DE102008047275B4

DE102008047275B4 - Expansionsmaschine

Info

Publication number: DE102008047275B4
Application number: DE102008047275A
Authority: DE
Inventors: Wolfram Geipel
Original assignee: Individual
Current assignee: Geipel Renate De; Renate Geipel De
Priority date: 2007-12-13
Filing date: 2008-09-12
Publication date: 2010-09-16
Anticipated expiration: 2028-09-13
Also published as: DE102008047275A1; DE102008047275C5

Abstract

Expansionsmaschine für die Expansion von Dampf mit Übertragung der Kolbenkraft über Koppelglieder mit halbkugelförmigen Übertragungsflächen zu einer Taumelscheibe mit räumlichen Bewegungsabläufen, wobei alle Bauteile in einem gemeinsamen Gehäuse untergebracht sind, dadurch gekennzeichnet, das die Expansionsmaschine aus zwei zylindrischen Modulen, dem Dampfwerk (100) und dem Triebwerk (200) besteht, welche durch Verbindungsstege (12) und Kupplungen (21) lösbar miteinander verbunden sind, wobei in einem Zwischenboden (106) eines Dampfwerkes (100) vier einfach wirkende, koaxial-konzentrisch angeordnete Gleichstromzylinder (107) mit Auslasskanälen (107.1) stecken, wobei vier Scheibenkolben (105) die Kolbenkraft über Kolbenstangen (105.1) zu einem Triebwerk (200) übertragen und dort über Kreuzköpfe (205) auf einer Tandemtaumelscheibe (208) eine Antriebswelle (207) mit einer angekoppelten Steuerwelle (114) in Rotation versetzen, wobei über Drehventile in Zahnradform (109) die Dampfzufuhr zu den Gleichstromzylindern gesteuert wird.

Description

Die Erfindung betrifft eine Expansionsmaschine in der Bauart Hubkolbenmaschine mit Taumelscheibentriebwerk zur Entspannung von Wasserdampf oder Dampf organischer Flüssigkeiten, vorzugsweise auf den Unterdruck eines Kondensators mit niedrigem spezifischen Dampfverbrauch. Typische Anlagen zur Anwendung der Erfindung sind Industrieöfen, Nachverbrennungsanlagen, Blockheizkraftwerk, Thermoölanlagen, Verbrennungsanlagen für nachwachsende Rohstoffe, indem aus dem Abgas dieser Anlagen mit Hilfe eines Abhitzekessels, noch Dampf gewonnen werden kann. Das Ziel der Anwendung dieser Erfindung ist die Erzeugung mechanischer Energie, beispielsweise zum getriebelosen und direkten Antrieb von Generatoren oder andereren Abnehmern mit Umsteuerung (Rechts- oder Linkslauf) auch während des Betriebes, aber auch die Nutzung von Dampf einer verfahrenstechnischen Anlage oder eines direkt befeuerten Kessels. Die Erfindung ist geeignet für die Betriebsarten: Kondensation, Auspuff und Gegendruck. Eine Expansionsmaschine basiert entweder auf dem Strömungs- oder Verdrängerprinzip. Nach dem Strömungsprinzip arbeiten Dampfturbinen, die für solch eine typische Anwendung, insbesondere in einstufiger Ausführung wegen des hohen spezifischen Dampfverbrauchs sowie Problemen beim Anfahren und auftretenden Lastschwankungen nur bedingt geeignet sind. Nach dem Verdrängerprinzip arbeiten alle Kolbendampfmaschinen. So auch der Dampfmotor (Spilling), der sich problemlos anfahren lässt und Lastschwankungen verträgt, aber nicht oder nur bedingt für einen Betrieb auf den Unterdruck eins Kondensators geeignet ist. Die speziell für Kondensationsbetrieb entwickelte Gleichstromdampfmaschine (Stumpf) kann nicht problemlos angefahren werden, ist sehr gut geeignet für Lastschwankungen und hat von all den genannten Maschinen den niedrigsten spezifischen Dampfverbrauch. Auf Grund der aufwendigen Konstruktion und wegen der niedrigen Drehzahlen, bedingt durch die große Masse eines langen Kolbens, sind diese Maschinen nicht mehr in der Fertigung. Hierzu siehe beispielsweise: Gleichstrommaschine mit Tellerventil und durch den Kolben gesteuerte Auslasskanäle, Stumpf, CH Nr. 53651A , Gleichstrommaschinen mit Drehventil, Corliss, CH Nr. 54011A . Kreiskolbenmaschinen mit niedrigem spezifischen Dampfverbrauch sind nicht bekannt, außerdem sind diese wie Turbinen nur für eine Drehrichtung ausgelegt. Nahezu alle Kolbendampfmaschinen nutzen zur Wandlung von Hubbewegung in eine Drehbewegung eine Kurbelwelle. Neben der Kurbelwelle als häufigste Art zur Wandlung einer Hubbewegung in eine Drehbewegung nutzt man auch die Taumelscheibe und das in einer Vielfalt von Anwendungen.

Die Taumelscheibe wird in der Literatur beispielsweise als Schrägkurbelwelle, Sphärischer Kurbeltrieb, Schrägscheibe oder Schiefscheibe, Schwenkscheibe, Pendelscheibe bezeichnet, daher soll hier auf den Unterschied zwischen den einzelnen Ausführungsarten nicht eingegangen werden, da es sich immer um Systeme handelt, wo Bauelemente relativ zueinander eine taumelnde Bewegung ausführen. Es wird außerdem noch die Bezeichnung: ohne Kurbelwelle bzw. kurbelos (crankless engine) oder nur auf die Anordnung bezogene Bezeichnung: (axial piston type) verwendet. Daher soll der Begriff „Taumelscheibe” (swash-plate, wobble-plate) als Oberbegriff für alle Bezeichnungen in diesem Zusammenhang gelten. Beispiele für Expansionsmaschinen mit Taumelscheibe:

1.	Verbrennungs- und Dampfmotor, DE 1817123A	1970
2.	Expansionsmaschinen auf nahezu gleicher Basis:
2.1	ROTARY HYDRAULIK MACHINE, DE 60213376T2	2006
2.2	EXPANSION MACHINE, DE 60214685T2	2007
2.3	EXPANDER, US 20050147507A1	2005
2.4.	Expansion engine, US 2005158181A1	2005
3.	STIRLINGMASCHINE, DE 69622729 T2	1995
4.	Ventilgesteuerte Expansionsmaschine, DE 10 2004 004 692 A1	2005
	VENTILGESTEUERTE EXPANSIONSMASCHINE, WO 2005/073511 A1
5.	Anordnung zur Trennung eines Axialkolben-Zylinders
	von einem Getrieberaum, DE 10356734 A1	2005

