AT514226B1 - Kolbenmaschine und Verfahren zu deren Betrieb - Google Patents

Abstract

Kolbenmaschine (1) zur Umwandlung von Wärme in Arbeit oder zum Heizen oder Kühlen durch Aufwendung von Arbeit, mit zumindest einer Kammeranordnung (8), welche zumindest zwei, durch zumindest einen Verbindungskanal (9, 10) verbundene Kammern (2, 3, 4) aufweist und mit in den jeweiligen Kammern (2, 3, 4) beweglich angeordneten, für ein Arbeitsmedium undurchlässigen Kolben (5, 6, 7), wobei zumindest eine der Kammern (2, 4) Wärmeübertragungsflächen (34, 45) zur Vergrößerung ihrer Oberfläche aufweist, die Kolben (5, 6, 7) bzw. damit verbundene Elemente mit Betätigungsmitteln zur Festlegung von Bewegungsprofilen für jeden der Kolben (5, 6, 7) verbunden sind, die Betätigungsmittel zur Festlegung von zumindest zwei unterschiedlichen Bewegungsprofilen der Kolben (5, 6, 7) der Kammeranordnung (8) ausgebildet sind, von welchen Bewegungsprofilen zumindest eines zumindest eine Totphase, während der einer der mit dem entsprechenden Betätigungsmittel verbundenen Kolben (5, 6, 7) im Wesentlichen stationär ist, aufweist, und zumindest einer der Kolben (5, 6, 7) mit einem Federelement zur Unterstützung des dem Kolben (5, 6, 7) zugeordneten Betätigungsmittels verbunden ist.

Description

Beschreibung [0001] Die Erfindung betrifft eine Kolbenmaschine sowie ein Verfahren zu deren Betrieb zurUmwandlung von Wärme in Arbeit oder zum Heizen oder Kühlen durch Aufwendung von Arbeit,mit zumindest einer Kammeranordnung, welche zumindest zwei, durch zumindest einen Ver¬bindungskanal verbundene Kammern aufweist, wobei zumindest zwei der Kammern voneinan¬der im Wesentlichen thermisch isoliert sind, und mit in den jeweiligen Kammern beweglichangeordneten, für ein Arbeitsmedium undurchlässigen Kolben zur Änderung eines von derKammer und dem Kolben begrenzten Teil- Arbeitsvolumens, wobei zumindest eine der Kam¬mern Wärmeübertragungsflächen zur Vergrößerung ihrer Oberfläche aufweist, und wobei dieKolben bzw. damit verbundene Elemente mit Betätigungsmitteln zur Festlegung von Bewe¬gungsprofilen für jeden der Kolben verbunden sind, wobei die Betätigungsmittel zur Festlegungvon zumindest zwei unterschiedlichen Bewegungsprofilen der Kolben der Kammeranordnungausgebildet sind, von welchen Bewegungsprofilen zumindest eines zumindest eine Totphase,während der einer der mit dem entsprechenden Betätigungsmittel verbundenen Kolben imWesentlichen stationär ist, aufweist.

[0002] Die gebräuchlichsten und bekanntesten Kolbenmaschinen zur Umwandlung von Wärmein Arbeit sind KFZ-Motoren, wie der Dieselmotor oder der Ottomotor. Der diesen Maschinenzugrunde liegende thermodynamische Kreisprozess ist der Diesel-Prozess bzw. der Otto-Prozess oder allgemein der Seiliger-Prozess. Der bevorzugte Vergleichsprozess der vorliegen¬den Erfindung, d.h. jener thermodynamische Kreisprozess, den die vorliegende Erfindung be¬vorzugt annähert, ist demgegenüber der an sich bekannte Carnot-Prozess. Dieser beschreibtdas physikalische Maximum der Umwandlung von Wärme in mechanische Energie bei gegebe¬nen Wärmequellen und -senken. Folglich haben sowohl die den zuvor genannten Kreisprozes¬sen, wie auch beispielsweise die den in Verbindung mit Strömungsmaschinen bekannten Joul-,Ericsen- oder Clausius-Rankine- Prozessen nachgebildeten Maschinen einen inhärent subop¬timalen Wirkungsgrad. Eine Ausnahme hiervon bilden Stirlingmaschinen, deren Vergleichspro¬zess der Stirling-Prozess ist, da hier durch die Verwendung eines als perfekt funktionierendangenommenen Regenerators theoretisch der selbe Wirkungsgrad erreichbar wäre wie beimCarnot-Prozess. Jedoch hat sich diese Möglichkeit vielfach als nachteilig erwiesen, weil derRegenerator während eines Prozessarbeitsspiels bzw. Prozessdurchlaufes bzw. Durchlaufeseines Kreisprozesses, welches bzw. welcher die einmalige Abfolge der den Kreisprozess kenn¬zeichnenden thermodynamischen Zustandsänderungen samt etwaigen Zwischentakten oderArbeitsschritten ist, niemals die gespeicherte Wärme zur Gänze wieder abgeben kann unddurch ihn selbst große Tot- oder Schadräume entstehen.

[0003] Die DE 27 36 472 A1 zeigt eine ventillose Kolbenmaschine mit zwei Zylindern und darinangeordneten Kolben, deren Kurbeln so versetzt sind, dass die Bewegung der Kolben einefeste Phasenverschiebung von 90° aufweist. Zur Verbesserung der Wärmeübertragung in denZylindern, von denen einer einen Heizraum und der andere einen Kaltraum aufweist, auf dasArbeitsmedium (bevorzugt Helium) bzw. umgekehrt, sind die Kolben und die Zylinder mit kom¬plementären, in den Arbeitsraum ragenden Flächen versehen.

[0004] Die Zylinder sind durch einen sich bogenförmig zwischen den Zylindern erstreckendenWärmetauscher verbunden, welcher Flächen zur Wärmespeicherung aulWeist und somit ein fürStirlingmaschinen typischer Regenerator ist.

[0005] Die aus der DE 103 19 806 B4 bekannte Wärmekraftmaschine arbeitet ebenfalls nachdem Stirlingprinzip. Dabei bildet ein Expansionszylinder mit einem Erhitzer einen Expansions¬raum und ein Kompressionszylinder mit einem Kühler einen Kompressionsraum.

[0006] Die beiden Arbeitsräume weisen eine Vielzahl parallel angeordneter, konischer Rohreauf, in welche entsprechende Kolbenzapfen der jeweils zugeordneten Kolben eingreifen unddiese ausfüllen. Die Arbeitsräume sind über getrennte Überstromkanäle, die als Wärmetau¬scherflächen genutzt werden und mit Rückschlagventilen versehen sind, verbunden und dieBewegung der beiden Kolben läuft auch hier um 90 Kurbelwinkelgrad versetzt ab.

[0007] Nachteilig bei den in der DE 27 36 472 A1 und DE 103 19 806 B4 beschriebenen Ma¬schinen ist, dass jeweils beide Kolben dem selben Bewegungsablauf, nämlich im Wesentlicheneiner Sinusbewegung, folgen, welcher lediglich durch eine Phasenverschiebung von 90° (ent¬sprechend einem Viertel-Arbeitsspiel) zwischen den Kolben zeitlich versetzt ist. Allerdings kannein solcher Ablauf einen idealen Stirling-Prozess allenfalls grob annähern, so dass alleine des¬halb nur ein reduzierter Wirkungsgrad erzielt wird.

[0008] Es wurden im Zusammenhang mit grundsätzlich anders aufgebauten Stirling-Maschinenbereits Kolben mit unterschiedlichen Bewegungsprofilen gezeigt, wobei jedoch immer zumin¬dest ein Kolben ein Regenerator ist, welcher niemals für ein Arbeitsmedium undurchlässig seinkann, da das Arbeitsmedium immer entweder hindurchtreten oder vorbeiströmen kann bzw.können muss. Beispiele für derartige Maschinen finden sich in der DE 195 28103 A1,DE 198 54 839 C1 und CH 701 391 B1. Aufgrund des gänzlich anderen Aufbaus und der unter¬schiedlichen Funktionsweise sind jedoch bei keiner dieser Maschinen Wärmeübertragungsflä¬chen in den Kammern vorgesehen. Deshalb, und auch weil sämtliche der gezeigten Maschinenalleine aufgrund der Regeneratoren einen erheblichen Totraum aufweisen, eignet sich keinedieser Maschinen zur Nachbildung des Carnot-Prozesses.

[0009] Die US 5,095,700 A zeigt eine Wärmekraftmaschine zur Nachbildung entweder desStirling-Prozesses oder aber des Ericsson- Prozesses, wobei ein Regenerator in einem Verbin¬dungskanal zwischen zwei Kammern angeordnet ist.

[0010] Dementsprechend ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Kolbenmaschinevorzuschlagen, die nach einem annähernd idealen Carnot-Prozess arbeitet, indem sie Toträu¬me so weit wie möglich reduziert, in bestimmten Kammern einen optimalen Wärmeaustauschzwischen den Kammerwänden und dem Arbeitsmedium erzielt und zugleich an die idealenZustandsänderungen des Carnot-Prozesses angepasste Bewegungen der Kolben ermöglicht.

[0011] Diese Aufgabe wird bei einer Kolbenmaschine der eingangs angeführten Art dadurcherzielt, dass zumindest einer der Kolben mit einem Federelement zur Unterstützung des demKolben zugeordneten Betätigungsmittels verbunden ist. Mithilfe des Federelements können diezwischen einem der Kolben und dem ihm zugeordneten Betätigungsmittel zu übertragendeKräfte optimiert und die damit verbundenen Verluste reduziert werden. Insbesondere könnendadurch im Zusammenhang mit speziellen Ausführungsformen entstehende Verluste, die durchdie Betätigungsmittel, beispielsweise die durch elektromagnetisch arbeitende Betätigungsmittelwährend sie Totphasen vorgeben, verursacht werden, vermindert werden.

[0012] Mit welchen Betätigungsmitteln die Bewegungsprofile, d.h. die zeitlichen Abläufe derKolbenbewegungen, festgelegt sind, ist dabei von geringerer Bedeutung. Der Begriff Bewe¬gungsprofil soll insbesondere zum Ausdruck bringen, dass es sich bei unterschiedlichen Bewe¬gungsprofilen um ihrer zeitlichen Charakteristik nach unterschiedliche Bewegungsvorgabenhandelt, indem beispielsweise ein prinzipiell unterschiedlicher zeitlicher Ablauf der Kolbenbe¬wegungen erzielt wird. Beispielsweise sind lediglich zeitlich verschobene bzw. versetzte oderihrer Amplitude nach verschiedene Bewegungsprofile nicht unterschiedlich im Sinne der Erfin¬dung, d.h. unterschiedliche Bewegungen sind nicht gleichbedeutend mit unterschiedlichenBewegungsprofilen. Außerdem ist es von zentraler Bedeutung, dass - wie bereits eingangsausgeführt - die den besagten Betätigungsmitteln zugeordneten Kolben für das Arbeitsmediumundurchlässig sind, also das Arbeitsmedium nicht durch sich hindurchtreten lassen und dicht mitden Kammerwänden abschließen, da nur so eine weitestgehende Vermeidung von effizienz¬mindernden Toträumen erzielt werden kann, was die erfindungsgemäß unterschiedlichen Be¬wegungsprofile zur Lösung der gestellten Aufgabe erst sinnvoll erscheinen lässt. Demgegen¬über verfolgen Maschinen mit durchlässigen oder nicht dicht abschließenden Kolben ein völliganderes Ziel, nämlich die Umsetzung des Stirling-Prozesses, wobei die jeweiligen Kolben übli¬cherweise als Regeneratoren arbeiten.

[0013] Dementsprechend wird bei einem Verfahren der eingangs angeführten Art zum Betrei¬ben einer derartigen Kolbenmaschine, wobei im Zuge eines in der Kammeranordnung ausge¬führten Durchlaufes des angenäherten Carnot-Prozesses jeder der an dem Durchlauf beteilig- ten Kolben hinsichtlich des Durchlaufes mindestens einmal während einer Totphase im Wesent¬lichen still steht, die gestellte Aufgabe dadurch gelöst, dass zumindest ein einem der Kolbenzugeordnetes Betätigungsmittel von einem Federelement unterstützt wird. Die Totphase be¬zeichnet hierbei einen zeitlichen Abschnitt einer bestimmten (endlichen) Dauer und nicht etwanur einen Zeitpunkt, wie beispielsweise den bei Kolben typischen Umkehrpunkt bzw. Totpunkt.

