DE4320356A1 - Stirling-Wärmekraftmaschine in Verdrängerbauweise - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Stirling-Wärmekraftmaschine in Verdrängerbauwei­ se. Die Verdrängerzylinder liegen axial über den Arbeitszylindern. Bekannt ist solche Bauweise z. B. aus DT 16 01 459, wo ein Rhombengetriebe den Verdrän­ gerkolben so bewegt, daß dieser dem unter ihm liegenden Arbeitskolben um 90° voreilt.

Außerdem typisch für die Erfindung ist die mehrzylindrige Bauweise mit einer einzigen Kurbelwelle. Bisherige mehrzylindrige Maschinen erscheinen aufwen­ dig, insbesondere für kleinere Baugrößen.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine mehrzylindrige Stirling- Wärmekraftmaschine zu schaffen, die einfach im Aufbau und im Betrieb ist. Dafür soll vor allem eine geringe Anzahl bewegter Teile und die Vermeidung problematischer heißer Schmierstellen sorgen.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß die Arbeitskolben (9) eine zusätzliche Funktion als Kreuzköpfe für die mittels Kolbenstangen (12) fest auf ihnen installierten Verdrängerkolben (10) erfüllen. Die Erfindung bietet da­ mit den Vorteil, daß sich die Verdrängerkolben zu den auf gleicher Achse gele­ genen Arbeitskolben nicht bewegen. Die dargestellte Maschine benötigt eine einzige Kurbelwelle mit zwei Kröpfungen. Es oszillieren lediglich vier Bauein­ heiten, bestehend aus Arbeitskolben (9), Verdrängerkolben (10) und Kolben­ stangen (12).

Es besteht die Option, die Verdrängerkolben gegen die Verdrängerzylinder ab­ zudichten, um externe Regeneratoren verwenden zu können. Für diesen Fall bleiben die Vorteile kreuzkopfgeführter Verdrängerkolben erhalten, ohne daß Kreuzköpfe als zusätzliche Bauteile mit keiner weiteren Funktion gebraucht würden, wie dieses bisher der Fall war. Für Klein- und Kleinstanwendungen er­ scheint es jedoch einfacher, berührungsfrei laufende Verdrängerkolben zu ver­ wenden, wie in der Zeichnung dargestellt.

Es tritt dann nur an kalten Teilen Reibung auf, und zwar zwischen Arbeitskol­ ben (9) und Arbeitszylinder (3, 4, 5 und 6) sowie zwischen Kolbenstange (12) und Zylinderdeckel (7). Die Maschine kann vollständig aus herkömmlichen me­ tallischen Werkstoffen gefertigt werden und begnügt sich mit einer Tauch­ schmierung. Alle Dichtungen sind nur durch Druck und nicht durch hohe Tem­ peratur belastet.

Die nötige Voreilung der Verdrängerkolben vor den Arbeitskolben wird erfin­ dungsgemäß dadurch erzielt, daß jeder Verdrängerzylinder mit dem, je nach Laufrichtung um 90° nachfolgenden Arbeitszylinder durch Rohre verbunden ist (ähnlich wie bei den hintereinander geschalteten Zylindern bei doppelt wirken­ den Kompressions-Stirling-Motoren, z. B. DT 29 40 207). Die Laufrichtung der Maschine ändert sich durch Umkehren der Schaltreihenfolge. Dieses kann ggf. durch ein 8/2-Wege-Ventil geschehen.

Im Folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeich­ nungen näher erläutert:

Fig. 1 ist eine Schnittdarstellung, die den inneren Aufbau der Maschine zeigt.

Fig. 2 ist eine Draufsicht, die vor allem die Verbindungen der Arbeitszylinder und der Verdrängerzylinder miteinander verdeutlichen soll.

Fig. 3 zeigt - ergänzend zu Fig. 2 - anhand einer Schaltskizze die Rohrverbin­ dungen, wobei hier ein 8/2-Wege-Ventil zur Umsteuerung der Drehrichtung einbezogen ist.