Zur Anwendung der Taumelscheibe sollen die nachstehenden Ausführungen dienen mit dem Zweck, die Aufgabenstellung der Erfindung näher zu erläutern. Einige Verbrennungsmotoren, zum Beispiel für Flugzeuge wurden mit Taumelscheiben bzw. Schrägscheiben ausgerüstet, da man sich auf Grund der kompakten Bauweise Vorteile versprach und die wegen der Bauform auch Trommelmotoren genannt wurden. Nach (Zima, Ungewöhnliche Motoren, Vogel-Buchverlag, ISBN 3-8023-1995-8, 1. Auflage 2005) sind auf Seite 199–200 einige Gründe für den Abbruch des Einsatzes von Taumelscheiben aufgelistet: „je nach Bewegungsablauf ungünstige Kinetik und vor allem tribologische Probleme bei der formschlüssigen Kraftübertragung in Verbindung mit Fertigungstoleranzen”. Seite 204–205: „Jeder Punkt der Taumelscheibe beschreibt im Laufe der Umdrehung eine räumlich gekrümmte schleifenförmige Bahn, die von der konstruktiven Auslegung des Hemmgelenkes beeinflusst wird, welche die Taumelscheibe am Drehen hindert”. Die Verhinderung zur Drehung der Taumelscheibe erfolgt entweder über ein zusätzliches Hemmgelenk oder direkt über die Taumelscheibe. Die schleifenförmige Bahn beschreibt somit den mehrdimensionalen bzw. dreidimensionalen Bewegungsablauf der Koppelglieder eines Taumelscheibentriebwerkes. Stellvertretend für einige Taumelscheibenmotoren mit mehreren Zylindern ist die Bauart „Bristol”, ein Omnibusmotor, (Quelle: Judge: Automobil Engines), wobei die Antriebswelle „Z-förmig” gekröpft ist und die Pleuelstangen über Kugelköpfe an der Taumelscheibe angreifen. Der Nachteil hierbei ist außerdem noch, dass die Herstellung der Antriebswelle aufwendig ist und die Taumelscheibe eine Unwucht erzeugt, die man durch Ausgleichsgewichte kompensierte.
Hierzu sind die Beispiele aufgeführt. In den Beispielen (1, 2.1 und 2.2) erfolgt die Übertragung der Kolbenkraft auf die Taumelscheibe über die knochenförmige Pleuelstange mit Kugelgelenken. In den Beispielen (2.3 und 2.4) sind die Kolben eines sich drehenden Zylinderblockes am Ende halbkugelförmig ausgeführt und über ein halbkugelförmiges Gegenstück mit der Taumelscheibe verbunden, die sich in einer schräg zum Gehäuse befindlichen Lagerschale abstützt. Im Beispiel (3) überträgt die Taumelscheibe die Hubbewegung über eine flache Scheibe auf Gleitelemente mit flachen Innenoberflächen und kugelförmigen Außenoberflächen in einen Kreuzkopf, der über zwei Führungsstangen geführt wird. Im Beispiel (4) sind die Ventile an der Außenseite des Zylinders angeordnet, um die Vorteile des Temperaturabfalls von der Mittelachse zur Außenseite des Zylinders zur Auslegung der Ventile bei einer nicht isolierten Maschine nutzen zu können. Außerdem ist hier ein Triebwerk mit Kugelköpfen dargestellt. Die Beispiele (1 bis 5) zeigen, dass alle Bauteile der Expansionsmaschine in einem gemeinsamen Gehäuse untergebracht sind, wodurch diese von der Medientemperatur beeinflusst werden. Im Beispiel (2.3) erfolgt eine Verminderung des Wärmeeinflusses innerhalb des Gehäuses durch die Einbringung eines wärmeisolierten Raumes.
Es ist daher die Aufgabe der Erfindung, eine Expansionsmaschine vorzuschlagen, welche die Vorteile einer Hubkolben Gleichstromdampfmaschine hinsichtlich des niedrigen, spezifischen Dampfverbrauchs, insbesondere bei Kondensationsbetrieb mit den Vorteilen der kompakten Bauweise eines Triebwerkes mit Taumelscheibe unter Nutzung koaxial – konzentrischer Anordnung von Zylindern mit Scheibenkolben für einen ölfreien Betrieb mit den tribologischen Vorteilen flächenförmiger Bewegung der Koppelglieder, sowie die Reduzierung von Wärmeverlusten und Anwendung von Luftkühlung des Triebwerkes mit freier Konvektion miteinander verbindet.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch den Gegenstand gemäß Patentanspruch 1 gelöst. Die weitere Ausgestaltung der Erfindung ergibt sich aus den Patentansprüchen 2 bis 25.
Die Lösung besteht darin, dass die Expansionsmaschine aus zwei horizontal angeordneten, zylinderförmigen Modulen: Dampf- und Triebwerk besteht, die durch Verbindungsstege und Kupplungen lösbar miteinander verbunden sind. Dadurch wird die Wärmeübertragung vom Dampfwerk auf das Triebwerk nahezu unterbunden und ein Raum zur Kühlung über freie Konvektion von Kolbenstangen, Steuerwelle, Kupplung und Kreuzkopfstangen geschaffen. Außerdem wird eine gute Zugänglichkeit zu den Dichtungen geschaffen und abtropfendes Kondensat aus den Dichtungen kann nicht in das Triebwerk eindringen.
Das Dampfwerk besteht im Wesentlichen aus einem Mantel mit Haube und einem Boden und wird durch einen Zwischenboden ist in zwei Räume unterteilt: Dampfraum und Abdampfraum. Im Zwischenboden stecken vier einfach wirkende Gleichstromzylinder in koaxial-konzentrischer Anordnung und ragen nur im Bereich der Auslasskanäle in den Abdampfraum hinein. Die Scheibenkolben sind mit Kolbenringen aus Grafit-Compound-Material bestückt, die einen ölfreien Betrieb ermöglichen. Eine kreisrunde Isolierscheibe auf einem Zwischenboden mit Ausschnitten für die Gleichstromzylinder und die Dekompressionszylinder reduziert die Wärmeübertragung vom Dampfraum zum Abdampfraum.
Der Dampf wird von oben in den Dampfraum eingeleitet und der Abdampf nach unten aus dem Abdampfraum abgeleitet. Da nahezu der gesamte Zylindermantel einschließlich Zylinderkopf vom Dampf beheizt wird, entstehen erhebliche Vorteile bezüglich des spezifischen Dampfverbrauchs, insbesondere bei Sattdampf- und Kondensationsbetrieb. (Stumpf, Die Gleichstromdampfmaschine, Seite 13, zweite Auflage, München 1921, Druck R. Oldenburg) Nach der Entspannung strömt der Dampf über die Auslasskanäle der Gleichstromzylinder in den Abdampfraum.
Bei der klassischen Gleichstromdampfmaschine erfolgt auf dem Weg vom UT zum OT eine ungewollte Kompression bis auf etwa 90% des Frischdampfdruckes, je nach Füllung und Vorausströmung, wobei sich die Gleichstromdampfmaschine zwar über den sehr niedrigen, spezifischen Dampfverbrauch auszeichnet, ist sie jedoch in ihrer Dimension wesentlich größer als die Wechselstromdampfmaschine bei gleicher Leistung. Die erfindungsgemäße Expansionsmaschine ist mit einer Dekompressionseinrichtung ausgestattet, bestehend aus einem Dekompressionszylinder und einem hohlen Kolbenschieber, wobei es zu keiner ungewollten Kompression im Gleichstromzylinder kommt, weil der Abdampf aus dem Gleichstromzylinder über einen Kanal zum Dekompressionszylinder und von dort durch den hohlen Kolbenschieber hindurch in den Abdampfraum gefördert wird. Der Dekompressionszylinder ist parallel zum Gleichstromzylinder angeordnet, wobei der Kolbenschieber mit seiner Kolbenstange und einem daran befestigten Gleitstück mit einer Kurvenscheibe gesteuert wird, die von einer Steuerwelle angetrieben wird. Eine gewünschte, kleine Kompression zur Vermeidung von Druckstößen auf das Triebwerk infolge der Dampfzufuhr erfolgt über die Gestaltung der Kurvenscheibe.