[0014] Der Begriff Teil-Arbeitsvolumen bezieht sich oben und im Folgenden auf das zu einembestimmten Zeitpunkt in einer Kammer, d.h. von der Kammer und dem ihr zugeordneten Kolbenbegrenzte bzw. darin vorhandene, Volumen. Der Begriff Arbeitsvolumen bezieht sich jeweils aufdie Summe der Volumina jener Teil- Arbeitsvolumina und jener Volumina der Verbindungskanä¬le, welche allesamt miteinander Zusammenhängen, also nicht voneinander abgedichtet sind,wobei das im Arbeitsvolumen enthaltene Arbeitsmedium und das in der Summe der Voluminaenthaltene Arbeitsmedium identisch sind. Dies bedeutet ebenfalls, dass dem Arbeitsvolumenzumindest ein bestimmtes Teil-Arbeitsvolumen und umgekehrt dem Teil-Arbeitsvolumen einbestimmtes Arbeitsvolumen zugeordnet ist. Mit anderen Worten und unter Berücksichtigung derrelativ kleinen Volumina der Verbindungskanäle lässt sich auch sagen, dass das Arbeitsvolu¬men im Wesentlichen die Summe der ihm zugeordneten, miteinander zusammenhängendenTeil-Arbeitsvolumina ist. Außerdem folgt daraus, dass ein Teil-Arbeitsvolumen einer Kammerimmer kleiner (theoretisch höchstens gleich, wenn es genau ein dem Arbeitsvolumen zugeord¬netes Teil-Arbeitsvolumen gäbe und die damit zusammenhängenden Volumina der Verbin¬dungskanäle Null wären) als das ihm zugeordnete Arbeitsvolumen ist. So ist es zum Zweckeder Effizienzsteigerung eben möglich, dass sich bei einer Kammeranordnung ab vier Kammernzwei oder bei noch mehr Kammern noch mehr voneinander getrennte Arbeitsvolumina in derKammeranordnung befinden, wobei die Kolben der Kammeranordnung während verschiedenerZeitabschnitte verschiedene Arbeitsmedien kontrollieren können, wobei in diesem Zusammen¬hang verschiedene Arbeitsmedien nicht zwangsläufig verschiedene Sorten von Arbeitsmedienbedeuten muss, sondern es bedeutet, dass sich die verschiedenen Arbeitsmedien in verschie¬denen Arbeitsvolumina befinden. Es können demnach mehrere Kreisprozesse, die in diesemFall jeweils ein eigenes Arbeitsmedium haben, parallel in der Kammeranordnung ausgeführtwerden. Sind diese Kreisprozesse in ihrer Art gleich, beispielsweise zwei angenäherte Carnot-Prozesse, so kann man auch sagen, dass der angenäherte Carnot- Prozess in der Kammeran¬ordnung zweifach ausgeführt wird. Die in der Kammeranordnung parallel ausgeführten Kreis¬prozesse können aber in ihrer Art auch unterschiedlich sein, beispielsweise ein angenäherterCarnot- und ein angenäherter Stirling-Prozess. Während des Betriebs der erfindungsgemäßenKolbenmaschine können sich von Durchlauf zu Durchlauf die Zustandspunkte eines mit ihrausgeführten Kreisprozesses ändern, ohne dass sich dabei zwangsläufig die Art des Kreispro¬zesses ändern muss. Das bedeutet, dass ein Durchlauf eines Kreisprozesses beispielsweise imp-V- Diagramm anders aussehen kann als ein anderer Durchlauf des selben Kreisprozesses.Insbesondere bei Betätigungsmitteln zum Erzeugen von variablen Bewegungsprofilen ist esauch möglich, dass sich während des Betriebs der erfindungsgemäßen Kolbenmaschine die Arteines mit ihr ausgeführten Kreisprozesses ändert, beispielsweise kann ein zunächst in derKammeranordnung ausgeführter angenäherter Stirling-Prozess später in einen angenähertenCarnot-Prozess übergeführt werden.

[0015] Weiters kann es sein, dass während eines Durchlaufes eines Kreisprozesses, bzw.während der Dauer dieses Durchlaufes nicht alle Kolben der Kammeranordnung mit dem andem Durchlauf beteiligten Arbeitsmedium, welches sich mit weiteren, eigenständigen Arbeits¬medien in der Kammeranordnung befinden kann, in Kontakt treten. Selbst wenn die Kammer¬anordnung nur ein einziges Arbeitsmedium aufweist, bzw. in der Kammeranordnung mit nureinem einzigen Arbeitsmedium ein Kreisprozess ausgeführt wird, müssen nicht zwangsläufigalle Kolben der Kammeranordnung an einem und dem selben Durchlauf des Kreisprozessesbeteiligt sein, weil beispielsweise einige Kolben der Kammeranordnung die ganze Zeit währenddes einen Durchlaufes stationär sein können, um lediglich Wärme von ihrer Wärmequelle auf¬zunehmen, womit in der Kammeranordnung lediglich eine Gruppe von an diesem einen Durch¬lauf beteiligten Kolben existieren kann.

[0016] Jedenfalls ist oben und im Folgenden jeder ausgeführte Durchlauf eines Kreisprozessesals unikal zu verstehen, auch dann, wenn zwei Durchläufe eines Kreisprozesses beispielsweiseanhand ihrer p-V-Diagramme identisch erscheinen.

[0017] Wenn zumindest zwei der Kammern die Wärmeübertragungsflächen zur Vergrößerungihrer Oberfläche aufweisen, kann vorteilhaft sowohl bei der Wärmeaufnahme als auch bei derWärmeabgabe ein effizienter und rascher Wärmeaustausch mit der Kammerumgebung erzieltwerden.

[0018] Um eine möglichst ideale Zustandsänderung - insbesondere hinsichtlich der beim Car-not-Prozess angestrebten isentropen Zustandsänderung - in einer der anderen Kammern zuerzielen, ist es vorteilhaft, wenn zumindest eines der von den Betätigungsmitteln festgelegtenBewegungsprofile zumindest eine Totphase aufweist, während der einer der mit dem entspre¬chenden Betätigungsmittel verbundenen Kolben im Wesentlichen stationär ist.

[0019] Weiters ist es bei derartigen Bewegungsprofilen zur Vermeidung von Toträumen günstig,wenn ein von dem in der Totphase seines Bewegungsprofils befindlichen Kolben und der ihmzugeordneten Kammer begrenztes Teil-Arbeitsvolumen im Wesentlichen Null ist. Der vorüber¬gehend stationäre Kolben schließt dabei nicht nur - wie zuvor angegeben - dicht gegenüber derihm zugeordneten Kammer ab, sondern füllt diese außerdem vollständig aus, so dass jeglichesArbeitsmedium aus der Kammer entfernt wird. Dabei kann selbstverständlich in Bezug auf einender anderen Kolben, dessen Bewegungsprofil ebenfalls eine Totphase aufweist, ein währendder Totphase von Null abweichendes Teil-Arbeitsvolumen vorgesehen sein. Vorzugsweise istdaher auch bei dem gegenständlichen Verfahren ein von dem Kolben und der ihm zugeordne¬ten Kammer begrenztes Teil-Arbeitsvolumen während der Totphase im Wesentlichen Null.

[0020] Um der dem Carnot-Prozess eigenen Asymmetrie hinsichtlich des zeitlichen Ablaufs desArbeitsvolumens bzw. der Teil- Arbeitsvolumina und der möglichst guten faktischen Umsetzbar¬keit der Zustandsänderungen, beispielsweise der für isentrope Zustandsänderungen notwendi¬gen relativ hohen Geschwindigkeit von Expansion und Kompression oder der für isothermeZustandsänderungen notwendigen relativ langsamen Geschwindigkeit von Expansion undKompression oder aber auch der relativ kurzen Zeitdauer für einen möglichst adiabaten Kam¬merwechsel des Arbeitsmediums, Rechnung zu tragen, hat es sich als vorteilhaft herausgestellt,wenn zumindest eines der Bewegungsprofile unterschiedliche Zeitabstände zwischen einemUmkehrpunkt und der zeitlich folgenden Totphase einerseits und zwischen der Totphase unddem zeitlich folgenden Umkehrpunkt andererseits aufweist, insbesondere richtungsabhängig ist.Die unterschiedlichen Zeitabstände lassen sich beispielsweise beim im Weiteren veranschau¬lichten rechtsläufigen Carnot-Prozess besonders anhand der größeren Volumenänderung beider isentropen Expansion gegenüber der isentropen Kompression verstehen, welche zur Folgehat, dass bei gleicher Kolbengeschwindigkeit und gleicher Kolbenquerschnittsfläche des jeweilsbetrachteten Kolbens die isentrope Expansion länger dauert als die isentrope Kompression.Des Weiteren ist es bei den isothermen Zustandsänderungen, um diese möglichst getreu aus¬führen zu können, vorteilhaft, diese gegenüber dem Wechsel des Arbeitsmediums in die andereKammer - dieser Zwischentakt erfolgt nutzbringend schneller, weil zeitsparend und eher adiabat- langsam ablaufen zu lassen.

[0021] Wenn die Betätigungsmittel der Kammeranordnung bzw. die von ihnen festgelegtenBewegungsprofile mittels einer gemeinsamen Achse oder einer programmierbaren Steuerungso aufeinander abgestimmt sind, dass, die Betrachtung auf ein einziges Arbeitsvolumen, wel¬ches im Wesentlichen die Summe der ihm zugeordneten, miteinander zusammenhängendenTeil-Arbeitsvolumina ist, gerichtet, im Betrieb zumindest eine der Kammern und höchstens zweider Kammern ein von Null wesentlich verschiedenes Teil- Arbeitsvolumen aufweist bzw. auf¬weisen, kann einerseits vorteilhaft eine klare räumliche Separation der Zustandsänderungenerzielt werden und andererseits sinnvoll der Wechsel des Arbeitsmediums von der einen in dieandere Kammer bewerkstelligt werden, wobei währenddessen je nach Anzahl der vorhandenenKammern der Kammeranordnung es günstig ist, eine Zustandsänderung des Arbeitsmediumsauszuführen - insbesondere bei 2 Kammern - oder keine Zustandsänderung auszuführen - insbesondere bei mehr als 2 Kammern. Somit ist das Arbeitsvolumen, d.h. auch das Arbeitsme¬dium, immer einer Zustandsänderung bzw. einem Kammerwechsel in der (bzw. den) dafürvorgesehenen Kammern) unterworfen, was den Wirkungsgrad der Kolbenmaschine erhöht.Dies gilt unabhängig davon, ob in einer Kammeranordnung mit vier oder mehr Kammern mehrals ein Arbeitsmedium befördert wird. Auch in diesen Fällen weisen im Betrieb zumindest eineder Kammern und höchstens zwei der Kammern einen von Null wesentlich verschiedenenAnteil an ein und demselben Arbeitsvolumen auf. Eventuell von anderen Kammern der Kam¬meranordnung eingeschlossene und von dem betreffenden Arbeitsvolumen zu jedem Zeitpunktwährend eines Prozessdurchlaufes dicht abgetrennte (Teil-)Arbeitsvolumina sind dadurch folg¬lich nicht ausgeschlossen.

[0022] Zur Vermeidung von Wirkungsgrad reduzierenden Verlusten beim Transport des Ar¬beitsmediums zwischen den Kammern ist es günstig, wenn der zumindest eine Verbindungska¬nal einen freien Durchfluss aufweist, d.h. ventillos ist. Somit wird der von einem Ventil demArbeitsmedium entgegengesetzte Widerstand, welcher unter anderem der zum Öffnen desVentils notwendigen Kraft anzurechnen ist, vermieden. Außerdem haben ventillose Verbin¬dungskanäle den Vorteil eines einfacheren Aufbaus und einer größeren Zuverlässigkeit.

[0023] Eine bei andersartigen Maschinen bekannte Möglichkeit, die erforderlichen Wärmeüber¬tragungsflächen zu erzielen besteht darin, dass die Wärmeübertragungsflächen einer derKammern von der Innenbewandung der entsprechenden Kammer gebildet sind und der in derentsprechenden Kammer angeordnete Kolben eine zu den Wärmeübertragungsflächen derentsprechenden Kammer komplementäre Oberfläche aufweist, welche vorzugsweise ebenfallszur Übertragung von Wärme ausgebildet ist. Bei einer derartigen Kammergeometrie kann hin¬sichtlich des Wärmeübergangs auf relativ kleinem Raum ein relativ großer Kolbenquerschnittsimuliert werden, wobei bei gleichem Wärmeübertrag die Kolbenbewegung bezogen auf densimulierten Kolbenquerschnitt, d.h. auf die tatsächliche Kolbenoberfläche, scheinbar verlang¬samt wird. Dadurch wird ein vorteilhaftes Oberfläche-zu-Volumen-Verhältnis erzielt, welcheseinen raschen Wärmeaustausch bzw. einen raschen Ausgleich etwaiger Temperaturunterschie¬de im Arbeitsmedium begünstigt.

[0024] Außerdem kann man bewerkstelligen, dass die Wärmeübertragungsflächen einer derKammern mit einem girlandenartigen Wärmeübertragungskörper gebildet sind, welcher in derentsprechenden Kammer bzw. zwischen der entsprechenden Kammer und dem ihr zugeordne¬ten Kolben angeordnet ist. Ein solcher girlandenartiger Wärmeübertragungskörper wird beieiner Kolbenbewegung gestreckt bzw. gestaucht und kann je nach Anzahl der Schichten bzw.Windungen eine beliebige Oberflächenvergrößerung erzielen. Bei geeigneten Abmessungen,d.h. wenn der Querschnitt bzw. die Grundfläche des vollständig gestauchten („zusammengeleg¬ten") Wärmeübertragungskörpers im Wesentlichen dem Kolbenquerschnitt entspricht, kann dasTeil-Arbeitsvolumen der betreffenden Kammer vorteilhaft bis auf Null reduziert werden, insbe¬sondere wenn innerhalb der entsprechenden Kammer bzw. am ihr zugeordneten Kolben einweiterer zum zusammengelegten Wärmeübertragungskörper komplementärer Körper vorhan¬den ist. Ein weiterer Vorteil bei einem derartigen Wärmeübertragungskörper ist der einfache undgute Wärmeaustausch mit der Kammer während der Totphase, da die für die Übertragungnotwendige Strecke bei aufeinander liegenden Schichten erheblich abgekürzt ist. Selbstver¬ständlich ist es im Sinne der Erfindung, auch mehrere Wärmeübertragungsflächen auf diese Artund Weise, d.h. mit girlandenartigen Wärmeübertragungskörpern, vorzusehen und es könnenauch mehrere derartiger Wärmeübertragungskörper die Wärmeübertragungsflächen bilden bzw.in einer einzigen Kammer angeordnet sein.

