DE8004988U1

DE8004988U1 - CYLINDER PISTON UNIT, ESPECIALLY FOR STIRLING MACHINES

Info

Publication number: DE8004988U1
Application number: DE8004988U
Authority: DE
Inventors: Gmbh Witzemann
Original assignee: Witzenmann GmbH
Current assignee: Witzenmann GmbH
Priority date: 1980-02-25
Filing date: 1980-02-25
Publication date: 1980-07-17

Description

Patentanwälte :"·.-": ···:·:;■ ·::·:": DlPL-ING: R. LEMCKE :..:..;. ' :.,:,..ί ' :..::..: DR.-ING. H. J. BROMMER
AMALIENSTRASSE 28 KARLSRUHE 1 Patent attorneys : "· .-": ···: ·:; ■ · :: ·: ": DlPL-ING: R. LEMCKE: ..: ..;. ':.,:, .. ί':. . :: ..: DR.-ING. HJ BROMMER
AMALIENSTRASSE 28 KARLSRUHE 1

Witzenmann GmbH, Metallschlauch-Fabrik Pforzheim, östliche Karl-Friedrich-Straße 134, 7530 Pforzheim Witzenmann GmbH, metal hose factory Pforzheim, eastern Karl-Friedrich-Strasse 134, 7530 Pforzheim

Zylinder-Kolben-Aggregat, insbesondere für Stirling-MaschinenCylinder-piston unit, especially for Stirling engines

Die Erfindung betrifft ein Zylinder-Kolben-Aggregat, insbesondere für Stirling-Maschinen, wobei zumindesi ein Teil des Zylinders aus einem Balg besteht, der dicht mit dem Kolben verbunden ist und der zur radialen Druckabstützung auf seiner Außenseite mit einem Stützdruck beaufschlagt ist.The invention relates to a cylinder-piston unit, in particular for Stirling engines, at least one part of the cylinder consisting of a bellows which is tightly connected to the piston and the radial pressure support on its outside with a supporting pressure is applied.

Derartige Zylinder-Kolben-Aggregate sind beispielsweise durch die DS-OS 24 00 256, 24 39 213 und den PTB-Bericht FMRB-57 "Über Realisierungs- und Anwendungsmöglichkeiten einer Stirling-Viärmepumpe für Hei zv/ecke" von K. Raetz, Sept. 1974, bekannt. SolcheSuch cylinder-piston units are, for example, by the DS-OS 24 00 256, 24 39 213 and the PTB report FMRB-57 "About Realization and Application Possibilities of a Stirling Viärmepumpe für Hei zv / ecke" by K. Raetz, Sept 1974, known. Such

Aggregate sind aber auch für andere Anwendungen, wo es auf absolute Dichtheit zwischen Kolben und Zylinder ankommt, geeignet.Units are also used for other applications, where there is a need for absolute tightness between piston and cylinder arrives, suitable.

Im allgemeinen werden Membranbälge gegenüber gewellten Bälgen bevorzugt, da sie für größere Federwege geeignet sind und in gestauchter Position ein kleineres Totvolumen auf v/ei sen. Sie haben aber bisher nur eine sehr kurze Lebensdauer, da die geforderte Druckfestigkeit eine relativ hohe Wandstärke erfordert, \vohingegen im Hinblick auf eine hohe Lebensdauer eine möglichst niedrige Wandstärke des Membranbalges wünschenswert wäre. Insbesondere bei Stirling-Maßchinen hängt die Leistungsziffer und die Lebensdauer entscheidend von der Druckfestigkeit und dem Bruchlastspiel der verwendeten Metallbälge ab. Gefordert werden hier etwa 10 bis 10 Betriebslastspiele (Kolbenhübe) bei Axialwegen von bis zu 30 % der Baulänge und bei synchronen Druckschwingungen mit über 8 bar Druckdifferenz.In general, diaphragm bellows are preferred over corrugated bellows because they are suitable for greater spring deflections and have a smaller dead volume in the compressed position. So far, however, they have only had a very short service life, since the required compressive strength requires a relatively high wall thickness, whereas, with regard to a long service life, the lowest possible wall thickness of the diaphragm bellows would be desirable. In the case of Stirling made-to-measure machines in particular, the coefficient of performance and the service life depend crucially on the compressive strength and the breaking load cycle of the metal bellows used. About 10 to 10 operating load cycles (piston strokes) are required here with axial travel of up to 30 % of the overall length and with synchronous pressure oscillations with a pressure difference of over 8 bar.

