, verbindende Kolbenstange sowie verschiedene, zwischen den beiden Kolben angeordnete und die Kolbenstange an ihrem Außenumfang umgebende Dichtungselemente auf. Die Dichtungsanordnung umfaßt ferner eine Mehrzahl von rund um den Außenumfang der Kolbenstange zwischen einer Arbeitskammer der Maschine sowie einer Arbeitskammer der Abtriebskonstruktion angeordneten Kammern, um jegliches aus der Arbeitskammer der Abtriebskonstruktion ausgesickertes Gas abzuführen und/oder eine Mischung der beiden verschiedenen Arbeitsgase zu verhindern.

Description

  • Die Erfindung bezieht sich auf eine Kolbenstangen-Dichtungsanordnung für Stirling-Maschinen und insbesondere auf eine Kolbenstangen-Dichtungsanordnung für eine Stirling-Maschine, die einen Führungskolben an der Abtriebsseite oder -konstruktion als ein Teil des Verdichters für ein Klimagerät, bei dem Freongas als Arbeitsfluid zur Anwendung kommt, verwendet.
  • Der Stand der Technik, von dem die Erfindung ausgeht, wird anhand der Fig. 1 erläutert. Diese
  • Fig. 1 zeigt schematisch eine herkömmliche Kolbenstangen- Dichtungsanordnung für eine Stirling-Maschine.
  • Die Stirling-Maschine 1 hat einen Arbeitskolben 2 in einem Zylinder und einen von dem Kolben 2 sowie dem Zylinder abgegrenzten Verdichtungsraum 6. Dieser Verdichtungs- oder Arbeitsraum 6 ist über einen Kühler, einen Wärmetauscher sowie eine Heizvorrichtung, die alle nicht gezeigt sind, mit einer (nicht gezeigten) Expansionskammer in Verbindung. Der Arbeitskolben 2 ist mit dem Führungskolben 4 durch eine Kolbenstange 5 verbunden, die sich vom Kurbelgehäuse 3 in den Zylinder der Stirling-Maschine erstreckt. Das Kurbelgehäuse 3 und der Führungskolben 4 dienen als die Abtriebsseite oder -konstruktion der Maschine 1.
  • Durch das Arbeitsfluid im Verdichtungsraum 6, das z. B. Helium- oder Wasserstoffgas sein kann, führt der Arbeitskolben 2 eine Hin- und Herbewegung aus, durch die sich der Führungskolben 4 ebenfalls hin- und herbewegt, um ein Arbeitsfluid in der Kammer 14 zum Betrieb des Klimageräts zu komprimieren. In der Fluidkammer 14 wird für das Betreiben des Klimageräts üblicherweise Freongas verwendet.
  • Die Dichtungsanordnung zwischen den beiden Kolben 2 und 4 umfaßt (von links nach rechts in Fig. 1) eine Gasdichtung 7, eine Zwischen-Gaskammer 8, eine Abstreifdichtung 9, eine Hochdruck-Ölkammer 10, eine Öldichtung 11, eine Niederdruck-Ölkammer 12 und eine Öldichtung 13.
  • Bei dieser herkömmlichen Anordnung ist die Hochdruck-Ölkammer 10 mit dem Verdichtungsraum 6 über eine Hochdruck- Ölvorratskammer 15, ein Ölfilter 18 und ein Rückschlagventil 17 in Verbindung. Ferner ist die Hochdruck-Ölvorratskammer 15 mit der Zwischen-Gaskammer 8 verbunden, um den Druck sowohl in dieser Kammer 8 wie auch in der Ölvorratskammer 15 auf der minimalen Druckhöhe des Arbeitsgasdrucks im Verdichtungsraum 6 zu halten. Das heißt mit anderen Worten, daß der Druck in der Hochdruck-Ölkammer 10 so gehalten wird, um den minimalen Arbeitsgasdruck aufrechtzuerhalten, und der Leckverlust des Arbeitsgases in die Kammer 10 kann durch Rückführen zum Verdichtungsraum 6 über das Rückschlagventil 17 wiedergewonnen werden. Die Niederdruck-Ölkammer 12 ist mit der Niederdruck-Ölvorratskammer 15 verbunden, die zum Atmosphärendruck hin offen ist, und der Leckverlust des Arbeitsgases oder des Arbeitsgases für das Klimagerät in die Ölkammer 12 kann von der Niederdruck-Ölvorratskammer 16 abgeführt werden.
  • Diese Anordnung oder Vorrichtung hat jedoch einen Nachteil insofern, als die beiden Arbeitsgase Helium und Freon in der Hochdruck-Ölkammer 10 gemischt werden können, und zwar über den Außenumfang der Kolbenstange 5 einmal vom Verdichtungsraum 6 und zum anderen von der Fluidkammer 14. Unter der hohen Umgebungstemperatur kann das Freongas eine chemische Reaktion hervorrufen, so daß eine unerwünschte Säure entsteht, die eine Korrosion verschiedener Bauteile der Vorrichtung bewirkt.