[0025] Eine weitere Möglichkeit um die weiter oben erläuterte Asymmetrie des Carnot-Prozesses konstruktiv zu kompensieren besteht darin, dass zumindest zwei der Kammernunterschiedliche Fassungsvermögen und Arbeitstemperaturen aufweisen, wobei insbesonderedie eine Kammer mit verhältnismäßig niedriger Arbeitstemperatur ein größeres Fassungsver¬mögen aufweist als die andere Kammer mit verhältnismäßig hoher Arbeitstemperatur. Insbe¬sondere kann das Fassungsvermögen durch unterschiedliche Kammerquerschnitte angepasstsein.

[0026] Außerdem ist es günstig, wenn die Kolben in ihrer zugeordneten Kammer ein etwagleich großes Hubvermögen aufweisen. Dadurch erhält man eine gute Bauraumnutzung, dasich typischerweise zumindest eine Außenabmessung der erfindungsgemäßen Kolbenmaschi¬ne ohnehin nach der Kammer mit dem größten Hubvermögen richtet. Weiters wird dadurch einvorteilhaftes Gleichteilekonzept der verwendeten Bauteile begünstigt.

[0027] Besonders flexible und genau konfigurierbare Bewegungsprofile sind erzielbar, wennzumindest eines der Betätigungsmittel ein Kurvenelement aufweist, mit dem der dem Betäti¬gungsmittel zugeordnete Kolben bzw. mit dem Kolben verbundene Elemente über ein Rollele¬ment verbunden ist bzw. sind. Dabei kann das Kurvenelement, welches beispielsweise durcheine Kurvenscheibe gebildet sein kann, durch seine beliebig herstellbare Form exakt den ge¬wünschten Bewegungsablauf nachbilden und gegebenenfalls gleichzeitig als Schwungradfungieren.

[0028] Um etwaige Verluste beim Umkehren der Bewegungsrichtung des Kolbens, d.h. zwi¬schen Zug- und Schubbewegung, zu vermeiden, kann das Rollelement aus zumindest zweiProfilrollen bestehen, wobei die zumindest zwei Profilrollen aufgrund ihrer Anordnung währendeines in der Kammeranordnung (8) ausgeführten Durchlaufes eines Kreisprozesses bei unver¬ändertem Drehsinn des ihnen zugeordneten Kurvenelementes ihre Drehrichtungen beibehalten.Dabei kann insbesondere eine der Profilrollen bezogen auf das Kurvenelement radial innen unddie andere Profilrolle ihr gegenüber radial außen angeordnet sein, so dass bei Schubbewegun¬gen eine Kraftübertragung über die radial innere Profilrolle und bei Zugbewegungen eine Kraft¬übertragung über die radial äußere Profilrolle erfolgt.

[0029] Um unerwünschte, weil Verluste bewirkende, Kräfte oder Drehmomente so gering wiemöglich zu halten, hat es sich als günstig herausgestellt, wenn ein in Hubrichtung ermittelterAchsabstand zwischen einer Führungsrolle eines der Rollelemente und einer der Profilrollendes selben Rollelements klein ist im Vergleich zu einem in Hubrichtung ermittelten Abstandzwischen der Drehachse der Profilrolle und dem dem Rollelement zugeordneten Kolben, vor¬zugsweise etwa Null, so dass eine möglichst reibungsfreie Bewegung des dem Rollelementzugeordneten Kolbens in dessen Kammer erzielt wird. Dadurch können insbesondere hoheReibung verursachende Seitenkräfte auf den Kolben vermieden werden, welche andernfallsden Wirkungsgrad der Kolbenmaschine verschlechtern würden.

[0030] Eine mechanisch noch weniger limitierte Kraftübertragung von einem bzw. auf einenKolben kann erzielt werden, wenn zumindest eines der Betätigungsmittel eine Motor-Generator-Einheit aufweist und der bzw. die dem Betätigungsmittel zugeordnete(n) Kolben bzw. damitverbundene Elemente mit dem Läufer der Motor-Generator-Einheit verbunden ist bzw. sind. DieMotor-Generator- Einheit kann dabei selbstverständlich auch aus einem Motor und einem sepa¬raten Generator bestehen, deren Läufer mechanisch gekoppelt sind. Ebenso können auch einetwaiger Servoverstärker und/oder eine programmierbare Steuerung zur Motor-Generator-Einheit gehören.

[0031] Die mithilfe von derartigen Betätigungsmitteln realisierten Bewegungsprofile könnensogar im Betrieb anpassbar sein, wenn zumindest eines der Betätigungsmittel zum Erzeugenvon variablen Bewegungsprofilen geeignet, insbesondere frei programmierbar ist, wobei einServoverstärker und/oder einer programmierbaren Steuerung zur Motor-Generator-Einheitgehören. Dadurch kann insbesondere Rücksicht auf eine unterschiedlich zur Verfügung ste¬hende Wärmemenge bzw. Arbeit und die sonstigen sich ändernden Randbedingungen für dasBetreiben der erfindungsgemäßen Kolbenmaschine genommen werden.

[0032] Da die von den bzw. auf die Kolben ausgeübten Kräfte je nach Kammer naturgemäßauch dem Betrag nach unterschiedlich sind, ist es günstig, wenn zumindest einem der Betäti¬gungsmittel und dem ihm zugeordneten Kolben ein Übersetzungsgetriebe, insbesondere einpantographartiges Koppelgetriebe, oder ein Kugelgewindetrieb zwischengeschaltet ist. Bei¬spielsweise können dadurch auch günstige Bewegungsgeschwindigkeiten der Läufer von elekt¬romagnetischen Betätigungsmitteln erreicht werden ohne auf die für die Zustandsänderungoptimale Ablaufgeschwindigkeit verzichten zu müssen.

[0033] Im Falle von zwei der Kammern mit den Wärmeübertragungsflächen und um trotz der inden Kammern mit den Wärmeübertragungsflächen eingeschränkten Bedingungen für eineadiabate Zustandsänderung des Arbeitsmediums möglichst getreu isentrope Zustandsänderun¬gen durchführen zu können, ist es vorteilhaft, wenn die Kammeranordnung drei Kammern auf¬weist, wobei die mittlere Kammer durch zwei der Verbindungskanäle mit den beiden anderenKammern verbunden ist und die mittlere Kammer einen rein zylindrischen Innenraum aufweistsowie thermisch zumindest gegenüber einer der anderen Kammern, insbesondere zumindestgegenüber der Kammer mit verhältnismäßig hoher Arbeitstemperatur, isoliert ist.

[0034] Dabei kann bei, beispielsweise aufgrund mechanischer Limitierungen, gegebener Kol¬bengeschwindigkeit eine vergleichsweise noch raschere Volumenänderung erzielt werden,wenn die mittlere Kammer ein größeres Fassungsvermögen hat als eine der Kammern mitverhältnismäßig hoher Arbeitstemperatur. Außerdem kann dadurch das bei einer der isentropenZustandsänderung des Arbeitsmediums erforderliche Maximum des Arbeitsvolumens geeignetzur Verfügung gestellt werden.

[0035] Aufgrund der unterschiedlichen Aufgaben bezüglich Wärmeaustausch mit dem Arbeits¬medium und zur Vermeidung eines Wärmestroms zwischen den Kammern ist es vorteilhaft,wenn eine der Kammern mit den Wärmeübertragungsflächen aus einem Material mit relativhoher Wärmekapazität und guter Wärmeleitfähigkeit, insbesondere aus Kupfer oder Aluminiumbzw. deren Legierungen, hergestellt ist und die mittlere Kammer aus einem thermisch schlechtleitfähigen Material, insbesondere Keramik oder Glaskeramik, hergestellt ist.

[0036] Wenn eine der Kammeranordnungen als Arbeitsmedium ein Gas mit hoher spezifischerGaskonstante aufweist, insbesondere Helium, können die Strömungsverluste beim Transportdes Gases zwischen den Zylindern verringert werden, da die bewegte Masse klein bleibenkann. Weiters kann dadurch bei gleicher durch die Kammeranordnung umgewandelter Energieder Bauraum der Kammeranordnung verkleinert werden. Besonders vorteilhaft ist es selbstver¬ständlich, wenn mehrere oder sogar sämtliche Kammeranordnungen ein entsprechendes Ar¬beitsmedium aufweisen, jedoch können auch verschiedene Arbeitsmedien verwendet werden.Andererseits ist auch die Verwendung von Luft als Arbeitsmedium mit Vorteilen verbunden;beispielsweise ist - je nach Arbeitsdruck - die Dichtheit der Kammeranordnung weniger proble¬matisch, da ein Austritt von Luft in die Umgebung im Allgemeinen unkritisch ist.

[0037] Weiters ist es vorteilhaft, wenn das Federelement ein magnetisches, mechanisches odergasförmiges Federelement ist.

[0038] Die bei den notwendigen Linearbewegungen der Kolben beispielsweise auf einen Un¬tergrund bzw. auf ein Lager der Kolbenmaschine übertragenen Kräfte führen naturgemäß, z.B.aufgrund von unvermeidbaren Dämpfungen etc., zu Verlusten, welche verringert werden kön¬nen, wenn zumindest eine weitere, im Wesentlichen zur Kammeranordnung identische Kam¬meranordnung mit Kolben vorgesehen ist, wobei sich die Massenträgheitswirkungen der Kolbensamt damit verbundenen Elementen aller Kammeranordnungen im Wesentlichen aufheben. Diewesentlichen Massenträgheitswirkungen sind dabei insbesondere die Massenträgheitskräfteder Kolben, und die der mit den Kolben verbundenen Elemente, wobei auch Massenträgheits¬momente, beispielsweise der Betätigungsmittel, eingeschlossen sind.

[0039] Es ist weiters vorteilhaft, wenn zumindest zwei verschiedenen Kammeranordnungenangehörende Kolben mit einem gemeinsamen Betätigungsmittel verbunden sind. Vorzugsweisesind die mit einem gemeinsamen Betätigungsmittel verbundenen Kolben artverwandt, d.h. diedurch sie erreichten Volumensänderungen gehören zu gleichartigen Zustandsänderungen inden verschiedenen Kammeranordnungen. Das gemeinsame Betätigungsmittel kann beispiels¬weise eine symmetrische Bewegung der Kolben verschiedener Kammeranordnungen bewirken,wobei die Synchronisation der Bewegungen auf natürliche Weise durch die Einheit des Betäti¬gungsmittels garantiert ist.

[0040] Bei dem oben genannten Verfahren zum Betreiben einer Kolbenmaschine der bisherbeschriebenen Art ist es besonders günstig, wenn ein Arbeitsvolumen der Kammeranordnung, welches im Wesentlichen die Summe der ihm zugeordneten, miteinander zusammenhängen¬den Teil-Arbeitsvolumina ist, zu jedem Zeitpunkt im Wesentlichen auf die ihm zugeordnetenTeil-Arbeitsvolumina von einer oder zwei der Kammern verteilt ist. Bei einer solchen Verteilung,d.h. wenn zu einem bestimmten Zeitpunkt bzw. zu jedem beliebigen Zeitpunkt während einesDurchlaufes des Kreisprozesses etwaige dritte oder weitere Kammern derselben Kammerano¬rdnung ein Teil- Arbeitsvolumen von im Wesentlichen Null aufweisen, kann eine beinahe idealeund somit nahezu unverfälschte Zustandsänderung des Arbeitsmediums bzw. ein Kammer¬wechsel des Arbeitsmediums erzielt werden, was zur Erreichung des optimalen Wirkungsgradswünschenswert ist.

[0041] Um eine homogene Temperatur im gesamten Volumen des Arbeitsmedium zu erzielen,ist es günstig, wenn hinsichtlich des Durchlaufes die Dauer der Totphase von einem der Kolbenbzw. in der dem Kolben zugeordneten Kammer beinahe gleich oder größer der Dauer der sichzeitlich mit dieser Totphase zumindest teilweise überlappenden, dem Durchlauf zugeordnetennäherungsweise isothermen Zustandsänderung in einer der anderen an dem Durchlauf beteilig¬ten Kammern ist. Bei einem derartigen Ablauf findet die isotherme Zustandsänderung vorzugs¬weise zur Gänze in einer einzigen Kammer der Kammeranordnung statt.

[0042] Wenn innerhalb der Kammeranordnung hinsichtlich des Durchlaufes jede der daranbeteiligten Totphasen zumindest 15%, insbesondere zumindest 25%, der Zeit des Durchlaufesbeträgt, kann sich eine besonders gute und gleichmäßige Temperaturverteilung in der betref¬fenden Kammer bzw. dem ihr zugeordneten Kolben während einer der Totphasen einstellen,wodurch beispielsweise die in der Kammer im Anschluss an ihre Totphase folgende Zustands¬änderung des Arbeitsmediums besonders gut der gewünschten Soll- Zustandsänderung folgenkann.

[0043] Es ist vorteilhaft, wenn in einer der anderen an dem Durchlauf eines in der Kammerano¬rdnung ausgeführten Kreisprozesses beteiligten Kammern eine Zustandsänderung des Ar¬beitsmediums ungestört ausgeführt werden kann und weiters entspricht es einer klaren Zuord¬nung einer Kammer zu wenigen, unmittelbar aufeinander folgenden Zustandsänderungen,wenn jeder der an dem Durchlauf beteiligten Kolben in einer der ihnen zugeordneten Kammernmit direkter Verbindung zu genau einerweiteren der daran beteiligten Kammern hinsichtlich desDurchlaufes genau eine dem Durchlauf zugeordnete Totphase aufweist. Aus denselben Grün¬den ist es vorteilhaft, wenn jeder der an dem Durchlauf beteiligten Kolben in einer der ihnenzugeordneten Kammern mit durch das daran beteiligte Arbeitsmedium unidirektional durch-strömter direkter Verbindung zu genau zwei weiteren der daran beteiligten Kammern hinsicht¬lich des Durchlaufes genau eine dem Durchlauf zugeordnete Totphase aufweist.

