Konstruktion und erste Erprobungsergebnisse einer Stirling-Kältemaschine für eine Kühlleistung von 15 W bei 80 K (German)

15 W bei 80 K waren Bedingung, um Filterbänke oder Antennensysteme kühlen zu können. Aus Gründen der Lebensdauer, Kosten und Experimentierbarkeit mit der Stirlingmaschine wurde ein herkömmlicher Einbaumotor mit zweifachem Kurbelbetrieb für Verdichter- und Verdrängerkolben und kein Linearantreib gewählt. Die beiden Kolben sind zur Aufnahme der Normalkräfte und Reduzierung der Reibung speziell geführt. Um eine kompakte möglichst kleine Maschine mit hohem COP (coefficient of performance) realisieren zu können, wurde die integrale Bauform der Stirlingmaschine mit Einbaumotor und Stirnkurbelbetrieb gewählt. Der in einem Alugehäuse untergebrachte Einbaumotor treibt über eine Welle mit Stirnkurbelzapfen den Verdichterkolben und den Verdrängerkolben mit einer Phasenverschiebung von 90 deg zwischen beiden Kolben an. Durch die Bewegung des Verdichterkolbens wird im Kompressionsraum eine sinusförmige Druckwelle des Heliumarbeitsgases erzeugt, wobei der Druck um einen Mittelwert von etwa 2,0 Mpa mit einer Amplitude von etwa 0,7 Mpa schwingt. Beim Durchströmen des Regenerators, welcher mit Bronzedrahtsiebgeweberingscheiben gefüllt ist, wird das Heliumgas vorgekühlt. Bei der anschließenden Expansion des Heliumhochdruckgases infolge der Abwärtsbewegung des Verdichterkolbens kühlt sich das Helium weiter ab und es entsteht die gewünschte Kälteleistung. Als niedrigste Temperatur wurde etwa -125 Grad C gemessen.