Die Abkondensierung eines Gleichstromzylinders, insbesondere beim Anfahren der Expansionsmaschine übernimmt ein Kondensatventil, das in einen Scheibenkolben integriert ist, wobei bei Überschreitung eines Mindestdruckes eine Abführung des Kondensats in den Abdampfraum erfolgt.
Auf dem Zylinderkopf eines Gleichstromzylinders ist eine Gleitscheibe befestigt, wobei Zylinderkopf und Gleitscheibe mit Einlasskanälen versehen sind. Zur Dampfdosierung sind drei verschiedene Stellglieder vorgesehen, ein Drehventil in Zahnradform, ein Drehventil-oszillierend und ein Flachschieber.
Ein Drehventil in Zahnradform, dreht sich auf einer Gleitscheibe, aufgesteckt auf eine Achse mit Gleitlager, Feder und Sicherungsring, angetrieben über das zentrisch angeordnete Zahnrad der Steuerwelle, wobei die Feder das Drehventil in Zahnradform auf die Gleitscheibe drückt.
Die Feder sorgt für den notwendigen Anpressdruck in der Startphase. Das gilt auch für das Drehventil-oszillierend und den Flachschieber. Das Drehventil in Zahnradform hat Einlasskanäle und ist für eine konstante Dampfdosierung vorgesehen, bedingt durch die starre Kopplung an die Steuerwelle. Zwischen der Steuerwelle des Dampfwerkes und der Antriebswelle des Triebwerkes ist die Steuereinrichtung angebracht. Die Steuereinrichtung ermöglicht außer der Umsteuerung noch ein Anfahren, da zum Anfahren ein Stellweg von 50% erforderlich ist, bezogen auf einen Hub vom OT zum UT mit 180° für einen Drehwinkel der Antriebswelle um 90° bei einer Vierzylinder-Expansionsmaschine.
Ein Drehventil-oszillierend ist mit einer Ventilwelle verbunden und dreht sich oszillierend auf einer Gleitscheibe auf dem Zylinderkopf. Der Antrieb eines Drehventils-oszillierend erfolgt über eine Steuereinrichtung, die von einer Steuerwelle angetrieben wird. Die Steuereinrichtung ist in einem Gehäuse untergebracht. Das Drehventil-oszillierend hat Einlasskanäle und ist für eine variable Dampfdosierung vorgesehen. Die Ventilwelle des Drehventils wird gegen die Haube mit einer Gleitringdichtung abgedichtet und endet in einem Festlager, wobei das Festlager und die Dichtung sich in einem Trägerrohr befinden, mit Öffnungen zur Dichtheitskontrolle der Gleitringdichtung. Diese Öffnungen befinden sich außerhalb der Wärmeisolierung eines Dampfwerkes. Das Trägerrohr ist auf einer Seite mit der Haube und auf der anderen Seite mit dem Gehäuse der Steuereinrichtung verbunden, wobei sich das Zahnradsegment des Drehventils-oszillierend in diesem Gehäuse befindet.
Ein Flachschieber gleitet oszillierend auf einer Gleitscheibe des Zylinderkopfes und wird mit einer Feder in einer Führung auf die Gleitscheibe gedrückt. Der Antrieb erfolgt über einen Fliehkraftregler, welcher innerhalb der Haube angeordnet ist.
Zum Antrieb der Stellglieder sind eine Stelleinrichtung, eine Steuereinrichtung und ein Drehmagnet vorgesehen.
Eine Stelleinrichtung basiert auf der relativen Verdrehung von einer Steuerwelle zu einer Antriebswelle, über eine Schiebehülse mit einer Nut radial und einer Nut axial gebogen, wobei ein Zahnrad relativ zur Antriebswelle verdreht wird.
Das Zahnrad wird sternförmig von den Drehventilen in Zahnradform umgeben und treibt diese an. Diese Stelleinrichtung kann entfallen, wenn die Expansionsmaschine einen Asynchrongenerator antreibt, der beim Startvorgang als Motor geschaltet wird oder beispielsweise beim Betrieb einer Expansionsmaschine mit niedrigem Dampfdruck und damit eine Füllung von ≥ 50% sinnvoll wird, wobei die bogenförmige Länge des Einlasskanals eines Drehventils in Zahnradform den Erfordernissen angepasst wird.
Eine Steuereinrichtung besteht aus zwei, parallel auf die Steuerwelle aufgesteckten Steuerscheiben. Jede Steuerscheibe besteht aus einem großen und einem kleinen Radius mit einem bogenförmigen Übergang der Radien. Die Funktion einer Steuereinrichtung basiert auf der relativen Verdrehung zweier Steuerscheiben auf der Steuerwelle zueinander. Bei jeder Umdrehung einer Steuerwelle rollt die Rolle eines Oszillators auf den Steuerscheiben ab. Die Rolle ist so breit dimensioniert, dass diese auf beiden Steuerscheiben abrollen kann. Der Stellweg für ein Stellglied beträgt annähernd MIN 10% bis MAX 80%, wobei MIN und MAX konstruktiv an die Erfordernisse angepasst werden können. Daher ist es auch möglich, den Stellweg von MIN 30% bis MAX 100% anzupassen, wobei die Expansionsmaschine dadurch als Volldruckmaschine arbeitet. Die Rolle erzeugt den Stellweg beim Übergang vom großen Radius zum kleinen Radius bzw. in umgekehrter Reihenfolge. In Stellung MIN ist der Abrollweg auf beiden Steuerscheiben größer als in Stellung MAX. Die Stellung des Stellgliedes erfolgt mit kurzer, konstanter Öffnungs- und Schließzeit sowie mit variabler Zeit zur Dampfzufuhr bei vollem Öffnungsquerschnitt eines Stellgliedes. Über die Gestaltung der Naben der Steuerscheiben in Verbindung mit einem Schiebestück und einem Bolzen der Nabe erfolgt die relative Verdrehung der Steuerscheiben und damit die Erzeugung des Stellweges für ein Stellglied, wobei die Stellkraft über eine Stellstange und eine Gabel erfolgt, die in eine Nut-radial der Schiebehülse eingreift. Eine Umsteuerung wird durch den gleichen Vorgang mit der zweiten Schiebehülse erreicht.
Für die Regelung der Drehzahl einer Expansionsmaschine sind drei Regelungsarten vorgesehen.
Die Drehzahlregelung einer Expansionsmaschine übernimmt ein Regler, der am Gehäuse der Steuereinrichtung angebracht ist. Ein Regler stellt mit der vorher beschriebenen Steuerstange mit einer Gabel das Drehventil-oszillierend. Ein zweiter Regler wird zur Regelung der Drehzahl für die andere Drehrichtung benötigt.