[0044] Umgekehrt können mehrere gleichartige Zustandsänderungen, insbesondere wenn siekeinen Wärmeaustausch erforderlich machen, auch in derselben Kammer durchgeführt werden,so dass jeder der an dem Durchlauf beteiligten Kolben in einer der ihnen zugeordneten Kam¬mern mit durch das daran beteiligte Arbeitsmedium bidirektional durchströmter direkter Verbin¬dung zu zwei weiteren der daran beteiligten Kammern hinsichtlich des Durchlaufes zwei demDurchlauf zugeordnete Totphasen aufweist.

[0045] Eine besonders gute Annäherung an den Vergleichsprozess kann erzielt werden, wenndie gesamte Dauer aller dem Durchlauf zugeordneten Totphasen des Kolbens, der bei zumin¬dest einer der an dem Durchlauf beteiligten annähernd isentropen Zustandsänderungen mit¬wirkt, länger ist als die Totphase des Kolbens der bei einer der an dem Durchlauf beteiligtenannähernd isothermen Zustandsänderungen mitwirkt. Dementsprechend ist es günstig, wenn inSumme die beiden annähernd isentropen Zustandsänderungen des Durchlaufes schneller,insbesondere zumindest 2 mal schneller durchgeführt werden als in Summe die beiden demDurchlauf zugeordneten annähernd isothermen Zustandsänderungen. Dadurch kann demWärmeaustausch während der isothermen Zustandsänderung genügend Zeit gegeben werden,während einer Änderung der Entropie in der kurzen Zeit während der schnelleren isentropenZustandsänderungen entgegen gewirkt wird.

[0046] Bei dem vorliegenden Verfahren kann außerdem eine Anpassung des Arbeitsvolumens während des Betriebs der gegenständlichen Kolbenmaschine vorgenommen werden, wennzumindest eine thermodynamische Zustandsgröße eines der in der Kammeranordnung befindli¬chen Arbeitsmedien ermittelt wird und der zeitliche Verlauf eines der Arbeitsvolumina zumindesteiner der Kammeranordnungen, welches im Wesentlichen die Summe der ihm zugeordneten,miteinander zusammenhängenden Teil-Arbeitsvolumina ist, als Funktion der zumindest einenermittelten Zustandsgröße geändert wird, wodurch der angenäherte Carnot-Prozess modifiziertund besser an veränderliche Randbedingungen, wie beispielsweise die zur Verfügung stehendeWärmeenergie, angepasst werden kann. Dies bedeutet, dass abfolgende Durchläufe des Kreis¬prozesses in Bezug auf ihre Zustandspunkte unterschiedlich sein können.

[0047] Anstelle der direkten Ermittlung einer thermodynamischen Zustandsgröße bzw. zusätz¬lich kann zumindest eine Messgröße, insbesondere die Position von einem der Kolben, die aufeinen der Kolben wirkende Kraft durch das Arbeitsmedium oder die für den Kreisprozess zurVerfügung stehende obere oder untere Prozesstemperatur, ermittelt werden, die mit einer ther¬modynamischen Zustandsgröße eines der in der Kammeranordnung befindlichen Arbeitsme¬dien zusammenhängt, und der zeitliche Verlauf eines der Arbeitsvolumina zumindest einer derKammeranordnungen, welches im Wesentlichen die Summe der ihm zugeordneten, miteinan¬der zusammenhängenden Teil-Arbeitsvolumina ist, als Funktion der zumindest einen ermitteltenMessgröße geändert werden. Dabei ist es belanglos, ob aus der ermittelten Messgröße tatsäch¬lich eine thermodynamische Zustandsgröße abgeleitet wird und/oder ob dafür noch andereMessgrößen oder Spezifikationen erforderlich wären.

[0048] Die Erfindung wird nachfolgend anhand von besonders bevorzugten Ausführungsbei¬spielen, auf die sie jedoch nicht beschränkt sein soll, und unter Bezugnahme auf die Zeichnungnoch weiter erläutert. In der Zeichnung zeigen dabei im Einzelnen: [0049] Fig. 1 eine schaubildliche Ansicht einer erfindungsgemäßen Kolbenmaschine mit drei Kolben, die jeweils mit einer Kurvenscheibe verbunden sind; [0050] Fig. 2 eine schaubildliche Ansicht eines alternativen Wärmeübertragungskör¬ pers für den Einsatz in einer Kammer einer erfindungsgemäßen Kol¬benmaschine; [0051] Fig. 3a eine schaubildliche Ansicht eines spiralenförmigen Wärmeübertra¬ gungskörpers; [0052] Fig. 3b bzw. 3c jeweils schaubildliche Teilschnittansichten des Wärmeübertragungs¬ körpers gemäß Fig. 3a in einer Kammer in einer teilweise offenen bzw.einer vollständig komprimierten Stellung; [0053] Fig. 4a bzw. 4b schematische Grundrisse zweier verschiedener Kammergeometrien, mit kreisrunden bzw. elliptischen Grundflächen; [0054] Fig. 5 eine schaubildliche Ansicht eines Rollelements mit seitlichen Füh¬ rungsrollen; [0055] Fig. 6 eine teilweise Schnittansicht eines alternativen Rollelements mit zwei

Profilrollen; [0056] Fig. 7 eine schematische Ansicht einer drehsymmetrischen Kurvenscheibe, mit welcher drei Kolben verbunden sind, entlang einer Drehachse; [0057] Fig. 8 eine schematische Teilschnittansicht durch eine Vorrichtung mit zwei artverwandten Kolben verschiedener Kammeranordnungen, einer ge¬meinsamen Motor-Generator-Einheit und zwischengeschaltetem Zahn¬radgetriebe und links-/rechtsläufigem Doppelkugelgewindetrieb; [0058] Fig. 9 ein Temperatur-Entropie-Diagramm des idealen Carnot- Prozesses; [0059] Fig. 10 ein Druck-Volumen-Diagramm des idealen Carnot- Prozesses; [0060] Fig. 11 ein Diagramm der verschiedenen Teil-Arbeitsvolumina einer Kammer¬ anordnung mit drei Kammern als Funktion der Zeit während eines Pro¬zessdurchlaufes; [0061] Fig. 12 ein Diagramm der verschiedenen Teil-Arbeitsvolumina einer Kammer¬ anordnung mit zwei Kammern als Funktion der Zeit während einesProzessdurchlaufes; [0062] Fig. 13 ein Diagramm der verschiedenen Teil-Arbeitsvolumina einer Kammer¬ anordnung mit zwei Kammern als Funktion der Zeit während einesProzessdurchlaufes, wobei die Zustandsänderungen im Vergleich zuFig. 12 in anderen Kammern stattfinden; [0063] Fig. 14 eine weitere Variante des zeitlichen Verlaufs der einzelnen Teil-

Arbeitsvolumina; und [0064] Fig. 15 ein Diagramm der verschiedenen Teil-Arbeitsvolumina einer Kammer¬ anordnung mit vier Kammern als Funktion der Zeit während eines Pro¬zessdurchlaufes.

[0065] In Fig. 1 ist eine Kolbenmaschine 1 zur Umwandlung von Wärme in Arbeit oder zum

Heizen oder Kühlen durch Aufwendung von Arbeit gezeigt. Die Kolbenmaschine 1 besitzt dreiKammern 2, 3, 4 mit jeweils einem der jeweiligen Kammer 2, 3, 4 zugeordneten Kolben 5, 6, 7.Die drei Kammern 2, 3, 4 bilden zusammen die einzige Kammeranordnung 8 der Kolbenma¬schine 1. Die Kammern 2, 3, 4 sind durch Verbindungskanäle 9, 10 zwischen den Kammern 2und 3 bzw. 3 und 4 verbunden, wobei zwischen den beiden äußeren Kammern 2, 4 kein direk¬ter Verbindungskanal existiert, sondern diese beiden Kammern 2, 4 nur durch die mittlereKammer 3 hindurch miteinander kommunizieren. Die die Kammern 2, 3, 4 verbindenden Ver¬bindungskanäle 9, 10 sind zur Vermeidung von Schadraum (Totraum) mit möglichst kleinen, jedoch den Anforderungen einer tunlichst widerstandslosen Durchströmbarkeit gerechten Vo¬lumina ausgestattet.

[0066] In jeder Kammer 2, 3, 4 ist ein einziger Kolben 5, 6, 7 angeordnet. Die Querschnitte derKolben 5, 6, 7 sind jedoch zwischen den Kammern 2, 3, 4 unterschiedlich. Jeder Kolben 5, 6, 7ist mit einem Betätigungsmittel in Form einer Kurvenscheibe 11, 12, 13 verbunden, wobei diedrei Kurvenscheiben 11, 12, 13 mit einer gemeinsamen Achse 14 drehfest verbunden sind. DieKurvenscheiben 11, 12, 13 steuern die Bewegung des jeweiligen Kolbens 5, 6, 7 bzw. sind fürdie Kraftübertragung vom und zum Kolben 5, 6, 7 eingerichtet. Die Achse 14 der Kurvenschei¬ben 11, 12, 13 ist in einem Rahmengestell 15 gelagert, welches zugleich die Kammeranord¬nung 8 trägt. Die Kolben 5, 6, 7 sind dabei senkrecht über der Achse 14 der Kurvenscheiben11, 12, 13 angeordnet und über Verbindungselemente 16 mit den Kurvenscheiben 11, 12, 13verbunden.

[0067] Die Verbindung der Kolben 5, 6, 7 mit den Kurvenscheiben 11, 12, 13 funktioniert haupt¬sächlich über bogenförmige Rollelemente 17, welche an den Kurvenscheiben 11, 12, 13 gela¬gert sind und über Kolbenstangen 18 mit den Kolben 5, 6, 7 in Verbindung stehen.

[0068] Die Rollelemente 17 (vgl. Fig. 5 für eine detaillierte Darstellung) sind außerdem auch anseitlichen Führungsschienen 19 gelagert, um etwaige Verluste bei der Kraftübertragung, bei¬spielsweise in Form von seitlichen Kraftkomponenten, zu verhindern.

[0069] Jeweils zwei seitlich an den Rollelementen 17 angebrachte Führungsrollen 20 (vgl. Fig.5) stehen mit einer Führungsschiene 19 auf jeder Seite in Kontakt.

[0070] Die Kurvenscheiben 11, 12, 13 weisen umfangseitig abschnittsweise eine mit radialveränderlichem Abstand zur Drehachse 14 der Kurvenscheibe 11, 12, 13 offene Profilnut 21auf, in die jeweils eine Profilrolle 22 der Rollelemente 17 eingreift. Die Profilnut 21 wird dabeidurch eine im Vergleich zur Kurvenscheibe 11, 12, 13 dünnere Seitenwand 23, welche dieKurvenscheibe 11, 12, 13 radial nach außen vergrößert, und durch eine im Wesentlichen demAußenrand 24 der Kurvenscheibe 11, 12, 13 im Verlauf folgende Außenwand 25 gebildet. Die

Funktion der Außenwand 25 ist es dabei, neben den von der Kurvenscheibe 11, 12, 13 ausge¬übten Druckkräften auf den Kolben 5, 6, 7 auch Zugkräfte ausüben zu können. In Abschnitten26, welche jeweils einer Totphase des der jeweiligen Kurvenscheibe 11, 12, 13 zugeordnetenKolbens 5, 6, 7 entsprechen, d.h. einer vollständig in die jeweilige Kammer 2, 3, 4 geschobenenStellung des Kolbens 5, 6, 7, kann die Profilnut 21 deshalb unterbrochen und die Profilrolle 22lediglich am Außenrand 24 der Kurvenscheibe 11, 12, 13 gelagert sein, da ausgehend vondieser Position keine Zugkräfte seitens des Kolbens 6, 7 möglich sind.

[0071] Die Oberseite jedes Rollelements 17 ist starr über ein Justierelement 27, mittels dem derAbstand zwischen dem Rollelement 17 und dem Kolben 5, 6, 7 exakt einstellbar ist, mit einerKolbenstange 18 verbunden. Am anderen Ende der Kolbenstange 18 ist der eigentliche Kolben5, 6, 7 angeordnet, wobei die drei Kolben 5, 6, 7 ihren unterschiedlichen Aufgaben entspre¬chend unterschiedlich konstruiert sind. Zwei der Kolbenstangen 18 der Kolben 5, 6 sind mit jeeinem Mantel 18' umgeben, welcher die Kolbenstange gegenüber der Umgebung thermischisoliert.