Bei den bisher bekannten Anordnungen wurde eine Druckentlastung des Membranbalges in der V/eise vorgeschlagen, daß man den Balg einem erhöhten Umgebungsdruck ausgesetzt hat. Beispielsweise wurde bei einem Mindestdruck im Zylinderraum von 16 bar und einem Höchstdruck von 32 bar ein Umgebungsdruck von 24 bar im Kurbelraum gewählt, so daß der Differenzdruck, der vom Balg aufzunehmen ist, maximal S bar beträgt. Trotz dieser teilweisen Druckentlastung liegt jedoch die Lebensdauer des Balges noch weit unter den praktischen Erfordernissen. Im übrigen war die Abdichtung des Kurbelräumes problematisch.In the previously known arrangements, a pressure relief of the diaphragm bellows was proposed in the form of that the bellows has been exposed to an increased ambient pressure. For example, at a minimum pressure in the cylinder space of 16 bar and a maximum pressure of 32 bar an ambient pressure of 24 bar in the Crank chamber selected so that the differential pressure that is to be absorbed by the bellows is a maximum of S bar. Despite With this partial pressure relief, however, the life of the bellows is still far below the practical one Requirements. In addition, the sealing of the crank space was problematic.

Hiervon ausgehend, liegt die Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, das Zylinder-Kolben-Aggregat mit den eingangs genannten Merkmalen dahingehend zu verbessern, daß man rait den bekannten Bälgen eine wesentlich höhere Lebensdauer als bisher erzielt. Dabei soll die erfindungsgemäße Lösung den Wirkungsgrad des Zylinder-Kolben-Aggregates sowohl in mechanischer wie auch in thermischer Hinsicht so wenig wie möglich beeinträchtigen und sich durch geringen baulichen Aufwand auszeichnen.Proceeding from this, the object of the present invention is to provide the cylinder-piston unit with to improve the features mentioned at the outset to the effect that the known bellows are significantly improved longer service life than previously achieved. The solution according to the invention should increase the efficiency of the Cylinder-piston unit, both mechanically and thermally, as little as possible and are characterized by low structural effort.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Balg von einer konzentrischen Hülse umgeben ist, die nahe dem ortsfesten Balgende einen Abschluß für den Ringraum zwischen Balg und Hülse aufweist und daß der Verschluß dieses Ringraumes nahe dem beweglichen Balgende mittels eines am Kolben angeordneten, längs der Hülsenwand gleitenden Dichtringes erfolgt.According to the invention, this object is achieved in that the bellows is surrounded by a concentric sleeve is, which has a closure for the annular space between the bellows and the sleeve near the stationary end of the bellows and that the closure of this annular space near the movable end of the bellows by means of a piston arranged takes place along the sleeve wall sliding sealing ring.

Damit wird erreicht, daß die innerhalb des Zylinders bzw. des Balges ablaufenden Kompressions- und Expansionsvorgänge weitgehend synchron auch in dem Ringraum zwischen Balg und Hülse stattfinden, so daß der Balg nur einer minimalen Differenzdruckbeanspruchung unterliegt. Diese Lösung beruht auf der Erkenntnis, daß die bisherigen gemeinsamen Funktionen des Balges, nämlich die Druckfestigkeit und die Flexibilität, getrennt werden müssen, wodurch man den Balg allein nach dem Prinzip einer hohen Lebensdauer ablegen kann. Des weiteren ergibt sich der Vorteil, daß in dem hermetisch dichten Zylinderraum auch explosive Gase, wie beispielsweise Wasserstoff, als Arbeitsmedium verwendet werden können, wohingegen die Druck-This ensures that the inside of the cylinder or the bellows compression and expansion processes taking place largely synchronously also in the annular space take place between the bellows and the sleeve, so that the bellows is only subjected to a minimal differential pressure load subject. This solution is based on the knowledge that the previous common functions of the bellows, namely the compressive strength and the flexibility, must be separated, making the bellows alone discard according to the principle of a long service life can. Furthermore, there is the advantage that in the hermetically sealed cylinder space also explosive Gases such as hydrogen can be used as the working medium, whereas the pressure

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Stützung in Ringraum durch Luft erfolgen kann.Support in the annulus can be done by air.