Die Drehzahlregelung einschließlich Umsteuerung übernimmt eine SPS, angeschlossen an einen Stellungsgeber, einen Drehzahlgeber und einen optionalen Drehzahlgeber extern, beispielsweise zur Steuerung eines Sanftanlaufes oder eines begrenzten Anlaufes als Volldruckmaschine zur Überwindung eines Losbrechmomentes. Ein Drehmagnet dient als direkter Antrieb der Ventilwelle des Drehventils-oszillierend.
Die Drehzahlregelung erfolgt über einen Fliehkraftregler zur Steuerung eines Flachschiebers, wobei der Fliehkraftregler und der Flachschieber in einer Haube untergebracht sind.
Das Triebwerk besteht im Wesentlichen aus einem Gehäuse mit Kühlrippen, zwei Böden und einer in Wälzlagern gelagerten glatten Antriebswelle und einer darauf aufgesteckten Tandemtaumelscheibe.
Die schleifenförmigen Bewegungen der Koppelglieder treten nur dann auf, wenn die Taumelscheibe mit mehr als zwei Kolben belegt wird. Daher wird vorgeschlagen, die Zuordnung der Kolben auf die Taumelscheibe immer nur paarweise vorzunehmen. Durch die paarweise Anordnung entfällt die schleifenförmige Bewegung jeden Punktes der Taumelscheibe als Voraussetzung zur Realisierung flächenförmiger Bewegungsabläufe. Die Taumelscheibe wird zur Übertragung der Kolbenkraft mit Taumelstangen ausgerüstet. Für mehr als zwei Kolben wird somit eine Tandemtaumelscheibe benötigt, bestehend aus zwei in axialer Richtung aufgereihten Taumelscheiben mit je zwei Taumelstangen, die um 180° versetzt angeordnet sind. Die vier Taumelstangen sind somit um einen Winkel von 90° versetzt angeordnet. Jeweils zwei Scheibenkolben sind paarweise mit den Kolbenstangen über die Kupplungen mit den Kreuzkopfstangen der Kreuzköpfe miteinander verbunden. Die Kolbenstangenpaare haben auf Grund von axialer Versetzung der Taumelscheiben unterschiedliche Längen. Die Tandemtaumelscheibe wird von den vier Kolben der Reihe nach angetrieben.
Auf die Möglichkeit einer dreifach Tandemtaumelscheibe mit sechs Zylindern soll nur hingewiesen werden. Eine vierfach Tandemtaumelscheibe ist nicht sinnvoll, da es sich dabei nur um eine Parallelschaltung von zwei Tandemtaumelscheiben handeln würde.
Die Übertragung der Kolbenkraft über Koppelglieder soll nachfolgend näher erläutert werden. Die Kreuzkopfstange ist fest mit dem Kreuzkopf verbunden. Das Prisma des Kreuzkopfes gleitet in einer Kreuzkopfführung, die am Gehäuse befestigt ist, wodurch ein Verdrehen der Tandemtaumelscheibe um die Antriebswelle und ein Verdrehen des Kreuzkopfes in der Kreuzkopfführung verhindert wird, ohne ein zusätzliches Hemmgelenk. Die Antriebswelle ist mit einem Fest- und einem Loslager an den Böden des Triebwerkes gelagert und trägt ein Schwungrad außerhalb des Bodens mit dem Festlager. Weitere Gleitlager für die Kolbenstangen und die Kreuzkopfstangen sorgen im Mantel des Dampfwerkes bzw. im Gehäuse des Triebwerkes für eine sichere Lagerung.
Der Kreuzkopf dient als Gelenk zur Übertragung der Kolbenkraft auf die Taumelstange der Tandemtaumelscheibe. Die Treibstange führt nur zwei Bewegungen aus. Pendeln in axialer Richtung um den doppelten Schwenkwinkel α/2, sowie die begrenzte Drehung um die eigene Achse. Der Kreuzkopf ist so aufgebaut, dass nur eindimensionale Bewegungen ablaufen können: Das Prisma in der Kreuzkopfführung: linear, der Bolzen in der Bolzenführung: begrenzt drehend, der Bolzen zu der Schiebehülse: linear, die Schiebehülse zu der Taumelstange: begrenzt drehend, wobei nur das Prisma und die Schiebehülse aus Gleitmaterial bestehen und das Prisma, der Bolzen und die Schiebehülse Bohrungen zur Ölschmierung aufweisen.
Die beschriebene Anordnung von Koppelgliedern erfüllt die Voraussetzung einer optimalen Materialpaarung zur Auslegung der einzelnen Gleitlager. Der Vorteil von geringer Anzahl, Anordnung und Gestaltung dieser nur quader- und zylinderförmigen Koppelglieder liegt einerseits in der einfachen Herstellung und andererseits in der Reduzierung von Verschleiß.
Die Schmierung aller Bauteile im Dampfwerk erfolgt durch Getriebeöl. Jede der beiden, horizontal angeordneten Kreuzköpfe wird an eine Kolbenstange einer Ölkolbenpumpe gekuppelt und der Zylinder einer Ölkolbenpumpe mit dem Gehäuse des Triebwerkes verschraubt. Die Saugleitung einer Ölkolbenpumpe beginnt unterhalb der Antriebswelle und die Druckleitung endet oberhalb der Antriebswelle im Düsenstock, wobei alle Bauteile des Triebwerkes über eine Einspritzschmierung versorgt werden. Außerdem wird durch die Düsenstöcke das Öl so verteilt, dass die Innenoberfläche des Triebwerkes benetzt wird.
Weil das Triebwerk hauptsächlich nur Eigenwärme infolge von Reibung erzeugt, genügt die mit Kühlrippen versehene Gehäuse-Außenoberfläche des Triebwerkes zur Kühlung des Getriebeöles aus.
Die erzeugbare Leistung einer Expansmaschine hängt im Wesentlichen davon ab, welches Verhältnis von Dampfdruck zu Abdampfdruck, insbesondere zu einem Unterdruck genutzt werden kann unter Einbeziehung der Überhitzungstemperatur des Dampfes bei einer mittleren Gleitgeschwindigkeit der Kolbenringe und Dichtungen im ölfreien Raum, bezogen auf den Stand der Technik, mit etwa 4 bis 6 m/s.
Die Leistung der vorgeschlagenen Expansionsmaschine ist für einen Leistungsbereich von annähernd 4 kW bis 400 kW, bezogen auf einen Dampfdruck von 23 bar (g)/325°C zur Entspannung auf 1,5 bar (g) bei einer Drehzahl von 750 bis 1500 l/min konzipiert.
Die Expansionsmaschine benötigt zur Übertragung der Kolbenkraft auf die Tandemtaumelscheibe nur geringe Massen oszillierender Bauteile, wobei die Tandemtaumelscheibe selbst nur geringe Unwuchten auf Grund ihrer Bauart erzeugt und somit kein Fundament benötigt wird.
Mit der Ankopplung mehrerer Expansionsmaschinen an eine Welle, beispielsweise über Kegelradpaare kann die Leistung und die Drehzahl mit Drehzahlregelung und Umsteuerung an einen Abnehmer angepasst werden, wobei die Gesamtleistung annähernd 400 kW bis 3000 kW betragen kann.
Dabei können Gruppen für eine zweistufige Expansion oder für die Entspannung unterschiedlicher Druckstufen gebildet werden. Für Dampfdrücke beispielsweise von 13 bar (g)/300°C zur Entspannung auf 1,8 bar (g) besteht keine Notwendigkeit einer zweistufigen Ausführung. (Stumpf, Die Gleichstrommaschine, Seite 6, zweite Auflage, München 1921, Druck R. Oldenburg: „Durch die Gleichstrommaschine wurde die Rückkehr zur einstufigen Anordnung bei Heißdampf und Sattdampf ermöglicht.”)
Die Erfindung der Expansionsmaschine soll nunmehr anhand von Ausführungsbeispielen erläutert werden.