[0072] Der linke Kolben 5 ist in einer warmen Kammer 2 angeordnet, d.h. die Arbeitstemperaturdieser Kammer 2 ist höher als die der kalten Kammer 4 auf der rechten Seite. Dementspre¬chend ist der Kolben 5, wie auch die Seitenwand 28 der warmen Kammer 2 nach außen isoliert,was durch Isolationsschichten 29 angedeutet ist, wobei in der Isolationsschicht 29 mehrereverspiegelte Wärmeschutzbleche integriert sind, um eine Wärmeübertragung durch Strahlungzu minimieren. Die Isolationsschicht 29 selbst besteht aus Aerogel. Es besteht aber auch dieMöglichkeit das Aerogel zu entfernen und den dadurch frei werdenden Raum zu evakuieren, dadieser Raum stabil und luftdicht ausgeführt ist. Anstelle des Aerogels können aber auch andereverfügbare Isolationsmaterialien wie beispielsweise Mineralwolle verwendet werden. Zudemsind die linke und mittlere Kammer 2, 3 der Kammeranordnung 8 lediglich jeweils über dreiStifte 29', welche ihrerseits hohl sind und aus einem Material mit schlechter Wärmeleitfähigkeitbestehen, distanziert mit dem Grundkörper 8' der Kammeranordnung 8 verbunden. Die innereOberfläche des Grundkörpers 8' der Kammeranordnung 8 und die äußere Oberfläche der linkenund mittleren Kammer 2, 3 spannen sozusagen zwischen ihnen den Raum auf, welcher von derIsolationsschicht 29 eingenommen wird. Im oberen Teil der Kammer 2 ist ein Wärmeübertra¬gungskörper 30 fest angeordnet, welcher von einem Heizraum 31 umgeben ist. Der Wärme¬übertragungskörper 30 trennt somit den Heizraum 31 von der übrigen Kammer 2 bzw. vom Teil-Arbeitsvolumen 33 der warmen Kammer 2. Zur zum Kolben 5 gewandten Unterseite hin weistder Wärmeübertragungskörper 30 Wärmeübertragungsflächen 34 zur Vergrößerung der Ober¬fläche der warmen Kammer 2 auf, indem die untere Oberfläche einem gezackten Verlauf folgt,wobei die schrägen in der warmen Kammer 2 befindlichen Wärmeübertragungsflächen 34 derZacken so angeordnet sind, dass deren obere und untere Kanten 35, 36 jeweils in einer Ebeneliegen und in der Draufsicht mit der Achse eines Verbindungskanals 9 zur mittleren Kammer 3einen rechten Winkel einschließen. An der gegenüberliegenden Oberseite des Kolbens 5 ist einkomplementärer Wärmeübertragungskörper 37 angeordnet, der folglich ebenfalls gezackt istund mit dem Kolben 5 bewegt wird, wobei dessen Zacken schlüssig in die Zwischenräume derZacken des oberen Wärmeübertragungskörpers 30 einführbar sind, so dass bei vollständig indie Kammer 2 geführtem Kolben 5 im Wesentlichen kein Totraum zwischen den Wärmeübertra¬gungskörpern 30, 37 verbleibt. Demzufolge ist das Teil-Arbeitsvolumen der warmen Kammer 2durch die beiden Wärmeübertragungskörper 30, 37 und die innere Oberfläche der Seitenwand28 der Kammer 2 bzw. des Zylinders begrenzt. Der Heizraum 31 weist beidseitig Leitungsan¬schlüsse 38, 39 auf, welche den Zu- und Abtransport eines Heizmediums, beispielsweise war¬mer Luft oder Flüssigkeit, in bzw. aus dem Heizraum 31 ermöglichen, so dass die Temperaturdes oberen Wärmeübertragungskörpers 30 sowie des unteren Wärmeübertragungskörpers 37,welcher mit ersterem während einer Totphase über eine große Fläche in Kontakt steht, prak¬tisch auf jene des Heizmediums gebracht werden kann. Dabei weisen sowohl die Leitungsan¬schlüsse 38, 39 wie auch die obere Seite des Heizraums 31 die gleiche Isolierung 29 auf wiedie Seitenwand 28 der warmen Kammer 2 und der Kolben 5.

[0073] Der Verbindungskanal 9 zur mittleren Kammer 3 ist in der Seitenwand 28 der warmen

Kammer 2 etwa auf Höhe der Unterkanten 36 der Zacken des oberen, unbeweglichen Wärme¬übertragungskörpers 30 angeordnet. Um bei der Kompression der warmen Kammer 2 denFluss des Arbeitsmediums durch den Verbindungskanal 9 und in die mittlere Kammer 3 zuerleichtern, sind die unteren Spitzen des oberen Wärmeübertragungskörpers 30 sowie die Füße(d.h. im unteren Bereich der Zacken) des unteren Wärmeübertragungskörpers 37 von schmalenDurchtrittskanälen 40 durchsetzt, welche eine Abkürzung des Flusses des Arbeitsmediumsermöglichen. Bei einer vollständig komprimierten Stellung des Kolbens 5, d.h. wenn der Kolben5 vollständig in die Kammer 2 eingeführt ist (vgl. Kolben 7 in der kalten Kammer 4), münden dieDurchtrittskanäle 40 der beiden Wärmeübertragungskörper 30, 37 jeweils in Durchtrittskanäle40 des jeweils anderen Wärmeübertragungskörpers 37, 30. Vorzugsweise liegen in dieserStellung alle Durchtrittskanäle 40 in einer Ebene und auf der Höhe des Verbindungskanals 9.

[0074] Die mittlere Kammer 3, welche durch den kurzen Verbindungskanal 9, welcher lediglichlang genug ist, um die Seitenwände 28, 41 der warmen Kammer 2 und der mittleren Kammer 3auf kürzestem Weg zu durchqueren, mit der warmen Kammer 2 verbunden ist, weist ebenfallseine kreisrunde Grundfläche auf, die jedoch mehr als doppelt so groß ist wie jene der warmenKammer 2. Der Verbindungskanal 9 steckt dabei jeweils mit einem kugelförmigen Ende gelen¬kig und etwas verschiebbar in den Seitenwänden 28, 41 der warmen Kammer 2 und der mittle¬ren Kammer 3, wodurch eine geringfügige Positionsänderung der warmen und mittleren Kam¬mer 2, 3 während des Betriebes berücksichtigt wird. Der Innenraum der mittleren Kammer 3 istrein zylindrisch, d.h. es sind keinerlei Wärmeübertragungsflächen zur Vergrößerung der Ober¬fläche vorgesehen. Im Gegenteil ist sowohl die Seitenwand 41 der Kammer 3 als auch dieobere Innenfläche sowie die Innenseite des Kolbens 6, d.h. die dem Teil-Arbeitsvolumen dermittleren Kammer 3 zugewandte Seite des in der Kammer 3 angeordneten Kolbens 6, isoliert,so dass ein Wärmeaustausch mit dem Arbeitsmedium so weit wie möglich vermieden wird. DerKolben 6 reduziert in der dargestellten komprimierten Stellung das verfügbare Teil- Arbeitsvo¬lumen der Kammer 3 im Wesentlichen auf Null, wobei die flache Oberseite des Kolbens 6 ander oberen flachen Innenseite der Kammer 3 schlüssig anliegt. Damit bei der Kompression dasArbeitsmedium problemlos die Kammer 3 verlassen kann, ist die obere flache Innenseite derKammer 3 auf der Höhe des Verbindungskanals 9 zur warmen Kammer 2 angeordnet.

[0075] Gegenüberliegend dem Verbindungskanal 9 zur warmen Kammer 2 weist die Seiten¬wand 41 der mittleren Kammer 3 einen weiteren Verbindungskanal 10 auf, welcher das Teil-Arbeitsvolumen der mittleren Kammer 3 mit jenem der kalten Kammer 4 verbindet. Die beidenVerbindungskanäle 9, 10 liegen vorzugsweise auf derselben Höhe und in diesem Beispiel sogarauf einer Linie. Zum verbesserten Abtransport des Arbeitsmediums weist die obere Innenseiteder Kammer 3 eine umfangseitige Vertiefung in der Art einer äußeren Abflussrinne 42 auf, sodass vom Kolben 6 während der Kompression nach außen gedrängtes Arbeitsmedium durchdie ringförmige Abflussrinne 42 zu einem der seitlichen Verbindungskanäle 9, 10 gelangenkann. Diese Abflussmöglichkeit ist insbesondere deshalb vorteilhaft, da je nach Position imKreisprozess jeweils nur der Abfluss durch einen der beiden der Verbindungskanäle 9, 10 vor¬gesehen bzw. möglich ist, so dass das Arbeitsmedium durch die Abflussrinne 42 auch von einerSeite besser zur anderen gelangen kann.

[0076] Die mit der mittleren Kammer 3 verbundene und der warmen Kammer 2 gegenüberlie¬gende kalte Kammer 4 weist mit der warmen Kammer 2 vergleichbare Wärmeübertragungskör¬per 43, 44 auf, deren gezackte Oberfläche schräge Wärmeübertragungsflächen 45 zur Vergrö¬ßerung der Oberfläche der Kammer-Innenseite bildet. Im Unterschied zur warmen Kammer 2 isthier weder die Seitenwand 46 der Kammer 4 noch deren Oberseite 47 oder der Kolben 7 nachaußen isoliert.

[0077] Im Gegenteil sind nach allen Seiten Konvektoren 48 mit der Kammer 4 und dem Kolben7 verbunden, so dass die Arbeitstemperatur der kalten Kammer 4 möglichst gleich der Umge¬bungstemperatur der Kolbenmaschine 1 gehalten werden kann. Die Konvektoren 48 haben einegrundsätzlich mit den Wärmeübertragungskörpern 43, 44 vergleichbare, gezackte Form, wobeideren Kanten jedoch im rechten Winkel auf die Kanten der in der Kammer 4 angeordnetenWärmeübertragungskörper 43, 44 ausgerichtet sind. Anstelle der Konvektoren 48 könnten selbstverständlich auch andere bekannte Wärmetauscher zum Einsatz kommen.

[0078] Dreht sich die Achse 14 in die eine Richtung, sodass der angenäherte Carnot-Prozessrechtsläufig durchfahren wird, so kann die erfindungsgemäße Kolbenmaschine 1 als Kraftma¬schine (Motor) betrieben werden, wobei an der Achse 14 mechanische Arbeit abgegeben wird,der warmen Kammer 2 (dem Arbeitsmedium) bei der oberen Prozesstemperatur Wärme zuge¬führt wird und die kalte Kammer 4 bei der unteren Prozesstemperatur Wärme als sogenannteAbwärme an die Umgebung abgibt, um die Entropiebilanz auszugleichen. Dreht sich die Achse14 in die andere Richtung, sodass der angenäherte Carnot-Prozess linksläufig durchfahrenwird, so kann die erfindungsgemäße Kolbenmaschine 1 als Arbeitsmaschine (Kältemaschine,Wärmepumpe) betrieben werden, wobei an der Achse 14 mechanische Arbeit zugeführt wird,der kalten Kammer 4 bei der unteren Prozesstemperatur Wärme zugeführt wird bzw. die kalteKammer 4 der äußeren Umgebung bei der unteren Prozesstemperatur Wärme entzieht und diewarme Kammer 2 bei der oberen Prozesstemperatur Wärme als Nutzwärme oder Abwärme, jenach Anwendung und Betrachtungsweise, abgibt, um die Entropiebilanz wiederum auszuglei¬chen. Die Formen bzw. Konturen der Kurven scheiben 11, 12, 13 bzw. die von diesen festgeleg¬ten Bewegungsprofilen sind nicht nur jeweils zwischen den äußeren Kammern 2, 4 und dermittleren Kammer 3 sondern auch zwischen den äußeren Kammern 2, 4 unterschiedlich, wobeisich der Unterschied der Bewegungsprofile der den äußeren Kammern 2, 4 zugeordnetenKolben 5, 7 vor allem durch ihren gegenläufigen Richtungssinn zeigt.

[0079] In Fig. 2 ist ein girlandenartiger Wärmeübertragungskörper 49 in einer teilweise expan¬dierten Stellung gezeigt. Wie aus der Abbildung eindeutig ersichtlich, übersteigt die Oberflächedieses Wärmeübertragungskörpers 49 seine Grundfläche um ein Vielfaches.

[0080] Der girlandenartige Wärmeübertragungskörper 49 ist aus einem Stapel mehrerer ring¬förmiger Scheiben 50 aufgebaut, welche untereinander nach beiden Seiten, d.h. mit den beidenbenachbarten Scheiben 50, verbunden sind. Der Außenumfang aller Scheiben 50 ist dabeigleich, jedoch nimmt der Radius des inneren Randes 51 von oben nach unten im Stapel zu, d.h.die unterste ringförmige Scheibe 50 ist schmäler als die Scheiben 50 darüber. Die girlandenar¬tige Struktur wird dadurch erzielt, dass die Verbindungen 52 zu den benachbarten Scheiben 50jeweils nur entlang einer durch den Mittelpunkt der Scheiben 50 verlaufenden Verbindungsliniegebildet sind und die Verbindungslinien an der Ober- und Unterseite jeder Scheibe 50 sichqueren, insbesondere im rechten Winkel.

[0081] Eine Variante eines girlandenartigen Wärmeübertragungskörpers 49 ist in Fig. 3a ge¬zeigt, wobei dieser Wärmeübertragungskörper 53 im Wesentlichen die Form einer Spirale auf¬weist. In einer teilweise expandierten Stellung, wie in Fig. 3a abgebildet, trägt jede Windung derSpirale zur Vergrößerung der Oberfläche bei, d.h. die Flächen jeder einzelnen Windung bildendie Wärmeübertragungsflächen 54 für ein dazwischen vorhandenes bzw. die Spirale umhüllen¬des Arbeitsmedium. Wie auch bei dem zuvor beschriebenen Wärmeübertragungskörper 49nimmt der Innenradius der Spirale von oben nach unten zu, so dass die Spirale einen koni¬schen Innenraum 55 bildet.