    •
  • Es ist deshalb die Aufgabe der Erfindung, eine verbesserte Dichtungsanordnung für die Kolbenstange einer Stirling- Maschine zu schaffen, mit der die oben genannten, dem Stand der Technik anhaftenden Nachteile vermieden werden.
  • Ein Ziel der Erfindung ist es, eine verbesserte Kolbenstangenkonstruktion für eine Stirling-Maschine aufzuzeigen.
  • Ein weiteres Ziel der Erfindung besteht in der Schaffung einer Kolbenstangen-Dichtungsanordnung für eine Stirling- Maschine, die eine Abtriebskonstruktion für ein Klimagerät aufweist.
  • Ferner ist es ein Ziel der Erfindung, eine Kolbenstangen- Dichtungsanordnung für eine Stirling-Maschine zu schaffen, die eine Dichtungseinrichtung umfaßt, welche ein Mischen des Arbeitsfluids der Stirling-Maschine mit dem Arbeitsfluid der Abtriebsseite, z. B. einem Klimagerät, verhindert.
    •
  • Weitere Ziele wie auch die Merkmale und Vorteile der Erfindung werden aus der folgenden, auf die Zeichnung Bezug nehmenden Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform gemäß der Erfindung deutlich.
  • Fig. 2 zeigt eine zu Fig. 1 gleichartige schematische Darstellung der bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Kolbenstangen-Dichtungsanordnung für eine Stirling-Maschine.
  • Zu Fig. 1 gleiche oder gleichartige Bauteile sind mit denselben Bezugszeichen bezeichnet und werden deshalb nicht nochmals näher beschrieben.
  • Zwischen der Niederdruck-Ölkammer 12 für das Arbeitsfluid und der Öldichtung 13&min; für die Freon-Fluidkammer 14 sind (von links nach rechts in Fig. 2) eine erste Abstreifdichtung 9&min;, eine gegenüber dem Atmosphärendruck offene Kammer 19, eine zweite Abstreifdichtung 9&min;&min; und eine weitere Niederdruck-Ölkammer 20 für das Freongas angeordnet. Die Niederdruck-Ölkammer 12 steht über eine Ölpumpe 22 mit der Niederdruck-Ölvorratskammer 16 in Verbindung, während die weitere Niederdruck-Ölkammer 20 für das Freongas mit einer weiteren Niederdruck-Ölvorratskamer 21 über die Ölpumpe 22&min; verbunden ist, um unter Zwang das Öl in den Kammern 12 sowie 20 umzuwälzen und jegliches in diese Kammern eingeführtes Gas zur Atmosphäre abzuleiten. Das ist insbesondere für eine vertikal angeordnete Maschine wirksam. Bei einer solchen vertikalen Maschinenkonstruktion müssen die Kammern 12 sowie 20 vertikal angeordnet werden, wobei die darin befindlichen Gase in den Kammern im Vergleich zur liegenden Anordnung eher zurückgehalten werden.
  • Wie beschrieben wurde, wird das Arbeitsgas für das Klimagerät nicht mit dem Arbeitsfluid der Stirling-Maschine 1 gemischt, was auf dem Vorsehen der unabhängigen Niederdruck-Ölkammern für die jeweiligen Arbeitsfluide beruht.
  • Eine erfindungsgemäße Dichtungsanordnung für eine Stirling- Maschine weist somit eine einen Arbeitskolben sowie einen Führungskolben, der eine Abtriebskonstruktion darstellt, verbindende Kolbenstange sowie verschiedene, zwischen den beiden Kolben angeordnete und die Kolbenstange an ihrem Außenumfang umgebende Dichtungselemente auf. Die Dichtungsanordnung umfaßt ferner eine Mehrzahl von rund um den Außenumfang der Kolbenstange zwischen einer Arbeitskammer der Maschine sowie einer Arbeitskammer der Abtriebskonstruktion angeordneten Kammern, um jegliches aus der Arbeitskammer der Abtriebskonstruktion ausgesickertes Gas abzuführen und/oder eine Mischung der beiden verschiedenen Arbeitsgase zu verhindern.
  • Wenngleich die Erfindung unter Bezugnahme auf bestimmte Ausführungsformen wörtlich und zeichnerisch erläutert wurde, so ist sie hierauf keineswegs begrenzt. Vielmehr werden dem Fachmann bei Kenntnis der mit der Erfindung vermittelten Lehre Abwandlungen und Abänderungen nahegelegt sein, die aber als in den Rahmen der Erfindung fallend anzusehen sind.