Die Figuren zeigen in Prinzipdarstellung:

Figur-1	Expansionsmaschine Übersicht 1		Zeichnung 1
Figur-2	Expansionsmaschine Übersicht 2		Zeichnung 2
Figur-3	Schnitt A-A	gemäß Figur 2	Zeichnung 3
	Drehventile in Zahnradform mit		Zeichnung 3
	Ventilstellungen	gemäß Figuren 3.1–3.4
Figur-4	Schnitt B-B	gemäß Figur 2	Zeichnung 4
	Dekompressionseinrichtung
Figur-5	Kolbenschieber		Zeichnung 4
Figur-6	Stelleinrichtung		Zeichnung 4
Figur-7	Details		Zeichnung 5
	Scheibenkolben und Kreuzkopf
Figur-8	Schnitt C-C	gemäß Figur 7	Zeichnung 5
Figur-9	Schnitt D-D	gemäß Figur 7	Zeichnung 5
Figur-10	Schnitt E-E	gemäß Figur 2	Zeichnung 6
	Tandemtaumelscheibe
Figur-11	Funktion Tandemtaumeischeibe		Zeichnung 7
Figur-12	Schnitt F-F	gemäß Figur 11	Zeichnung 7
Figur-13	Schnitt G-G	gemäß Figur 11	Zeichnung 7
Figur-14	Drehsinn Antriebswelle rechts		Zeichnung 8
Figur-15	Drehsinn Antriebswelle links		Zeichnung 8
Figur-16	Bewegungsdiagramm zu Figur 11 und Figur 14		Zeichnung 8
Figur-17	Bewegungsdiagramm zu Figur 11 und Figur 15		Zeichnung 8
Figur-18	Schnitt H-H	gemäß Figur 2	Zeichnung 9
Figur-19	Schnitt I-I	gemäß Figur 2	Zeichnung 9
Figur-20	Schnitt H1-H1	gemäß Figur 2	Zeichnung 10
	mit Ölkolbenpumpe
Figur-21	Schnitt J-J	gemäß Figur 20	Zeichnung 10
Figur-22	Schnitt K-K	gemäß Figur 20	Zeichnung 10
Figur-23	Steuereinrichtung		Zeichnung 11
Figur-24	Ansicht L	gemäß Figur 23	Zeichnung 11
Figur-25	Ansicht M	gemäß Figur 23	Zeichnung 11
Figur-26	Stellung MIN	gemäß Figur 23	Zeichnung 11
Figur-27	Stellung MAX	gemäß Figur 23	Zeichnung 11
Figur-28	Steuereinrichtung		Zeichnung 12
	mit Umsteuerung
Figur-29	Stellung MIN Links-Rechtslauf	gemäß Figur 28	Zeichnung 12
Figur-30	Stellung MAX Links-Rechtslauf	gemäß Figur 28	Zeichnung 12
Figur-31	Drehventil-oszillierend		Zeichnung 13
Figur-32	Schnitt N-N	gemäß Figur 31	Zeichnung 13
Figur-33	Schnitt O-O	gemäß Figur 31	Zeichnung 13
Figur-34	Dampfwerk mit Drehventil-oszillierend und		Zeichnung 14
	Regler
Figur-35	Schnitt P-P	gemäß Figur 34	Zeichnung 14
Figur-36	Schnitt Q-Q	gemäß Figur 34	Zeichnung 14
Figur-37	Schnitt R-R	gemäß Figur 34	Zeichnung 14
Figur-38	Dampfwerk mit Drehventil-oszillierend,		Zeichnung 15
	Drehmagnet und SPS
Figur-39	Schnitt S-S	gemäß Figur 38	Zeichnung 15
Figur-40	Fliehkraftregler		Zeichnung 16
Figur-41	Schnitt T-T	gemäß Figur 40	Zeichnung 16
Figur-42	Schnitt U-U	gemäß Figur 41	Zeichnung 16
Figur-43	Dampfwerk mit Fliehkraftregler und		Zeichnung 17
	Flachschieber
Figur-44	Schnitt V-V	gemäß Figur 43	Zeichnung 17
Figur-45	Arbeitstakte des Dampfwerkes		Zeichnung 18