[0082] In Fig. 3b und 3c ist der spiralförmige Wärmeübertragungskörper 53 gemäß Fig. 3a ineiner Kammer 56 mit einem Kolben 57 angeordnet dargestellt. Anstelle des spiralförmigenWärmeübertragungskörpers 53 könnte hier ebenso gut der Wärmeübertragungskörper 49 ge¬mäß Fig. 2 eingesetzt werden, so dass die folgende Beschreibung für den anderen Wärmeüber¬tragungskörper 49 analog anwendbar ist. Der gezeigte Wärmeübertragungskörper 53 kannsowohl nach oben hin mit der Innenseite der Kammer 56 als auch nach unten hin mit der Ober¬seite des Kolbens 57 verbunden sein. Eine derartige Verbindung ist erforderlich, wenn dieStellung des freien Zustandes des Wärmeübertragungskörpers 53 kleiner ist als die maximalexpandierte Stellung in der Kammer 56, da in diesem Fall der Wärmeübertragungskörper 53entgegen der von ihm ausgeübten Federkraft auseinander gezogen werden muss. In Fig. 3b isteine teilweise expandierte Stellung gezeigt. Im Inneren des Wärmeübertragungskörpers 53 istein konischer Zapfen 58 ersichtlich, welcher in den vom Wärmeübertragungskörper 53 gebilde¬ten konischen Innenraum 55 hinein ragt, wobei der Radius des Zapfens 58 an dessen Untersei- te 59 dem Innenradius der untersten Schicht 60 des Wärmeübertragungskörpers 53 entspricht.Außerdem entspricht der Radius des Zapfens 58 am oberen Ende 61 dem Innenradius derobersten Schicht 62 des Wärmeübertragungskörpers 53. Somit füllt der Zapfen 58 in einerkomprimierten Stellung den Wärmeübertragungskörper 53 vollständig aus, wie in Fig. 3c zuerkennen ist. Dabei liegen die Schichten 63 des Wärmeübertragungskörpers 53 direkt aneinan¬der an, so dass im Wesentlichen kein Totraum in der betreffenden Kammer 56 verbleibt.

[0083] Anstelle der bisher dargestellten zylindrischen Grundflächen sind für die Kammernselbstverständlich auch andere Formen denkbar. Beispielsweise zeigen die Fig. 4a und 4b eineGegenüberstellung zweier Kammern 64, 65 bzw. 66, 67 mit kreisrunden bzw. elliptischenGrundflächen, wobei die Flächen dem Betrag nach gleich sind. Wie aus der Gegenüberstellungerkennbar ist, ist bei gleich langen Verbindungskanälen 68 bzw. 69 zwischen den zueinanderzugewandten Seitenwänden der elliptischen Kammern 66, 67 mehr Platz als bei den kreisrun¬den Kammern 64, 65, so dass die elliptischen Kammern 66, 67 besser thermisch voneinanderisoliert werden können als die kreisrunden Kammern 64, 65.

[0084] In Fig. 5 ist eines der Rollelemente 17 gemäß Fig. 1 vergrößert dargestellt. Das Rollele¬ment 17 besteht im Wesentlichen aus einem bogen- bzw. brückenförmigen Grundkörper 70 mitzwei Seitenwänden 71,72 und einem Brückenelement 73, welches die beiden Seitenwände 71,72 verbindet. Zwischen den beiden Seitenwänden 71, 72 ist an einer Seite eine Profilrolle 22gelagert, so dass zwischen der Profilrolle 22 und der gegenüberliegenden Seitenwand 72 einAbstand verbleibt. An der Außenseite der beiden Seitenwände 71, 72 sind jeweils zwei kleinereFührungsrollen 20 gelagert, deren Achsen gegenüber einer Achse der Profilrolle 22 angewinkeltsind, jedoch mit dieser vorteilhaft in einer Ebene liegen. Sämtliche Rollen 22, 20 sind mit weit¬gehend reibungsfreien Kugellagern ausgestattet. An der Oberseite des Brückenelements 73 istein Anschlussstift 74 gebildet, welcher eine Durchtrittsöffnung 75, beispielsweise für einenKupplungszapfen, aufweist, und für die Verbindung mit einer Kolbenstange 18 (vgl. Fig. 1)eingerichtet ist.

[0085] Eine verbesserte Variante des Rollelements 17 gemäß Fig. 5 ist in Fig. 6 gemeinsam miteiner Schnittansicht der Profilnut 21 einer Kurvenscheibe 11 gezeigt, wobei dieses Rollelement76 anstelle einer einzelnen Profilrolle 22 zwei unabhängige Profilrollen 77, 78 unterschiedlichenDurchmessers aufweist. Die größere Profilrolle 78 ist dabei zur Anlage an einem Außenrand 24der Kurvenscheibe 11 eingerichtet, während die kleinere Profilrolle 77 zur Anlage an der Au¬ßenwand 25 der Profilnut 21 eingerichtet ist. Dementsprechend rotieren die beiden Profilrollen77, 78 bei einer Bewegung der Kurvenscheibe 11 in entgegengesetzte Drehrichtungen. DerVorteil einer derartigen Rollenanordnung liegt darin, dass die beiden Profilrollen 77, 78 - imGegensatz zu einer einzelnen Profilrolle 22, die abwechseln am Außenrand 24 der Kurven¬scheibe 11 und an der Außenwand 25 der Profilnut 21 anliegt - ihre Drehrichtung zu keinemZeitpunkt während einer vollständigen Umdrehung der Kurvenscheibe 11 ändern müssen.

[0086] In Fig. 7 ist schematisch eine Erweiterungsmöglichkeit der Kolbenmaschine 1 gemäßFig. 1 gezeigt. Dabei können neben der in Fig. 1 gezeigten Kolbenanordnung 8 zwei weitereKolbenanordnungen 79, 80 symmetrisch um die Drehachse 81 der Kurvenscheibe 82 angeord¬net sein, wobei drei gleichartige Kolben 83, 84, 85 der verschiedenen Kolbenanordnungen 8,79, 80 mit einer gemeinsamen Kurvenscheibe 82 verbunden sind. Die Kurvenscheibe 82 weistdabei eine den Kolbenanordnungen 8, 79, 80 entsprechende Symmetrie, in diesem Fall einedreizählige Drehsymmetrie, auf. Bei einer derartigen Kolbenmaschine 86 werden in den Kam¬meranordnungen 8, 79, 80 zeitgleich die gleichen Zustandsänderungen gleicher Kreisprozesseausgeführt, wodurch auf die Kurvenscheibe 82 immer gleich große und symmetrisch auf dieKurvenscheibe 82 gerichtete Kräfte wirken, so dass keine resultierende radiale Kraft auf dieDrehachse 81 wirkt und somit Verluste, beispielsweise in den Lagern der Drehachse 81, redu¬ziert werden können und ein nahezu vibrationsloser Betrieb einer derartigen Kolbenmaschinegegeben ist. Des Weiteren heben sich auch die Massenträgheitswirkungen der Kolben 83, 84,85 der Kammeranordnungen 8, 79, 80 auf. Um eine gleichartige Wirkung mittels eines anderenAufbaus zu erreichen, könnte anstelle der Kurvenscheibe 82 ein Kurvenring mit einem aminneren Durchmesser platzierten Kurvenelement verwendet werden, wobei sich die symmet¬ risch angeordneten Kammeranordnungen mittig um die Drehachse des Ringes befänden, wobeidie Rollelemente nach außen auf die Kurvenelemente des Kurvenrings gerichtet wären.

[0087] Fig. 8 zeigt einen teilweise Schnittansicht einer Kolbenmaschine 87 mit gegenüberlie¬genden Kammeranordnungen, von denen hier lediglich schematisch die artverwandten Kolben88 mit ihrem gemeinsamen Betätigungsmittel 89, einer Motor-Generator-Einheit, welche sowohlzur Aufbringung als auch zur Aufnahme von Drehmomenten eingerichtet ist, gezeigt sind. DemBetätigungsmittel 89 und den dem Betätigungsmittel 89 zugeordneten Kolben 88 ist ein ge¬meinsames Zahnradgetriebe 90 mit den Zahnrädern 91, 92 und jeweils ein Kugelgewindetrieb93 zwischengeschaltet, wobei der eine linksläufig und der andere rechtsläufig ist. Beide Kugel¬gewindetriebe 93 weisen gleiche Steigung und Gangzahl auf, sind drehfest miteinander ver¬bunden bzw. sind als ein einziger Doppelkugelgewindetrieb mit gegenläufigen Gewinden zuverstehen, welcher über zwei Lagerstellen 94 gelagert ist. Die Muttern 95 sind jeweils über einzwischen zwei Rollen 96 gelagertes Führungsgestell 97 mit den Kolben 88 verbunden. Dielineare Bewegung zumindest eines der Kolben 88 wird dabei mithilfe einer Wegmessung 98aufgezeichnet. Bei dieser Anordnung heben sich die Massenträgheitskräfte der Kolben 88, ihregleiche Ausführung natürlich vorausgesetzt, sowie die damit starr verbundenen Elemente,deren gleiche Ausführung ebenfalls vorausgesetzt, auf.

[0088] Wie eingangs ausführlich dargelegt, ist der - grundsätzlich bekannte - Vergleichsprozessder erfindungsgemäßen Kolbenmaschine der Carnot-Prozess. Das in Fig. 9 gezeigte Diagramm99 beschreibt qualitativ den Zusammenhang zwischen Temperatur und Entropie des Arbeits¬mediums während eines Durchgangs des Kreisprozesses. Die dem Arbeitsmedium innewoh¬nende Entropie ist auf der Abszissenachse 100 aufgetragen, während die Temperatur desArbeitsmediums auf der Ordinatenachse 101 aufgetragen ist. Die vier Kanten 102, 103, 104,105 des rechteckigen Verlaufs 106 des Kreisprozesses repräsentieren jeweils eine Zustands¬änderung des Arbeitsmediums und verbinden vier Zustandspunkte 107 in den Ecken desRechtecks. Die zur Abszissenachse 100 parallelen Kanten 102, 104 entsprechend dabei iso¬thermen Zustandsänderungen 102, 104 bei einer oberen Temperatur To und einer unterenTemperatur Tu und die zur Ordinatenachse 101 parallelen Kanten 103, 105 entsprechen isen-tropen Zustandsänderungen 103, 105 bei verschiedenen Entropie-Niveaus. Je nachdem, ob dieKolbenmaschine 1 zur Umwandlung von Wärme in Arbeit bzw. zum Heizen oder Kühlen durchAufwendung von Arbeit eingesetzt wird, folgt der sich während des Prozesses veränderndethermodynamische Zustand des Arbeitsmediums dem Rechteck 106 im Uhrzeigersinn bzw.gegen den Uhrzeigersinn.

[0089] In Fig. 10 ist derselbe - grundsätzlich bekannte - Kreisprozess wie in Fig. 9 in einemanderen Koordinatensystem bzw. Diagramm dargestellt. An der Abszissenachse 108 dieses p-V-Diagramms 109 ist das Arbeitsvolumen des Arbeitsmediums und an der Ordinatenachse 110dessen Druck aufgetragen. Im Prozessdurchlauf aufeinander folgende Zustandspunkte 107liegen sowohl bei unterschiedlichen Druck- als auch Volumenniveaus, d.h. es gibt weder eineisobare noch eine isochore Zustandsänderung. Die beiden isothermen Zustandsänderungen102, 104 sind als durchgezogene Linien und die beiden isentropen Zustandsänderungen 103,105 als gestrichelte Linien eingezeichnet. Wie aus diesem Diagramm 109 besonders gut er¬sichtlich, sind bei dem dargestellten Carnot- Prozess die Volumenänderungen, den absolutenDifferenzwert betreffend, während der isothermen Zustandsänderungen 102, 104 unterschied¬lich groß, insbesondere ist die erforderliche Volumenänderung bei der höheren Temperatur To -d.h. in der warmen Kammer 2 - erheblich kleiner als jene bei der niedrigeren Temperatur Tu -d.h. in der kalten Kammer 4. Außerdem ist auch die Volumenänderung während der isentropenZustandsänderungen 103, 105 davon abhängig, ob es sich um die isentrope Kompression oderdie isentrope Expansion handelt: beispielsweise ist bei einer Wärmekraftmaschine (dargestellterProzess, rechtsdrehend) die Volumenänderung während der isentropen Kompression 105kleiner als während der isentropen Expansion 103. An der Abszissenachse 108 sind zum Ver¬gleich mit den folgenden Figuren die Arbeitsvolumina V1, V2, V3, V4 in den vier Zustandspunk¬ten 107 eingezeichnet und auf der Ordinatenachse 110 sind der Vollständigkeit halber die da¬zugehörenden Drücke p1, p2, p3, p4 eingezeichnet.

[0090] Die Fig. 11 bis 15 zeigen jeweils ein qualitatives Diagramm der Teil-Arbeitsvolumen derKammern einer Kammeranordnung der erfindungsgemäßen Kolbenmaschine in Abhängigkeitvon der Zeit und für einen vollständigen Durchlauf 113 bzw. vollständiges Arbeitsspiel. Auf derOrdinatenachse 111, auf der die Teil- Arbeitsvolumina aufgetragen sind, sind außerdem zurOrientierung jeweils die im Diagramm in Fig. 10 eingezeichneten Volumenniveaus V1, V2, V3,V4 bei den Zustandspunkten 107 eingezeichnet. Auf der Abszissenachse 112, auf der die Zeitbzw. die Position innerhalb des Durchlaufes 113 aufgetragen ist, sind außerdem die Zustands¬änderungen, wie in den Diagrammen in Fig. 9 und Fig. 10 bezeichnet, aufgetragen, wobeiwährend mancher Zeit-Abschnitte, etwa wenn das Arbeitsmedium in einem Zustandspunkt 107verharrt, keine Zustandsänderung stattfindet.