Da für die innerhalb des Balges bzw. innerhalb des Ringraunes ablaufenden Zustandsänderungen unterschiedliche Polytropenexponenten η bzw. n_R angenommen werden müssen, läßt sich der Druckausgleich am Balg in beiden Totpunkten dann erreichen, wenn die Volumina im Balg bzw. im Ringraum gemäß Anspruch 2 .festgelegt werden. Die durch den Exponenten bedingte Abweichung im beiderseitigen Volumenverhältnis läßt sich zweckmäßig durch eine Veränderung des Ringraumdurchmessers im Bereich oberhalb des oberen Totpunktes verwirklichen. _{Since different polytropic exponents η or n R} must be assumed for the changes in state occurring within the bellows or within the ring space, pressure equalization at the bellows can be achieved at both dead points if the volumes in the bellows or in the annulus are fixed according to claim 2 will. The deviation in the mutual volume ratio caused by the exponent can expediently be achieved by changing the diameter of the annulus in the area above the top dead center.

Weiterhin hat es sich zur Kompensation der unterschiedlichen thermischen Bedingungen im. Balgraum einerseits und im Ringraum andererseits als zweckmäßig erwiesen, daß der Ringraum über Drosselöffnungen mit dem Kurbelgehäuse oder einer Druckkammer verbindbar ist, v/obei in den Drosselöffnungen Ventile angeordnet seil"; können, die druckabhängig, mechanisch, elektrisch oder auf andere V/eise, bei spiel swei se durch den Kolben gesteuert, geöffnet bzw. geschlossen v/erden. Dadurch kann für jede Hubposition absolute Druckgleichheit auf beiden Seiten des Balges sichergestellt werden.Furthermore, it has been used to compensate for the different thermal conditions in the. Bellows space on the one hand and in the annular space on the other hand it has been found to be useful that the annular space has throttle openings with can be connected to the crankcase or a pressure chamber, v / obei arranged in the throttle openings valves rope "; can, which are pressure-dependent, mechanically, electrically or in other ways, for example through the piston is controlled, opened or closed. This means that absolute pressure equality can be achieved for every stroke position be ensured on both sides of the bellows.

Alternativ oder zusätzlich zu den erwähnten Drosselöffnungen besteht auch die Möglichkeit, im Ringraum Volumenausdehnungskörper anzuordnen,"die einerseits vom Druck im Ringraum, andererseits vom Druck des Arbeitsgases im Balg beaufschlagt sind. Wird ein solcher Ausdehnungskörper aus Bälgen geringer axialerAs an alternative or in addition to the throttle openings mentioned, there is also the possibility of in the annular space To arrange volume expansion body, "on the one hand by the pressure in the annulus, on the other hand by the pressure of the Working gas are acted upon in the bellows. If such an expansion body made of bellows becomes less axial

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Steifigkeit hergestellt, so nimmt er näherungsweise immer eine axiale Länge ein, bei v/elcher Innen- und Außendruck gleichgroß sind.If rigidity is established, it always takes approximately an axial length, with v / elcher internal and external External pressure are the same.

In denjenigen Fällen, wo keine absolut hermetische Abdichtung des Balginnenraumes gegenüber der Umgebung gefordert wird, besteht in V/eiterbildung des Erfindungsgedcnkens die Möglichkeit, auf den Balg zu verzichten und stattdessen den Kolben längs starrer Zylinderwände zu führen, wobei eine zweite Gleitringdichtung nahe des Kolbenbodens am Kolben angeordnet ist und diese zweite Gleitringdichtung in einem Zylinderbereich mit reduziertem Durchmesser läuft, so daß zwischen erstem und zweitem Dichtring des Kolbens ein Ringraum entsteht, dessen Grüße von 'der Hubposition des Kolbens abhängig ist. Dieser Ringraum übernimmt die DruckabStützung für den zweiten Dichtring, verringert dadurch dessen Druckbelastung und erhöht seine Lebensdauer. Zugleich ergibt sich durch diese Druckentlastung eine deutliche Reduzierung der Leckage am Dichtring. Die Durchmesserabstufung am Kolben sowie am Zylinder ist so zu wählen, daß die im Anspi-uch 2 stehende Gesetzmäßigkeit für die VoIumenverhllltnisse erfüllt ist, wobei für das Balgvolumer das Zylindervolumen, einzusetzen ist.In those cases where there is no absolutely hermetic seal between the interior of the bellows and the environment is required, consists in further development of the inventive concept the possibility of doing without the bellows and instead using the piston along rigid cylinder walls to lead, with a second mechanical seal arranged near the piston crown on the piston and this second mechanical seal runs in a cylinder area with a reduced diameter, so that between the first and second sealing ring of the piston an annular space is created, the size of which depends on the stroke position of the piston. This annulus takes over the pressure support for the second sealing ring, thereby reduces its pressure load and increases its service life. At the same time results from this pressure relief significantly reduces leakage at the sealing ring. The diameter graduation on The piston and the cylinder are to be selected in such a way that the regularity given in Figure 2 applies to the volume ratios is fulfilled, whereby the cylinder volume is to be used for the bellows volume.