12: Verbindungssteg
21: Kupplung
100: Dampfwerk
101: Stelleinrichtung
101.1: Nabe
101.2: Bolzen
101.3: Zahnrad
101.4: Schiebehülse
101.5: Nut axial gebogen
101.6: Nut radial
101.7: Gabel
101.8: Stellstange
101.9: Führung
101.10: Dichtung
102: Haube
103: Mantel
104: Dampfstutzen
105: Scheibenkolben
105.1: Kolbenstange
105.2: Kolbenringe
105.3: Kondensatventil
105.4: Dichtung
105.5: Gleitlager
106: Zwischenboden
107: Gleichstromzylinder
107.1: Auslasskanäle
107.2: Zylinderkopf
107.3: Einlasskanal
107.4: Gleitscheibe, nicht dargestellt
107.5: Achse, nicht dargestellt
107.8: Gleitlager, nicht dargestellt
107.9: Feder, nicht dargestellt
107.10: Sicherungsring, nicht dargestellt
108: Boden
109: Drehventil in Zahnradform
109.1: Einlasskanal, nicht dargestellt
110: Kolbenschieber
110.1: Kolbenringe, nicht dargestellt
110.2: Kolbenstange
110.3: Gleitstück
110.4: Führungsbahn
111: Dekompressionszylinder
111.1: Kanal
112: Abdampfstuten
113: Kurvenscheibe
114: Steuerwelle
114.1: Dichtung
114.2: Gleitlager
114.3: Sicherungsring
115: Dampfraum
116: Abdampfraum
117: Isolierscheibe, nicht dargestellt
118: Wärme dämmende Schicht, nicht dargestellt
119: Fuß
120: Steuereinrichtung
120.1: Steuerscheibe
120.2: Steuerscheibe
120.3: Festsitz
121: Kurvenbahn
121.1: Radius groß R1
121.2: Radius klein R2
121.3: Bogen R1–R2
122: Nabe
123: Gehäuse
124: Oszillator
124.1: Rolle
124.2: Achse
124.3: Sicherungsring
124.4: Gabel
124.5: Steuerstange
124.6: Führung
125: Stellung MIN
126: Stellung MAX
127: MIN Links-Rechtslauf
128: MAX Links-Rechtslauf
129: Drehventil-oszillierend
129.1: Ventilscheibe
129.2: Einlasskanal
129.3: Mitnehmer, nicht dargestellt
129.4: Ventilwelle
129.5: Loslager
129.6: Gleitringdichtung
129.7: Trägerrohr
129.8: Öffnung
129.9: Dichtung
129.10: Festlager
129.11: Zahnradsegment
129.12: Zahnstange
129.13: Antriebstange
129.14: Scheibe
129.15: Rückstellfeder
129.16: Führung
129.17: Flansch
130: Regler
130.1: Regler
130.2: Regler
131: Drehmagnet
132: SPS
132.1: Stellungsgeber
132.2: Drehzahlgeber
132.3: Drehzahlgeber extern
133: Fliehkraftregler
133.1: Gehäuse
133.2: Zahnstange
133.3: Gewinde
133.4: Gewicht
133.5: Feder
133.6: Zahnrad
133.7: Nabe
133.8: Zylinderstift
134: Flachschieber
134.1: Einlasskanal
134.2: Rückstellfeder, nicht dargestellt
134.3: Führung, nicht dargestellt
135: Flansch
136: Wärmeisolierung, nicht dargestellt
200: Triebwerk
201: Gehäuse
202: Boden
202.1: Boden
202.2: Boden
203: Kühlrippen
204: Kreuzkopfführung
204.1: Kreuzkopfführung A1/A2
204.2: Kreuzkopfführung B1/B2
205: Kreuzkopf
205.1: Kreuzkopfstange
205.2: Prisma
205.3: Bolzenführung
205.4: Bolzen
205.5: Zylinderstift
205.6: Gleitscheibe
205.7: Schiebehülse
205.8: Bohrungen nicht dargestellt
206: Lager
206.1: Loslager
206.2: Festlager
207: Antriebswelle
207.1: Wellendichtung
208: Tandemtaumelscheibe
208.1: Taumelscheibe A1/A2
208.2: Taumelscheibe B1/B2
208.3: Distanzscheibe
208.4: Keil
208.5: Passfeder
208.6: Lagerträger
208.7: Wälzlagerpaar
208.8: Tragring
208.9: Taumelstange A1/A2, B1/B2
208.10: Sicherungsring
209: Schwungrad
209.1: Passfeder
210: Ölkolbenpumpe
210.1: Zylinder
210.2: Kolbenstange
210.3: Saugleitung
210.4: Druckleitung
210.5: Düsenstock
211: Flansch
212: Ölstutzen
213: Fuß
α/2: Schwenkwinkel
A1, A2, B1, B2: Bauteile gleicher Bauart
A1/A2: Bauteile gleicher Bauart
B1/B2: Bauteiler gleicher Bauart
β: Drehwinkel der Antriebswelle
γ: Drehwinkel der Taumelstange
R: Radius Schwenkwinkel
D/2: Abstand Kreuzkopf zur Antriebswelle
H: Hub/Kolbenhub
h: relative Bewegung Taumelstange zum Kreuzkopf
OT: oberer Totpunkt
UT: unterer Totpunkt
SPS: Speicher Programmierbare Steuerung

