DE4307211A1

DE4307211A1 - Rotary displacement Stirling engine - has rotating compressor, mounted on crank shaft, and working piston with rear pressure charging

Info

Publication number: DE4307211A1
Application number: DE19934307211
Authority: DE
Inventors: Dieter Schager
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1993-03-08
Filing date: 1993-03-08
Publication date: 1993-08-26

Description

Der Rotationsverdränger-Stirlingmotor ist im Grunde ein Heißluftmotor. Er arbeitet nach dem von R. Stirling bereits im Jahre 1816 erfundenen und nach ihm benannten Prinzip. Motore nach diesem Arbeitsprinzip sind heute in viel fältigen Ausführungen, Größen und Anwendungen bekannt, und ihre Funktions weise gehört heute wohl zum technischen Allgemeinwissen.

Die Neuerung besteht nun im Wesentlichen darin, daß der Verdränger nicht mehr längs oszilliert sondern radial rotiert. Hierdurch werden mehrere Vorteile erzielt und einige Nachteile vermieden. So benötigt der Motor kein Schwung rad mehr. Er hat zwei freie Wellenenden und läuft in jeder Raumlage. Der ro tierende Verdränger läßt sich sehr gut auswuchten, wodurch ein sehr leiser und vibrationsarmer Lauf erzielt wird. Die Bauweise ist fast völlig geschlos sen, wodurch die sonst oft sehr lästigen Dichtungsprobleme entfallen, und der Motor aufgeladen, d. h. mit höherem Innendruck betrieben werden kann. Es sind nur noch zwei hin- und hergehende Maschinenteile vorhanden (Arbeitskolben und Pleuel), so daß durch diese sehr vereinfachte Mechanik bereits bei mitt leren Temperatur-Differenzen recht hohe Drehzahlen erreicht werden. Durch ein fache Verdrehung des Verdrängers auf der Welle ist Rechts- wie Linkslauf glei chermaßen möglich.

Der Rotationsverdränger-Stirlingmotor eignet sich grundsätzlich für alle Wär mequellen und Einsatzgebiete, die auch seither schon für Heißluftmotore in Frage kamen. Besonders würde er sich für den stationären Betrieb von Pumpen, el. Generatoren und Kältemaschinen im Solarbetrieb eignen. Auch könnte man sich ihn sehr gut in einer Wärme-Kraft-Kopplung vorstellen, wobei eine zwei te Verdrängeranordnung im Gegentakt auf den Arbeitskolben wirken könnte.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher erläutert.

Der Motor besteht aus einem länglichen, in Längsrichtung in zwei gleiche Halbschalen geteilten Blechzylinder 1 (Verdrängerzylinder). Die beiden Halb schalen sind über zwei gut dichtende aber thermisch schlecht leitende Brüc ken miteinander verbunden. Die untere Halbschale stellt die heiße Seite, die obere Halbschale die kalte Seite dar. An den Stirnseiten ist der Verdränger zylinder 1 mit ebenfalls schlecht wärmeleitenden Deckeln verschlossen, die zugleich die Lagerschilde 5 für die zentrisch den Verdrängerzylinder 1 durch ziehende Kurbelwelle 6 bilden. In der Mitte der Kurbelwelle 6 befindet sich die Kurbel für den Arbeitskolben 4, dessen Zylinder 3 in der Mitte der kalten Verdrängerhalbschale senkrecht angeordnet ist.

Der aus zwei Teilen bestehende zylinderförmige Verdränger 2, ist auf der Kur belwelle 6 beiderseits der Kurbel verstellbar aufgezogen (Drehrichtung). Er füllt bis auf einen sehr kleinen Luftspalt am Umfang und an den Stirnseiten den gesamten Verdrängerzylinder 1 aus. Jedoch entsteht durch das Zurücksetzen des Verdrängers 2 auf dem halben Umfang die Hälfte eines Hohlzylinders, in dem sich das Arbeitsmedium (Luft, H₂, He o. a.) befindet.

Beim Betrieb wird nun dieser gasgefüllte halbe Hohlzylinder im Kreislauf ab wechselnd an der kalten und heißen Seite des Verdrängerzylinders 1 vorbeige schoben. Die durch die rhythmischen Temperaturänderungen auftretenden Druck schwankungen des Arbeitsmediums werden nun auf den Arbeitskolben 4 übertra gen. Dieser ist ein konventioneller Hubkolben, der aber jetzt im Gegensatz zu seitherigen Konstruktionen nicht von vorn sondern von hinten druckbeaufschlagt wird, d. h., daß bei einem Arbeitshub der Kolben 4 über das Kugelgelenk 10 und das Pleuel 9 nicht auf die Kurbel drückt sondern an ihr zieht.

Durch die Lüftungsschraube 7 wird ein Druckausgleich im Verdrängerzylinder 1 erreicht. An den beiden Wellenenden 8 kann die mechanische Energie abgenom men werden.

Claims

1. Rotationsverdränger-Stirlingmotor dadurch gekennzeichnet, daß der Ver dränger (2) nicht wie üblich oszilliert sondern rotiert.

2. Motor nach Schutzanspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß der Verdränger (2) ein- oder mehrteilig direkt auf der Kurbelwelle (6) aufgezogen ist und so mit keine weitere Steuermechanik benötigt.

3. Motor nach Schutzanspruch 1-2 dadurch gekennzeichnet, daß der Verdränger (2) eine mehr oder weniger halbkreisförmige symmetrische oder asymmetri sche Ausarbeitung hat, um Raum für das Arbeitsmedium (Luft, H, He o. a.) zu schaffen.

4. Motor nach Schutzanspruch 1-3 dadurch gekennzeichnet, daß der Verdränger (2) in seiner Auswuchtung und Masse so ausgelegt ist, daß er die Aufgabe des Schwungrades übernimmt.

5. Motor nach Schutzanspruch 1-4 dadurch gekennzeichnet, daß der Verdrän gerzylinder (1) längs in zwei Halbschalen geteilt ist, die zwar druckdicht aber andererseits gut thermisch gegeneinander isoliert sind.

6. Motor nach Schutzanspruch 1-5 dadurch gekennzeichnet, daß der Arbeits zylinder (3) direkt auf dem Verdrängerzylinder (1) angeordnet ist, und der Arbeitskolben (4) daher von hinten und nicht wie allgemein üblich von vorne druckbeaufschlagt wird.

7. Motor nach Schutzanspruch 1-6 dadurch gekennzeichnet, daß eine zweite Verdrängeranordnung entsprechend 1, 2, 5, 6, 7, 8, 9, und 10 im Gegen takt auf den Arbeitskolben (4) wirkt, und der Arbeitszylinder (3) wesentli ches Verbindungselement beider Verdrängerzylinder (1) ist, so daß eine vollkommene Kapselung des Systems erreicht wird (Aufladbarkeit).