Weitere Einzelheiten und Merkmale ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnung; dabei zeigt:Further details and features emerge from the following description of exemplary embodiments based on the drawing; shows:

Fig. 1 einen Schnitt durch ein erfindungsgemäßes Zylinder-Kolben-Ai";:f.',rogat im oberen und. unteren Totpunkt;Fig. 1 is a section through an inventive Cylinder-Piston-Ai ";: f. ', Rogat in the upper and. bottom dead center;

Fig. 2 konstruktive Varianten des Ringraumes zum verbesserten Druckausgleich undFig. 2 structural variants of the annular space for improved pressure equalization and

Flg. 3 ein erfindungsgenLlßos Zylinder-Kolben-Aggregat ohne Balg.Flg. 3 a cylinder-piston unit according to the invention without bellows.

Fig. 1 zeigt einen Teil des das Arbeitsgas enthaltenden Zylinders 1, an dessen unterem Rand das eine Ende eines koaxial angeordneten Membranbalges 2 befestigt ist. Das andere Ende des Balges 2 ist mit einem ebenfalls koaxial zu den vorerwähnten Bauteilen angeordneten Kolben 3 verbunden. Dieser Kolben führt die Hubbewegung zum Komprimieren und Expandieren des Arbeitsgases aus. Er ist auf der linken Hälfte von Fig. 1 in seinem unteren Totpunkt, auf der rechten Hälfte in seinem oberen Totpunkt dargestellt. Selbstverständlich besteht auch die Möglichkeit, daß der Balg 2 allein als Zylinder fungiert, so daß auf den Zylinder I verzichtet v/erden kann. Hierzu muß lediglich ein entsprechend langer Balg verwendet werden.Fig. 1 shows part of the cylinder 1 containing the working gas, at the lower edge of which one End of a coaxially arranged diaphragm bellows 2 is attached. The other end of the bellows 2 is with a piston 3 also arranged coaxially to the aforementioned components. This piston leads the stroke movement for compressing and expanding the working gas. He's on the left half of Fig. 1 in its bottom dead center, shown on the right half in its top dead center. Of course there is also the possibility that the bellows 2 acts alone as a cylinder, so that on the Cylinder I can be dispensed with. All that is required is to use a suitably long bellows.

Der Kolben 3 ist über eine Pleulstange 4 mit einer nicht dargestellten Kurbelwelle verbunden.The piston 3 is via a connecting rod 4 with a not shown connected to the crankshaft.

Auf der dem Arbeitsmedium abgev/andten Seite des Membranblagea ist eine zylindrische Hülse 5 angeordnet, die den Balg mit geringem radialen Abstand umgibt. Sie v/eist nahe dem ortsfesten Balgende eine radiale Erweiterung 5a auf und ist dort über eine Querwand mit dem Zylinder 1 verbunden. Der Kolben 3 gleitet mittels eines zweckmäßigerweise am unteren Kolbenende positionierten Dichtringes 7 im Innenzylinder der Hülse 5. Dadurch entsteht zwischen dem Balg 2 und derOn the side of the membrane layer facing away from the working medium a cylindrical sleeve 5 is arranged, which surrounds the bellows with a small radial distance. It has a radial extension 5a near the stationary end of the bellows and is there over a transverse wall connected to cylinder 1. The piston 3 slides by means of an expediently at the lower end of the piston positioned sealing ring 7 in the inner cylinder of the sleeve 5. This creates between the bellows 2 and the

• · II·• II

Hülse 5 ein geschlossener Ringraum, dessen Volumen von der Hubbewegung des Kolbens 3 abhängig ist, so daß in ihm gleichartige Kompressions- und Expansionsvorgänge ablaufen, wie sie das Arbeitsgas im Inneren des Zylinders 1 bzw. des Balges 2 durchführt.Sleeve 5 is a closed annular space, the volume of which is dependent on the stroke movement of the piston 3, so that similar compression and expansion processes take place in it as the working gas inside of the cylinder 1 or the bellows 2.