Claims (5)

1. Kolbenstangen-Dichtungsanordnung für eine Stirling- Maschine
- mit einer Kolbenstange, deren eines Ende mit einem Arbeitskolben der Maschine und deren anderes Ende mit einem in einem Kurbelgehäuse angeordneten Führungskolben verbunden ist,
- mit einem von dem Arbeitskolben sowie dem Zylinder der Maschine abgegrenzten, ein Arbeitsgas für die Maschine enthaltenden Verdichtungsraum,
- mit einer ersten, den Außenumfang der Kolbenstange umgebenden und mit dem Verdichtungsraum verbundenen Zwischenkammer, die die minimale Druckhöhe des Arbeitsgases einhält,
- mit einer zur ersten Zwischenkammer zunächstgelegenen und den Außenumfang der Kolbenstange umgebenden Hochdruck-Ölkammer, die zur Rückführung von in sie eingesickertem Arbeitsgas über ein Rückschlagventil mit dem Verdichtungsraum verbunden ist, und
- mit einer der Hochdruck-Ölkammer unter Einfügung einer Öldichtung zunächst angeordneten und den Außenumfang der Kolbenstange umgebenden ersten Niederdruck-Ölkammer, die mit einer ersten, dem Atmosphärendruck ausgesetzten Niederdruck-Ölvorratskammer zur Ableitung von jeglichem, in die erste Niederdruck-Ölkammer eingeführten Gas zur Atmosphäre verbunden ist,

gekennzeichnet
- durch eine erste, der ersten Niederdruck-Ölkammer (12) zunächstgelegen angeordnete, den Außenumfang der Kolbenstange (5) umgebende Abstreifdichtung (9&min;),
- durch eine zweite, über die erste Abstreifdichtung (9&min;) der ersten Niederdruck-Ölkammer (12) zunächstgelegen angeordnete zweite Zwischenkammer (19), die den Außenumfang der Kolbenstange umgibt und zur Abfuhr von jeglichem, in sie eingeführten Gas in die Atmosphäre zu dieser hin offen ist,
- durch eine zweite, der zweiten Zwischenkammer (19) zunächstgelegen angeordnete, den Außenumfang der Kolbenstange umgebende Abstreifdichtung (9&min;&min;),
- durch eine zweite, der zweiten Zwischenkammer über die zweite Abstreifdichtung (9&min;&min;) zunächstgelegen angeordnete und den Außenumfang der Kolbenstange umgebende Niederdruck-Ölkammer (20), die mit einer zweiten Niederdruck-Ölvorratskammer (21) verbunden ist, welche zur Abfuhr von jeglichem, in die zweite Niederdruck- Ölkammer eingeführten Gas in die Atmosphäre zu dieser hin offen ist, und
- durch eine weitere, zwischen der zweiten Niederdruck- Ölkammer (20) sowie einer Arbeitsgaskammer (14) in dem Kurbelgehäuse (3) der Abtriebskonstruktion angeordnete Öldichtung ( 13&min;).

2. Dichtungsanordnung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine zwischen der ersten Niederdruck-Ölkammer (12) und der ersten Niederdruck-Ölvorratskammer (16) angeordnete, jegliches in die erste Niederdruck-Ölkammer eingeführtes Gas zur Atmosphäre zwangsläufig abführende Ölpumpe (22).
3. Dichtungsanordnung nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch eine zwischen der zweiten Niederdruck-Ölkammer (20) und der zweiten Niederdruck-Ölvorratskammer (21) angeordnete, jegliches in die zweite Niederdruck-Ölkammer eingeführtes Gas zwangsläufig zur Atmosphäre abführende Ölpumpe (22&min;).
4. Dichtungsanordnung nach Anspruch 2 oder 3, gekennzeichnet durch eine dritte, zwischen der ersten Zwischenkammer (8) sowie der Hochdruck-Ölkammer (10) angeordnete, den Außenumfang der Kolbenstange (5) umgebende Abstreifdichtung (9).
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