Wie bereits schon ausgeführt, besteht die erfindungsgemäße Lösung darin, dass die Expansionsmaschine aus den zylindrischen Modulen: Dampfwerk 100 und Triebwerk 200 zusammengesetzt ist, die über Verbindungsstege 12 und Kupplungen 21 lösbar miteinander verbunden sind.
Die Erläuterung der Expansionsmaschine erfolgt anhand von 4 Ausführungsbeispielen:

1. Ausführungsbeispiel: Dampfwerk 100 und Triebwerk 200,
2. Ausführungsbeispiel: Dampfwerk 100 und Steuereinrichtung 120,
3. Ausführungsbeispiel: Dampfwerk 100 und Drehventil-oszillierend 129 mit Regler 130 und SPS 132,
4. Ausführungsbeispiel: Dampfwerk 100 und Fliehkraftregler 133 mit Flachschieber 134,

45

1. Ausführungsbeispiel – es wird auf die 1, sowie 2 bis 22 verwiesen. In 1 ist die Expansionsmaschine als Übersicht 1 mit dem Dampfwerk 100 und dem Triebwerk 200 dargestellt unter Verendung von Bezugszeichen. In 2 ist die Expansionsmaschine als Übersicht 2 mit dem Dampfwerk 100 und dem Triebwerk 200 dargestellt mit Erweiterung der Bezugszeichen und Kennzeichnung von Schnittebenen.
In 1 bedeuten die Bezugszeichen: Stelleinrichtung 101, Haube 102, Mantel 103, Dampfstutzen 104, Scheibenkolben 105, Zwischenboden 106, Gleichstromzylinder 107, Boden 108, Drehventil in Zahnradform 109, Kolbenschieber 110, Dekompressionszylinder 111, Abdampfstutzen 112, Kurvenscheibe 113, Steuerwelle 114, Verbindungsstege 12, Kupplungen 21 und das Triebwerk 200 mit: Gehäuse 201, Böden 202, Kühlrippen 203, Kreuzkopfführung 204, Kreuzkopf 205, Lager 206, Antriebswelle 207, Tandemtaumelscheibe 208, Schwungrad 209.
In 2 bedeuten die Bezugszeichen: Dichtung 101.10, Auslasskanäle 107.1, Dampfraum 115, Gleitlager 105.5, Dichtung 105.4, Dichtungen 114.1, Gleitlager 114.2, Kanal 111.1, Fuß 119, Flansch 135, Abdampfraum 116, Kreuzkopfstange 205.1, Ölstutzen 212, Boden 202.1, Loslager 206.1, Festlager 206.2, Fuß 213, Flansch 211, Boden 202.2. Aus 1 und 2 ist ersichtlich, dass das Dampfwerk 100 im Wesentlichen aus dem Mantel 103 mit der Haube 102 und dem Boden 108 besteht, wobei der Zwischenboden 106 das Dampfwerk 100 in zwei Räume unterteilt: einen Dampfraum 115 und einen Abdampfraum 116. Im Zwischenboden 106 stecken vier einfach wirkende Gleichstromzylinder 107 in koaxial konzentrischer Anordnung und ragen nur im Bereich der Auslasskanäle 107.1 in den Abdampfraum 116 hinein. Die Scheibenkolben 105 sind mit Kolbenringen 105.2 aus Grafit-Compound-Material bestückt, die einen ölfreien Betrieb ermöglichen. Die kreisrunde Isolierscheibe 117 (nicht dargestellt) ist auf dem Zwischenboden 106 mit Ausschnitten für die Gleichstromzylinder 107 und die Dekompressionszylinder 111 angebracht, wobei die Wärmeübertragung vom Dampfraum 115 zum Abdampfraum 116 reduziert wird. Der Dampf wird von oben über den Dampfstutzen 104 in den Dampfraum 115 eingeleitet und nach unten über den Abdampfstutzen 112 aus dem Abdampfraum 116 abgeleitet, wobei in dieser Anordnung auch anfallendes Kondensat mit abgeleitet wird. Da nahezu der gesamte Gleichstromzylinder 107 und der Zylinderkopf 107.2 vom Dampf beheizt werden, entstehen erhebliche Vorteile bezüglich des spezifischen Dampfverbrauches. Die Dekompressionszylinder 111, die ebenfalls in den Dampfraum 115 hineinragen, sind mit einer Wärme dämmenden Schicht 118 (nicht dargestellt) überzogen. Auf dem Zylinderkopf 107.2 des Gleichstromzylinders 107 mit dem Einlasskanal 107.3 sitzt eine Gleitscheibe 107.4, worauf das Drehventil in Zahnradform 109 mit einem Einlasskanal 109.1 drehen kann, indem es auf eine Achse 107.5 aufgesteckt ist, wobei sich zwischen der Achse 107.5 und dem Drehventil in Zahnradform 109 ein Gleitlager 107.8 befindet. Eine Feder 107.9 drückt das Drehventil in Zahnradform 109 auf die Gleitscheibe 107.4. Auf der Achse 107.5 ist der Sicherungsring 107.10 angebracht. (107.4 bis 107.10 nicht dargestellt) Wie aus 3:A-A mit den 3.1 bis 3.4 ersichtlich, sind die Drehventile in Zahnradform 109 dargestellt mit den Ventilstellungen 1 bis 4. In 4:B-B ist die Dekompressionseinrichtung dargestellt. In der Expansionsmaschine entsteht keine Kompression der noch im Gleichstromzylinder 107 enthaltenen Abdampfmenge auf dem Weg des Scheibenkolbens 105 vom UT zum OT. (siehe 1, 2, 4 und 5). Die Abdampfmenge wird über den Kanal 111.1 in den Dekompressionszylinder 111 gefördert, wobei die Abdampfmenge durch den hohlen Kolbenschieber 110 hindurch in den Abdampfraum 116 ausströmt. Der Kolbenschieber 110 mit Kolbenringen 110.1 (nicht dargestellt) wird von der Kurvenscheibe 113 gesteuert, wobei die Kolbenstange 110.2 mit dem Gleitstück 110.3 in einer Kurvenbahn der Kurvenscheibe 113 gleitet. Die Kurvenscheibe 113 wird von der Steuerwelle 114 angetrieben. Die Kurvenscheibe 113 besteht aus Grafit-Compound-Material. Die 4:B-B zeigt einen Blick auf die Gleichstromzylinder 107 und die Dekompressionszylinder 111, sowie die Führungsbahn 110.4 der