Die Volumina im Balg (V) bzw. im Ringraum (V_R) sind im unteren (Index: 1) bzw. im oberen (Index: 2) Totpunkt nael·, folgender Gleichung festgelegt:The volumes in the bellows (V) or in the annulus (V _R ) are defined in the lower (index: 1) and in the upper (index: 2) dead center nael, the following equation:

v_R1/v_R2 » (V₁ZV₂)^r,v _R1 / v _R2 »(V ₁ ZV ₂ ) ^ r,

wobei η der Polytropen-Exponent des Arbeitsgases und i]_R der Polytropen-Exponent des Gases im Ringraum ist.where η is the polytropic exponent of the working gas and i] _{R is} the polytropic exponent of the gas in the annulus.

Durch ein solches Voluinenverhäl tni s im Ringraum v/ird sichergestellt, daß in beiden Totpunkten der Kolbenbewegung auf beiden Seiten des Membranbalges dieselben Drücke P^ und P_? vorliegen.Such a volume ratio in the annular space v / ird ensures that the same pressures P ^ and P _? are present.

Um auch während des Kolbenhubes keine Druckunterschiede zwischen Innen- und Außenseite des Balges aufkommer: zu lassen, ist die Hülse 5 in Fig. 1 mit Drosselöffnungen ,·-. bzw. 9 versehen. Diese Drosselöffnungen sind so bemessen, daß während der Kompression bis etwa zur Hubnitte hin soviel Gas aus dem Ringraum nach außen entweichen kann, wie es der thermodynamisch erforderlichen relativen Volumenvergrößerung entspricht. So that there are no pressure differences even during the piston stroke between the inside and outside of the bellows up: to let the sleeve 5 in Fig. 1 with throttle openings , · -. or 9 provided. These throttle openings are dimensioned so that during the compression up to about towards the stroke cut as much gas can escape from the annulus to the outside as thermodynamically corresponds to the required relative volume increase.

Da an dei.i Dichtring 7 des Kolbens j mit Leckage zu rechnen ist, empfehlen sich Vorkehrungen, die im Be-Since leakage is to be expected at the sealing ring 7 of the piston j , it is advisable to take precautions that are

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reich dos unteren Totpunktes eine Verbindung des Ringrauraes mit dem außerhalb der Hülse liegenden Kurbelv/ellengehäuse herstellen, sofern das Kurbelwellengehäuse auf einem Druck gehalten wird,- dar dem Druck des Arbeitsgases im Bereich des unteren Totpunktes des Kolbens 3 entspricht. Wird der· Kurbelwellengehäuse auf einem anderen Druck gehalten, dann empfiehlt sich eine Verbindung des Ringraumes mit dein Kurbelwellengehäuse im Bereich desjenigen Kolbenhubes, bei welchem der Druck des Arbeitsgases diesem Druck im Kurbelwellengehäuse entspricht. Diese Verbindung kann durch ein Ventil erfolgen, welches beim entsprechenden Kolbenhub öffnet, Es können auch Längsschlitze am unteren Ende der Hülse 5 angeordnet sein, deren Länge so bemessen ist, daß sie von dem Dichtring 7 im unteren Totpunkt des Kolbens überstrichen werden. Als Füllgas für das Kurbelwellengehäuse und den Ringraum wird am besten Luft verwendet, wohingegen innerhalb des Membranbalges ein Gas verwendet werden kann, dessen Eigenschaften denen eines idealen Gases möglichst nahekommen, also beispielsweise Wasserstoff oder Helium.Establish a connection between the ring area and the crankshaft housing located outside the sleeve, provided the crankshaft housing is kept at a pressure that corresponds to the pressure of the working gas in the area of the lower dead center of the piston 3. If the crankshaft housing is kept at a different pressure, it is advisable to connect the annular space to the crankshaft housing in the area of the piston stroke at which the pressure of the working gas corresponds to this pressure in the crankshaft housing. This connection can be made by a valve which opens with the corresponding piston stroke. Longitudinal slots can also be arranged at the lower end of the sleeve 5, the length of which is dimensioned so that they are swept over by the sealing ring 7 at the bottom dead center of the piston. Air is best used as the filling gas for the crankshaft housing and the annular space, whereas a gas can be used within the diaphragm bellows whose properties come as close as possible to those of an ideal gas, e.g. hydrogen or helium.

