Auslegung einer Gaslagerung für den Kolben einer Freikolben-Stirling-Kältemaschine (PDF)

Masterarbeit aus dem Jahr 2021 im Fachbereich Ingenieurwissenschaften - Maschinenbau, Note: 1,0, Technische Hochschule Rosenheim, Sprache: Deutsch, Abstract: Die Masterarbeit beschreibt die Auslegung eines gasgelagerten Kolbens für eine neuartige Mehrzylinder-Freikolben-Stirling-Kältemaschine vom Alpha-Typ. Im Gegensatz zu herkömmlichen Gaslagern erfolgt die Druckversorgung dabei intern durch den Kompressionsdruck des Kolbens. Die daraus resultierende periodische Änderung der Druckverhältnisse macht einen anderen Berechnungsansatz als bei bisher beschriebenen Gaslagern erforderlich. Daher wurde ein Modell mit der Software Simulink erstellt, das auf Grundlage der Kolbenbewegung kontinuierlich die Druckverhältnisse und die daraus resultierenden Masseströme berechnet.

Mithilfe der Simulationsergebnisse konnte die Tragkraft und die statische Steifigkeit des Gaslagers in Abhängigkeit der Exzentrizität des Kolbens und des Phasenwinkels der Kolbenbewegung ermittelt werden. Durch eine Parameterstudie mit dem Simulink Modell wurden einfache Auslegungsgleichungen hergeleitet, die zur überschlägigen Dimensionierung von Gaslagern für Stirling-Maschinen dienen können. Auch wenn die Auslegung der Gaslagerung für eine Stirling-Maschine vom Alpha-Typ erfolgte, dürften die Ergebnisse mit relativ geringem Aufwand auf andere Typen übertragbar sein. Kenntnisse über die Funktionsweise und den allgemeinen Aufbau von Stirling-Maschinen werden in der Arbeit vorausgesetzt.