[0091] In Fig. 11 ist der Verlauf der Teil-Arbeitsvolumina der drei Kammern 2, 3, 4 bei einerKolbenmaschine 1 gemäß Fig. 1 dargestellt. Die durchgezogene Linie 114 repräsentiert dasTeil- Arbeitsvolumen bzw. dessen Verlauf in der warmen Kammer 2, die gestrichelte Linie 115das Teil-Arbeitsvolumen in der kalten Kammer 4 und die gepunktete Linie 116 das Teil-Arbeitsvolumen in der mittleren Kammer 3. Am Ursprung der Zeitachse 112 befindet sich dasArbeitsmedium zur Gänze in der warmen Kammer 2 und expandiert während des ersten Zeit¬abschnitts 102 (natürlich näherungsweise) isotherm, d.h. es wird Wärmeenergie zugeführt.Sobald die isotherme Expansion 102 abgeschlossen ist, wird das Arbeitsmedium aus der war¬men Kammer 2 in die mittlere Kammer 3 befördert, indem das Teil-Arbeitsvolumen der warmenKammer 2 komprimiert und jenes der mittleren Kammer 3 gleichzeitig mit derselben Rate ex¬pandiert wird. Der thermodynamische Zustand des Arbeitsmediums ändert sich währenddessennicht, d.h. trotz gleichbleibenden Arbeitsvolumens V2 stellt dieser Übergang keine isochoreZustandsänderung dar, weil dieser Vorgang aufgrund der kurzen Zeitdauer und der bereitsbeschriebenen Ausführung der mittleren Kammer 3 als adiabat zu verstehen ist. Sobald dasArbeitsmedium vollständig in die mittlere Kammer 3 befördert ist und das Teil-Arbeitsvolumen114 der warmen Kammer 2 somit auf Null gefallen ist, beginnt in der mittleren Kammer 3 dieisentrope Expansion 103 bzw. deren Zeitabschnitt, welche deutlich schneller als die isothermeExpansion 102 abläuft, so dass ein Wärmeaustausch möglichst vermieden wird. Sobald dasArbeitsmedium das maximale Arbeitsvolumen V3 erreicht hat, wird es - in analoger Weise wiezuvor - von der mittleren Kammer 3 in die kalte Kammer 4 befördert, wo anschließend die iso¬therme Kompression 104 stattfindet und Wärmeenergie vom Arbeitsmedium an die Kammer 4und in Folge an die Umgebung abgegeben wird. Danach wechselt das Arbeitsmedium erneut indie mittlere Kammer 3, in welcher nach dem Kammerwechsel die isentrope Kompression 105stattfindet. Nach einem erneuten Kammerwechsel zurück in die warme Kammer 2 beginnt dernächste Durchlauf 113. Wie aus dem Verlauf der Teil-Arbeitsvolumina ersichtlich ist, ist zujedem Zeitpunkt zumindest entweder das Teil-Arbeitsvolumen 114 der warmen Kammer 2 oderjenes 115 der kalten Kammer 4 im Wesentlichen Null. Während der isentropen Zustandsände¬rungen 103, 105 sind sogar beide Teil-Arbeitsvolumina 114, 115 im Wesentlichen Null. Außer¬dem kann aus dem Diagramm in Fig. 11 abgelesen werden, dass die beiden isentropen Zu¬standsänderungen 103, 105 erheblich weniger Zeit benötigen als die beiden isothermen Zu¬standsänderungen 102, 104, wobei die isentrope Expansion 103 zugleich den größten Volu¬menbereich und einen der kleinsten Zeitabschnitte überstreicht, sodass die Rate der Volu¬menänderung während der isentropen Expansion 103 eine der größten ist. Weiters ist aus demDiagramm in Fig 11 ersichtlich, dass sich das Arbeitsvolumen im Wesentlichen immer auf dieTeil- Arbeitsvolumina 114, 115, 116 von einer oder zwei Kammern 2, 3, 4 aufteilt.

[0092] Die Diagramme in Fig. 12 bis 14 zeigen Verläufe der Teil- Arbeitsvolumina einer Kol¬benmaschine mit einer oder mehreren Kolbenanordnungen mit jeweils lediglich zwei Kolben.Bei zwei Kammern kann es - im Unterschied zum in Verbindung mit Fig. 11 dargestellten Be¬trieb einer 3-Kammer-Maschine - keinen separaten Kolben für die isentropen Zustandsände¬rungen 103, 105 geben. Da die isentropen Zustandsänderungen 103, 105 somit in einer, einerder Prozesstemperaturen To, Tu unterliegenden und vorzugsweise Wärmeübertragungsflächen34, 45 aufweisenden Kammer 2, 4 stattfinden müssen, kann ein Wärmeaustausch nur über einemöglichst hohe Geschwindigkeit der Zustandsänderung 103, 105 unterbunden werden. Außer¬dem muss das Arbeitsmedium naturgemäß direkt von der warmen Kammer in die kalte Kammer bzw. umgekehrt befördert werden.

[0093] Bei dem Verfahren gemäß Fig. 12 findet nach der isothermen Expansion 102 auch dieisentrope Expansion 103 noch in der warmen Kammer statt und das Arbeitsmedium wird beimaximalem Volumen V3 während eines Kammerwechsels 117 in die kalte Kammer 4 befördert.Dort folgt der isothermen Kompression 104 auch noch die isentrope Kompression 105 bevor einKammerwechsel 118 zurück in die warme Kammer vollzogen wird. Die Kammerwechsel 117,118 folgen demgemäß immer einer isentropen Zustandsänderung 103, 105.

[0094] Im Unterschied zu Fig. 12 werden bei einem Verfahren gemäß Fig. 13 die Kammer¬wechsel 117, 118 vor den isentropen Zustandsänderungen 103, 105 durchgeführt. Demzufolgeläuft die isentrope Expansion 103 bereits in der kalten Kammer 4 unmittelbar vor der isothermenKompression 104 ab und nach einem Kammerwechsel 118 folgt die isentrope Kompression 105sowie direkt danach die nächste isotherme Expansion 102 in der warmen Kammer. DiesesVerfahren hat den Vorteil, dass nur die kalte Kammer das maximale Volumen V3 fassen mussund der Kammerquerschnitt entsprechend angepasst werden kann.

[0095] Während bei den bisherigen Verfahren und Betriebsmodi der Wechsel des Arbeitsmedi¬ums von einer Kammer in die nächste als eigener Arbeitsschritt - jedoch ohne Änderung desthermodynamischen Zustands des Arbeitsmediums - durchgeführt wird, findet bei dem Verfah¬ren gemäß Fig. 14 ein Kammerwechsel gleichzeitig mit einer isentropen Zustandsänderungstatt. An die isotherme Expansion 102, welche naturgemäß in der warmen Kammer vonstattengeht, beginnt sofort eine Kompression der warmen Kammer, welche mit einer deutlich schnelle¬ren Expansion der kalten Kammer einhergeht. Das Arbeitsvolumen wird somit in Summe er¬höht, was bei entsprechend hoher Geschwindigkeit eine isentrope Expansion annähert.

[0096] Am Ende dieses kombinierten Kammerwechsels 119 kann sofort die isotherme Kom¬pression 104 beginnen. Sobald diese abgeschlossen ist, erfolgt der zweite Kammerwechsel 120parallel zur isentropen Kompression, d.h. die kalte Kammer komprimiert deutlich schneller alsdie warme Kammer expandiert. Am Ende dieses Vorgangs befindet sich das isentrop kompri¬mierte Arbeitsmedium bereits wieder vollständig in der warmen Kammer. Dieses Verfahrenkommt somit effektiv mit nur vier Arbeitsschritten während eines Durchlaufes 113 aus.

[0097] Es sind auch Mischformen der in den Diagrammen der Fig. 12 bis 14 dargestelltenVerfahren möglich, auf die wegen ihrer partiellen Analogien zu den bereits erläuterten Verfah¬ren nicht mehr näher eingegangen wird.

[0098] Der Betrieb einer erfindungsgemäßen Kolbenmaschine mit vier Kammern ist schließlichin Fig. 15 schematisch anhand der Verläufe der Teil-Arbeitsvolumina dargestellt. Dabei ist eineeigene Kammer jeweils für die isentrope Expansion 103 sowie die isentrope Kompression 105vorgesehen. Das Arbeitsmedium kreist dabei in einer Richtung durch die vier Kammern (diewarme Kammer kann direkt mit der kalten Kammer über einen weiteren Verbindungskanalverbunden sein), wobei jeweils separate Arbeitsschritte für die thermodynamisch statischenKammerwechsel 121, 122, 123, 124 vorgesehen sind. Im Diagramm ist der Verlauf des Teil-Arbeitsvolumens in der warmen Kammer 114, in der kalten Kammer 115 sowie in der isentropexpandierenden Kammer 125 und der isentrop komprimierenden Kammer 126 gezeigt. Wenndie isotherme Kompression 104 genau bei der Hälfte des Arbeitsspieles 113 beginnt bzw. derExpansions-Teil und der Kompressions-Teil eines Durchlaufes 113 gleich lange dauern, könnenbei einer solchen Anordnungen auch zwei Arbeitsvolumina gleichzeitig in einer Kammeranord¬nung arbeiten, wobei sich die Arbeitsvolumina immer in bzw. zwischen gegenüberliegendenKammern befinden und die Verbindungskanäle mit Ventilen ausgestattet sein müssten. Abeiner Kammeranordnung mit 6 Kammern sind zwei bzw. mehrere Arbeitsvolumina bei nochmehr Kammern auch ohne Ventile möglich.

[0099] Die dargestellten und beschriebenen Ausführungsbeispiele können im Rahmen derErfindung selbstverständlich auf fachmännische Weise modifiziert oder erweitert werden. Bei¬spielsweise kann anstelle der äußeren Wärmezufuhr mithilfe eines Heizmediums auch eineinnere Verbrennung in einer der Kammern vorgesehen sein, welche etwa durch eine zeitlich veränderbare Menge des zugeführten Kraftstoffes an das Bewegungsprofil des in der warmenKammer angeordneten Kolbens angepasst werden kann. Weitere Möglichkeiten der Wärme¬übertragung auf einen der Kolben, wie z.B. gebündeltes Sonnenlicht oder eine von außen aufeinen Wärmeübertragungskörper gerichtete Flamme, liegen ebenfalls im Rahmen dessen, wasder Fachmann als Verwendung in Betracht zieht.

[00100] Der Ausführlichkeit halber sei erwähnt, dass die in den Fig. 11 bis 15 dargestelltenzeitlichen Abläufe der Teil-Arbeitsvolumina unter Berücksichtigung der jeweiligen in Hubrichtungprojizierten Kolbenfläche als zeitliche Abläufe der Kolbenstellungen innerhalb ihrer Kammernverstanden werden können, was wiederum den Bewegungsprofilen der jeweiligen Kolben ent¬spricht. Beginnt und endet ein Bewegungsprofil jeweils während eines Totphasenabschnittes,so ergeben diese Totphasenabschnitte zusammen eine Totphase.

[00101] Die Einsatzgebiete der Erfindung, d.h. der erfindungsgemäßen Kolbenmaschine unddes erfindungsgemäßen Verfahrens, sind vielfältig. Insbesondere kommen je nach Ausführungund Betriebsart der Kolbenmaschine Verwendungen als Antrieb für einen Generator zur Erzeu¬gung elektrischer Energie oder zur direkten Erzeugung elektrischer Energie mittels der etwaigals Betätigungsmittel verwendeten Motor-Generator-Einheit oder als Wärmepumpe, z.B. für einEinfamilienhaus oder als Kältemaschine für industrielle Anwendungen, in Betracht.

Claims (35)