In Fig. 1 ist das Kurbelgehäuse (1) zu erkennen. Es nimmt die Arbeitszylinder (3, 4, 5 und 6) sowie die Lagerung der Kurbelwelle (2) auf. Die Kurbelwelle (2) erscheint in Fig. 1 und Fig. 2. Sie ist dreifach gelagert und hat zwei Kröpfungen, die um 180° versetzt sind.

An jeder Kröpfung greifen zwei Pleuel (11) an. Sie werden von den Arbeitskol­ ben (9) getrieben, die in den Arbeitszylindern (3, 4, 5 und 6) laufen. Diese sind wiederum von den gekühlten Verdrängerzylindern (13, 14, 15 und 16) durch die Zylinderdeckel (7) getrennt.

Durch die Zylinderdeckel (7) werden axial die Kolbenstangen (12) geführt. Die Zylinderdeckel (7) haben radial zwei Rohranschlüsse, wie in Fig. 2 dargestellt. Jeweils ein Anschluß ist mit dem Arbeitszylinder, der andere mit dem Verdrän­ gerzylinder verbunden, wie in Fig. 1 erkennbar und in Fig. 3 schematisch ange­ deutet.

Über den bereits erwähnten gekühlten Verdrängerzylindern (13, 14, 15 und 16) liegen thermisch isoliert die erhitzten Verdrängerzylinder (23, 24, 25 und 26).

Aus Fig. 1 ist außerdem ersichtlich, daß Arbeitskolben (9), Kolbenstange (12) und Verdrängerkolben (10) eine in sich unbewegt Baugruppe bilden, wie übli­ cherweise Kolben, Kolbenstange und Kreuzkopf.

Wie eingangs erwähnt, wird die für Stirling-Motoren notwendige Voreilung der Verdrängerkolben vor den Arbeitskolben durch Verbinden der Zylinder mitein­ ander erreicht. So ist, wie aus Fig. 2 und Fig. 3 ersichtlich, der Verdrängerzylin­ der (13, 23) mit dem Arbeitszylinder (4) verbunden. Damit eilt der in (13, 23) laufende Verdrängerkolben dem in (4) laufenden Arbeitskolben bauformbe­ dingt um 90° vor. Der Verdrängerzylinder (14, 24) wiederum ist mit dem Ar­ beitszylinder (5) verbunden, welcher unter Beachtung des Kurbelwellenversat­ zes von 180° diesem um 90° nachgeschaltet ist. Der Verdrängerzylinder (15, 25) ist entsprechend mit dem Arbeitszylinder (6) und der Verdrängerzylinder (16, 26) mit dem Arbeitszylinder (3) verbunden.

Verbindet man hingegen (16, 26) mit (5), (15, 25) mit (4), (14, 24) mit (3) und (13, 23) mit (6), so ändert sich die Laufrichtung der Maschine. Fig. 3 zeigt eine Aus­ führung, bei der die Laufrichtung durch ein 8/2-Wege-Ventil bestimmt werden kann.

Claims (1)

1. Einfach wirkende Mehrzylinder-Wärmekraftmaschine, die nach dem Stirling- Prinzip arbeitet, in Verdrängerbauweise mit einer einzigen Kurbelwelle gebaut und dadurch gekennzeichnet ist, daß die Arbeitskolben (9) als Kreuzköpfe für die fest auf ihnen montierten Verdrängerkolben (10) fungieren, wobei die nötige Vor­ eilung der Verdrängerkolben vor den Arbeitskolben dadurch gewährleistet wird, daß die Verdrängerzylinder (13+23, 14+24, 15+25 und 16+26) mit den im Drehsinn der Kurbelwelle folgenden Arbeitszylindern (3, 4, 5 und 6) durch Rohre (8) verbunden werden, wobei durch Änderung der Schaltreihenfolge die Dreh­ richtung der Maschine geändert werden kann.