Um den im Bereich der beiden Totpunkte stattfindenden Wärmeaustausch und die damit verbundene Druckänderung im Membranbalg zu berücksichtigen, sind gemäß Fig. in der Hülse 5 nahe den beiden Totpunkten des Kolbens 3 Verbindungen 11 und 12 vorgesehen, die bei Erreichen eines bestimmten Kompressionsdruckes oder durch mc-chanische Betätigung durch den Kolbenring oder durch anderweitige Regelung eine Verbindung zu einem abgeschlossenen Ausgleichsraum 13 freigeben. Durch die in Fig. 2 als Ventile dargestellten Ver-About the heat exchange taking place in the area of the two dead centers and the associated pressure change to be taken into account in the diaphragm bellows are, according to FIG. In the sleeve 5 near the two dead points of the piston 3 connections 11 and 12 are provided, which when a certain compression pressure or by mechanical actuation by the piston ring or by some other control Release a closed compensation space 13. By means of the valve shown in Fig. 2

bindungen 11 und 12 wird erreicht, daß trotz weiterer Hubbewegungen kein Druckanstieg im Ringraum bzw. sogai ein gewisser Druckabfall eintritt, der dem Druckabfall des Arbeitsgases durch V/ärmeent-zug bei der isochoren Zustandsänderung entspricht. Im Bereich des unteren Totpunktes wird das Ventil 11 betätigt, wodurch die im Ausgleichsraum 13 gespeicherte Luft von erhöhtem Druck und erhöhter Temperatur in den Ringraum zurückströmt. Der dadurch herbeigeführte Druck- und Temperaturanstieg im Ringraum gleicht die durch Wärmezufuhr im Arbeitsgas erfolgte Zustandsänderung wieder aus.bindings 11 and 12 is achieved that despite further Stroke movements no pressure increase in the annulus or so-called a certain pressure drop occurs, which corresponds to the pressure drop of the working gas due to V / ärmeent -zug at the isochoren Change of state corresponds. In the area of the bottom dead center, the valve 11 is actuated, whereby the air stored in the compensation chamber 13 of increased pressure and increased temperature in the annular space flows back. The resulting increase in pressure and temperature in the annulus compensates for this Heat supply in the working gas took place change of state again.

Die Funktion der beiden Ventile 11 und 12 kann auch von einem einzigen Ventil übernommen werden. z.B. durch ein über einen Doppelnocken auf der Kurbelwelle gesteuertes Sitzventil, ähnlich den Ventilen in Kraftfahrzeugmotoren. The function of the two valves 11 and 12 can also be taken over by a single valve. e.g. by a seat valve controlled by a double cam on the crankshaft, similar to the valves in motor vehicle engines.

Eine andere Möglichkeit, den Druckausgleich im Ringraum zu verbessern, ist die Verwendung eines Volumenausdehnungskörpers 14. Er ist im Ringraum angeordnet, steht jedoch über eine Leitung 15 mit dem Arbeitsgas im Inneren des Membranbalges in Verbindung. Wird dieser Ausdehnungskörper 14 aus Bälgen geringer axialer Steifigkeit hergestellt, so sorgt er in guter Näherung für einen ständigen Ausgleich zwischen Innen- und Außendruckbelastung des Balges.Another possibility is the pressure equalization in the annulus to improve, is the use of a volume expansion body 14. It is arranged in the annulus, however, it is connected to the working gas inside the diaphragm bellows via a line 15. Will this one Expansion body 14 made of bellows of low axial rigidity, so it provides a good approximation for a constant balance between internal and external pressure loads on the bellows.

Schließlich besteht hier noch die Möglichkeit, den Ausgleichsraum als vorspannbares, veränderliches Volumen auszuführen, beispielsweise durch Einbau einer druck- oder federbelasteten Membrane. Dadurch kannFinally, there is also the option of using the compensation space as a pretensionable, variable volume to be carried out, for example by installing a pressure or spring-loaded membrane. This can

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der Lei Gtungsver'lust infolge addiabater Expansion beim Auffüllen im oberen Totpunkt vermindert werden.the loss of power due to additive expansion when filling in the top dead center can be reduced.