1. Patentansprüche 1. Kolbenmaschine (1) zur Umwandlung von Wärme in Arbeit oder zum Heizen oder Kühlendurch Aufwendung von Arbeit, mit zumindest einer Kammeranordnung (8), welche zumin¬dest zwei, durch zumindest einen Verbindungskanal (9, 10) verbundene Kammern (2, 3, 4)aufweist, wobei zumindest zwei der Kammern (2, 4) voneinander im Wesentlichen ther¬misch isoliert sind, und mit in den jeweiligen Kammern (2, 3, 4) beweglich angeordneten,für ein Arbeitsmedium undurchlässigen Kolben (5, 6, 7) zur Änderung eines von der Kam¬mer (2, 3, 4) und dem Kolben (5, 6, 7) begrenzten Teil-Arbeitsvolumens, wobei zumindesteine der Kammern (2, 4) Wärmeübertragungsflächen (34, 45) zur Vergrößerung ihrer Ober¬fläche aufweist, und wobei die Kolben (5, 6, 7) bzw. damit verbundene Elemente mit Betä¬tigungsmitteln zur Festlegung von Bewegungsprofilen für jeden der Kolben (5, 6, 7) ver¬bunden sind, wobei die Betätigungsmittel zur Festlegung von zumindest zwei unterschied¬lichen Bewegungsprofilen der Kolben (5, 6, 7) der Kammeranordnung (8) ausgebildet sind,von welchen Bewegungsprofilen zumindest eines zumindest eine Totphase, während dereiner der mit dem entsprechenden Betätigungsmittel verbundenen Kolben (5, 6, 7) im We¬sentlichen stationär ist, aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest einer der Kol¬ben (5, 6, 7) mit einem Federelement zur Unterstützung des dem Kolben (5, 6, 7) zugeord¬neten Betätigungsmittels verbunden ist.
2. 2. Kolbenmaschine (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest zweider Kammern (2, 4) die Wärmeübertragungsflächen (34, 45) zur Vergrößerung ihrer Ober¬fläche aufweisen.
3. 3. Kolbenmaschine (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein vondem in der Totphase seines Bewegungsprofils befindlichen Kolben (5, 6, 7) und der ihmzugeordneten Kammer (2, 3, 4) begrenztes Teil-Arbeitsvolumen im Wesentlichen Null ist.
4. 4. Kolbenmaschine (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dasszumindest eines der Bewegungsprofile unterschiedliche Zeitabstände zwischen einemUmkehrpunkt und der zeitlich folgenden Totphase einerseits und zwischen der Totphaseund dem zeitlich folgenden Umkehrpunkt andererseits aufweist, insbesondere richtungsab¬hängig ist.
5. 5. Kolbenmaschine (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dassdie Betätigungsmittel der Kammeranordnung (8) bzw. die von ihnen festgelegten Bewe¬gungsprofile mittels einer gemeinsamen Achse oder einer programmierbaren Steuerung soaufeinander abgestimmt sind, dass, die Betrachtung auf ein einziges Arbeitsvolumen, wel¬ches im Wesentlichen die Summe der ihm zugeordneten, miteinander zusammenhängen¬den Teil-Arbeitsvolumina ist, gerichtet, im Betrieb zumindest eine der Kammern (2, 3, 4)und höchstens zwei der Kammern (2, 3, 4) ein von Null wesentlich verschiedenes Teil-Arbeitsvolumen aufweist bzw. aufweisen.
6. 6. Kolbenmaschine (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dassder zumindest eine Verbindungskanal (9, 10) einen freien Durchfluss aufweist.
7. 7. Kolbenmaschine (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dassdie Wärmeübertragungsflächen (34, 45) einer der Kammern (2, 4) von der Innenbewan-dung der entsprechenden Kammer (2, 4) gebildet sind und der in der entsprechendenKammer (2, 4) angeordnete Kolben (5, 7) eine zu den Wärmeübertragungsflächen (34, 45)der entsprechenden Kammer (2, 4) komplementäre Oberfläche aufweist, welche vorzugs¬weise ebenfalls zur Übertragung von Wärme ausgebildet ist.
8. 8. Kolbenmaschine (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dassdie Wärmeübertragungsflächen (34, 45) einer der Kammern (2, 4) mit einem girlandenarti¬gen Wärmeübertragungskörper (49, 53) gebildet sind, welcher in der entsprechendenKammer (2, 4) bzw. zwischen der entsprechenden Kammer (2, 4) und dem ihr zugeordne¬ten Kolben (5, 7) angeordnet ist.
9. 9. Kolbenmaschine (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dasszumindest zwei der Kammern (2, 4) unterschiedliche Fassungsvermögen und Arbeitstem¬peraturen aufweisen, wobei insbesondere die eine Kammer (4) mit verhältnismäßig niedri¬ger Arbeitstemperatur ein größeres Fassungsvermögen aufweist als die andere Kammer (2) mit verhältnismäßig hoher Arbeitstemperatur.
10. 10. Kolbenmaschine (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dassdie Kolben (5, 6, 7) in ihrer zugeordneten Kammer (2, 3, 4) ein etwa gleich großes Hub¬vermögen aufweisen.
11. 11. Kolbenmaschine (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dasszumindest eines der Betätigungsmittel ein Kurvenelement aufweist, mit dem der dem Betä¬tigungsmittel zugeordnete Kolben (5, 6, 7) bzw. mit dem Kolben (5, 6, 7) verbundene Ele¬mente über ein Rollelement (17, 76) verbunden ist bzw. sind.
12. 12. Kolbenmaschine (1) nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Rollelement(76) aus zumindest zwei Profilrollen (77, 78) besteht, wobei die zumindest zwei Profilrollen(77, 78) aufgrund ihrer Anordnung während eines in der Kammeranordnung (8) ausgeführ¬ten Durchlaufes eines Kreisprozesses bei unverändertem Drehsinn des ihnen zugeordne¬ten Kurvenelementes ihre Drehrichtungen beibehalten.
13. 13. Kolbenmaschine (1) nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass ein inHubrichtung ermittelter Achsabstand zwischen einer Führungsrolle (20) eines der Rollele¬mente (17, 76) und einer der Profilrollen (22, 77, 78) des selben Rollelements (17, 76) kleinist im Vergleich zu einem in Hubrichtung ermittelten Abstand zwischen der Drehachse derProfilrolle (22, 77, 78) und dem dem Rollelement (17, 76) zugeordneten Kolben (5, 6, 7),vorzugsweise etwa Null, so dass eine möglichst reibungsfreie Bewegung des dem Rol¬lelement zugeordneten Kolbens in dessen Kammer erzielt wird.
14. 14. Kolbenmaschine (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dasszumindest eines der Betätigungsmittel eine Motor-Generator-Einheit (97) aufweist und derbzw. die dem Betätigungsmittel zugeordnete(n) Kolben (88, 89) bzw. damit verbundeneElemente mit dem Läufer der Motor-Generator-Einheit (97) verbunden ist bzw. sind.
15. 15. Kolbenmaschine (1) nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest einesder Betätigungsmittel zum Erzeugen von variablen Bewegungsprofilen geeignet, insbeson¬dere frei programmierbar ist, wobei ein Servoverstärker und/oder einer programmierbarenSteuerung zur Motor-Generator-Einheit gehören.
16. 16. Kolbenmaschine (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dasszumindest einem der Betätigungsmittel und dem ihm zugeordneten Kolben (88, 89) einÜbersetzungsgetriebe (95), insbesondere ein pantographartiges Koppelgetriebe, oder einKugelgewindetrieb zwischengeschaltet ist.
17. 17. Kolbenmaschine (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dassdie Kammeranordnung (8) drei Kammern (2, 3, 4) aufweist, wobei die mittlere Kammer (3)durch zwei der Verbindungskanäle (9, 10) mit den beiden anderen Kammern (2, 4) verbun¬den ist und die mittlere Kammer (3) einen rein zylindrischen Innenraum aufweist sowiethermisch zumindest gegenüber einer der anderen Kammern (2, 4), insbesondere zumin¬dest gegenüber einer der Kammern (2) mit verhältnismäßig hoher Arbeitstemperatur, iso¬liert ist.
18. 18. Kolbenmaschine (1) nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass die mittlereKammer (3) ein größeres Fassungsvermögen hat als die Kammer (2) mit verhältnismäßighoher Arbeitstemperatur.
19. 19. Kolbenmaschine (1) nach Anspruch 17 oder 18, dadurch gekennzeichnet, dass eine derKammern (2, 4) mit den Wärmeübertragungsflächen (34, 45) aus einem Material mit relativhoher Wärmekapazität und guter Wärmeleitfähigkeit, insbesondere aus Kupfer oder Alumi¬nium bzw. deren Legierungen, hergestellt ist und die mittlere Kammer (3) aus einem ther¬ misch schlecht leitfähigen Material, insbesondere Keramik oder Glaskeramik, hergestelltist.
20. 20. Kolbenmaschine (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dasseine der Kammeranordnungen (8) als Arbeitsmedium ein Gas mit hoher spezifischer Gas¬konstante aufweist, insbesondere Helium.
21. 21. Kolbenmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass dasFederelement ein magnetisches, mechanisches oder gasförmiges Federelement ist.
22. 22. Kolbenmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dasszumindest eine weitere, im Wesentlichen zur Kammeranordnung (8) identische Kammer¬anordnung (79, 80) mit Kolben (84, 85) vorgesehen ist, wobei sich die Massenträgheitswir¬kungen der Kolben (83, 84, 85) samt damit verbundenen Elementen aller Kammeranord¬nungen (8, 79, 80) im Wesentlichen aufheben.
23. 23. Kolbenmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dasszumindest zwei verschiedenen Kammeranordnungen (8, 79, 80) angehörende Kolben (83,84, 85) mit einem gemeinsamen Betätigungsmittel (82) verbunden sind.
24. 24. Verfahren zum Betreiben einer Kolbenmaschine (1) mit zumindest einer Kammeranord¬nung (8) mit zumindest zwei, jeweils in einer Kammer (2, 3, 4) angeordneten Kolben (5, 6,7), insbesondere einer Kolbenmaschine (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 24, gemäß ei¬nem angenäherten Carnot-Prozess mit zwei isothermen und zwei isentropen Zustandsän¬derungen, wobei im Zuge eines in der Kammeranordnung (8) ausgeführten Durchlaufesdes angenäherten Carnot-Prozesses zumindest einer der an dem Durchlauf beteiligtenKolben (5, 6, 7) hinsichtlich des Durchlaufes mindestens einmal während einer Totphaseim Wesentlichen still steht, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein einem der Kol¬ben (5, 6, 7) zugeordnetes Betätigungsmittel von einem Federelement unterstützt wird.
25. 25. Verfahren nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, dass ein von dem Kolben (5, 6,7) und der ihm zugeordneten Kammer (2, 3, 4) begrenztes Teil-Arbeitsvolumen währendder Totphase im Wesentlichen Null ist.
26. 26. Verfahren nach Anspruch 24 oder 25, dadurch gekennzeichnet, dass ein Arbeitsvolumender Kammeranordnung (8), welches im Wesentlichen die Summe der ihm zugeordneten,miteinander zusammenhängenden Teil-Arbeitsvolumina ist, zu jedem Zeitpunkt im Wesent¬lichen auf die ihm zugeordneten Teil-Arbeitsvolumina von einer oder zwei der Kammern (2,3, 4) verteilt ist.
27. 27. Verfahren nach einem der Ansprüche 24 bis 26, dadurch gekennzeichnet, dass hinsicht¬lich des Durchlaufes die Dauer der Totphase von einem der Kolben (5, 6, 7) bzw. in derdem Kolben (5, 6, 7) zugeordneten Kammer (2, 3, 4) beinahe gleich oder größer der Dauerder sich zeitlich mit dieser Totphase zumindest teilweise überlappenden, dem Durchlaufzugeordneten näherungsweise isothermen Zustandsänderung in einer der anderen an demDurchlauf beteiligten Kammern (2, 3, 4) ist.
28. 28. Verfahren nach einem der Ansprüche 24 bis 27, dadurch gekennzeichnet, dass innerhalbder Kammeranordnung (8) hinsichtlich des Durchlaufes jede der daran beteiligten Totpha¬sen zumindest 15%, insbesondere zumindest 25%, der Zeit des Durchlaufes beträgt.
29. 29. Verfahren nach einem der Ansprüche 24 bis 28, dadurch gekennzeichnet, dass jeder deran dem Durchlauf beteiligten Kolben (5, 7) in einer der ihnen zugeordneten Kammern (2, 4)mit direkter Verbindung zu genau einer weiteren der daran beteiligten Kammern (3) hin¬sichtlich des Durchlaufes genau eine dem Durchlauf zugeordnete Totphase aufweist.
30. 30. Verfahren nach einem der Ansprüche 24 bis 28, dadurch gekennzeichnet, dass jeder deran dem Durchlauf beteiligten Kolben (5, 6, 7) in einer der ihnen zugeordneten Kammern (2,3, 4) mit durch das daran beteiligte Arbeitsmedium unidirektional durchströmter direkterVerbindung zu genau zwei weiteren der daran beteiligten Kammern (2, 3, 4) hinsichtlichdes Durchlaufes genau eine dem Durchlauf zugeordnete Totphase aufweist.
31. 31. Verfahren nach einem der Ansprüche 24 bis 28, dadurch gekennzeichnet, dass jeder deran dem Durchlauf beteiligten Kolben (6) in einer der ihnen zugeordneten Kammern (3) mitdurch das daran beteiligte Arbeitsmedium bidirektional durchströmter direkter Verbindungzu zwei weiteren der daran beteiligten Kammern (2, 4) hinsichtlich des Durchlaufes zweidem Durchlauf zugeordnete Totphasen aufweist.
32. 32. Verfahren nach einem der Ansprüche 24 bis 31, dadurch gekennzeichnet, dass die ge¬samte Dauer aller dem Durchlauf zugeordneten Totphasen des Kolbens (6), der bei zu¬mindest einer der an dem Durchlauf beteiligten annähernd isentropen Zustandsänderun¬gen (103, 105) mitwirkt, länger ist als die Totphase des Kolbens (5, 7) der bei einer der andem Durchlauf beteiligten annähernd isothermen Zustandsänderungen (102, 104) mitwirkt.
33. 33. Verfahren nach einem der Ansprüche 24 bis 32, dadurch gekennzeichnet, dass in Sum¬me die beiden annähernd isentropen Zustandsänderungen (103, 105) des Durchlaufesschneller, insbesondere zumindest 2 mal schneller durchgeführt werden als in Summe diebeiden dem Durchlauf zugeordneten annähernd isothermen Zustandsänderungen (102,104).
34. 34. Verfahren nach einem der Ansprüche 24 bis 33, dadurch gekennzeichnet, dass zumin¬dest eine thermodynamische Zustandsgröße eines der in der Kammeranordnung (8) be¬findlichen Arbeitsmedien ermittelt wird und der zeitliche Verlauf eines der Arbeitsvoluminazumindest einer der Kammeranordnungen (8), welches im Wesentlichen die Summe derihm zugeordneten, miteinander zusammenhängenden Teil-Arbeitsvolumina ist, als Funkti¬on der zumindest einen ermittelten Zustandsgröße geändert wird.
35. 35. Verfahren nach einem der Ansprüche 24 bis 34, dadurch gekennzeichnet, dass zumin¬dest eine Messgröße, insbesondere die Position von einem der Kolben (5, 6, 7), die auf ei¬nen der Kolben (5, 6, 7) wirkende Kraft durch das Arbeitsmedium oder die für den Kreis¬prozess zur Verfügung stehende obere oder untere Prozesstemperatur, ermittelt wird, diemit einer thermodynamischen Zustandsgröße eines der in der Kammeranordnung (8) be¬findlichen Arbeitsmedien zusammenhängt und der zeitliche Verlauf eines der Arbeitsvolu¬mina zumindest einer der Kammeranordnungen (8), welches im Wesentlichen die Summeder ihm zugeordneten, miteinander zusammenhängenden Teil-Arbeitsvolumina ist, alsFunktion der zumindest einen ermittelten Messgröße geändert wird. Hierzu 8 Blatt Zeichnungen