Fig. 3 zeigt in ■■· schema ti scher Darstellung eine Va- |j riante, bei der auf den Balg verzichtet worden ist und der Kolben unmittelbar in seinem Zylinder läuft. Es handelt sich dabei um einen Stufenkolben 16, der an seinem dem Kolbenboden abgewandten Ende einen radial vorstehenden Bund 16a trägt und in einem entsprechend abgestuften Zylinder 17 geführt ist. Die Abstufung des Zylinders ist so bemessen, daß der Kolben sowohl mit seinem im Durchmesser reduzierten Bereich als auch mit seinem vorstehenden Bund 16a über den gesamten Kolbenhub längs den entsprechenden, im Durchmesser angepaßten Führungsflächen des Zylinders läuft , so daß ein gegenüber dem Zylinderraum 19 abgedichteter Ringraum 20 vorliegt. Seine Abdichtung erfolgt einerseits über eine Ringdichtung 18, die in einer Nut des Kolbens 15 nahe des Kolbenbodens angeordnet ist, andererseits über den Dichtring 7, der in dem vorstehenden Bund 16a dos Kolbens angeordnet ist.3 shows a Va- | j in a schematic representation riante in which the bellows has been dispensed with and the piston runs directly in its cylinder. It is a stepped piston 16, which has a radial at its end facing away from the piston head above covenant 16a carries and in a accordingly stepped cylinder 17 is guided. The graduation of the cylinder is dimensioned so that the piston both with its reduced diameter area and with its protruding collar 16a over the entire piston stroke along the corresponding, diameter-matched guide surfaces of the cylinder runs so that an annular space 20 sealed off from the cylinder space 19 is present. Its sealing takes place on the one hand via an annular seal 18, which is arranged in a groove of the piston 15 near the piston head is, on the other hand, via the sealing ring 7, which is arranged in the protruding collar 16a dos piston is.

Die Volumina im Zylinder (V) bzw. Un Ringraum (V_R) sind im unteren bzw. iin oberen Totpunkt nach der in Anspruch 2 angegebenen Gleichung festgelegt. Dadurch ist sichergestellt, daß der Dichtring 18 nur geringen Druckdifferenzen ausgesetzt ist und eine entsprechend hohe Lebensdauer aufweist.The volumes in the cylinder (V) or in the annular space (V _R ) are determined in the lower and in the upper dead center according to the equation given in claim 2. This ensures that the sealing ring 18 is only exposed to small pressure differences and has a correspondingly long service life.

Claims

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1. Cylinder-piston unit, especially for Stirling engines, wherein at least a part of the cylinder consists of a bellows which is tightly connected to the piston is and is applied to the radial pressure support on its outside with a support pressure is,

characterized,

that the bellows (2) is surrounded by a concentric sleeve (5) which is close to the stationary end of the bellows Completion (6) for the annular space between bellows (2) and sleeve (5) and that the closure of this annular space near the movable end of the bellows by means of at least one arranged on the piston (3) along the Sleeve wall sliding sealing ring (7) takes place.

2. Cylinder-piston unit according to claim 1, characterized in that the volumes in the bellows (V) or in the annular space (V _R ) in the lower (index: 1) or in the upper (index: 2) dead center approximately as follows are defined:

v_R1/v_R2 - (V₁ZV₂)^r,v _R1 / v _R2 - (V ₁ ZV ₂ ) ^ r,

v / obei η is the polytropic exponent of the working gas and no is the polytropic exponent of the gas in the annulus is.

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(12566) B / Bz

Utility model registration G 80 04 988.5 - Witzenmann GmbH -

3. Cylinder-piston unit according to claim 1 or 2, characterized in that the annular space has throttle openings (9, 10, 11, 12) is connected to the crankcase or a pressure chamber (13).

4. Cylinder-piston unit according to claim 3, characterized characterized in that pressure-dependent opening valves (11, 12) are installed in the throttle openings.

5. cylinder-piston unit according to claim 3 or 4, characterized in that in the throttle openings Control valves (11, 12) are installed.

6. Cylinder-piston unit according to claim 5, characterized characterized in that the piston (3) is in operative connection with the control valves (11, 12).

7. Cylinder-piston unit according to one of the preceding Claims, characterized in that volume expansion body (14) is arranged in the annular space are acted upon on the one hand by the pressure in the annulus and on the other hand by the pressure of the working gas are.