Kolbenstange 110.2. Die Kurvenbahn der Kurvenscheibe 113 ist aus den 1 und 2 ersichtlich. Die 5 bis 7 zeigen den Aufbau des Scheibenkolbens 105 und des Kreuzkopfes 205. Die 5 zeigt den Kolbenschieber 110 mit der Kolbenstange 110.2 und dem Gleitstück 110.3. Die 6 zeigt die Stelleinrichtung 101, die aus einer Steuerwelle 114, einer Nabe 101.1, die mit dem Zahnrad 101.3 fest verbunden ist und der Schiebehülse 101.4, wobei eine relative Verstellung des Zahnrades 101.3 zur Steuerwelle 114 erfolgt, indem eine Stellkraft auf die Stellstange 101.8 wirkt und die Gabel 101.7 in die Nut-radial 101.6 eingreift, wobei in der Nut-axial gebogen 101.5 der Bolzen 101.2, befestig in der Nabe 101.1, axial geführt wird, wobei das Zahnrad 101.3 die vier Drehventile in Zahnradform 109 synchron antreibt. Das Verschieben der Nabe 101.1 verhindern die Sicherungsringe 114.3 die auf der Antriebswelle 114 angebracht sind. Die Stellstange 101.8 ist in der Führung 109 geführt und wird über die Dichtung 101.10 gegenüber der Haube 102 abgedichtet. Die 7, 8:C-C und 9:D-D zeigen den Scheibenkolben 105 und den Kreuzkopf 205. Der Scheibenkolben 105 mit den Kolbenringen 105.2 aus Grafit-Compound-Material ist fest mit der Kolbenstange 105.1 verbunden. Im Scheibenkolben 105 ist das Kondensatventil 105.3 integriert, wobei anfallendes Kondensat, insbesondere beim Anfahren der Expansionsmaschine in den Abdampfraum 116 abgeleitet wird, sobald der Druck im Gleichstromzylinder 107 über den Dampfdruck ansteigt. Der Scheibenkolben 105 ist fest mit der Kolbenstange 105.1 verbunden und die Kolbenstange 105.1 ist über die Kupplung 21 mit der Kreuzkopfstange 205.1 verbunden. In 8:C-C ist der Aufbau des Kreuzkopfes 205 ersichtlich. Der Kreuzkopf 205 bildet eine Einheit aus der Kreuzkopfstange 205.1, dem Prisma 205.2, der Bolzenführung 205.3, dem Bolzen 205.4, gesichert gegenüber der Bolzenführung 205.3 mit den Zylinderstiften 205.5 und den Gleitscheiben 205.6. Das Prisma 205.2, der Bolzen 205.4 und die Schiebehülse 205.7 haben Bohrungen 205.8 zur Ölversorgung (nicht dargestellt). Die Kreuzkopfstangen 205.1 sind paarweise für A1/A2 und B1/B2 zugeordnet.
Die Länge des Paares A1/A2 ist länger als die des Paares B1/B2. Die 9:D-D zeigt einen Schnitt des Prismas 205.2. Der Kreuzkopf 205 dient zur Übertragung der Kolbenkraft auf die Tandemtaumelscheibe 208. Die 10:E-E zeigt eine vollständige Darstellung der Tandemtaumelscheibe 208 mit der Antriebswelle 207. Die Tandemtaumelscheibe 208 besteht aus zwei identisch aufgebauten Taumelscheiben, aus der Taumelscheibe A1/A2 208.1 und der Taumelscheibe B1/B2 208.2. Die Antriebswelle 207 ist mit dem Loslager 206.1 und dem Festlager 206.2 gelagert. Das Loslager 206.1 ist am Boden 202.1 und das Festlager 206.2 am Boden 202.2 befestigt. Auf die glatte Antriebswelle 207 sind die folgenden Bauteile der Tandemtaumelscheibe 208 der Reihe nach aufgesteckt: Keil 208.4, Taumelscheibe 208.2, Distanzscheibe 208.3, Taumelscheibe 208.1, Keil 288.4. Außerhalb des Bodens 202.2 befinden sich die Wellendichtung 207.1 und das Schwungrad 209, gesichert durch die Passfeder 209.1. Die Bauteile der Tandemtaumelscheibe 208 sind durch die Keile 208.4 gegen axiales Verschieben und durch die Passfedern 208.5 gegen radiales Verdrehen gesichert. Die 10:E-E zeigt weiterhin die Bauteile der Taumelscheibe A1/A2 208.1, B1/B2 208.2, wobei diese aus dem Lagerträger 208.6, dem Wälzlagerpaar 208.7 und dem Tragring 208.8 mit der fest verbundenen Taumelstange A1/A2, B1/B2 208.9 besteht. Das Wälzlagerpaar 208.7 kann fest oder lösbar mit dem Lagerträger 208.6 und dem Tragring 208.8 verbunden sein. Es ist nur eine Frage der Austauschbarkeit einzelner Bauteile. Auf der Taumelstange A1/A2, B1/B2 208.9 ist die Schiebehülse 205.7 des Kreuzkopfes 205 aufgesteckt, gesichert durch den Sicherungsring 208.10. Die 11, 12:F-F und 13:G-G zeigen die Funktion der Tandemtaumelscheibe (208). 13 zeigt den Drehwinkel β der Antriebswelle 207 in Schritten von 45° und 12:F-F zeigt die relative Verdrehung der Taumelstange A1/A2, B1/B2 208.9 mit dem Drehwinkel γ, ebenfalls in Schritten von 45.°, 11 demonstriert die Kraftübertragung vom Scheibenkolben 105 über die Kolbenstange 105.1 auf die Kreuzkopfstange 205.1 des Kreuzkopfes 205, wobei die Kupplung 21 nicht dargestellt ist. Der Kreuzkopf 205 überträgt die Kolbenkraft auf die Taumelstange A1/A1, B1/B2 208.9 der die Tandemtaumelscheibe 208, bzw. auf eine der beiden Taumelscheiben A1/A2 208.1, B1/B2 208.2, damit die Antriebswelle 207 in Rotation versetzt wird. Die Kreuzkopfstange 205.1 hat paarweise gleiche Längen für die Taumelscheibe A1/A2 208.1 und für die Taumelscheibe B1/B2 208.2, wobei das Paar für die Taumelscheibe B1/B2 208.2 kürzer ist. Der Weg des Scheibenkolbens 105 vom OT zum UT ist der Hub H. Der Abstand von der Antriebswelle 207 zum Kreuzkopf beträgt D/2.
Die Taumelscheibe A1/A2 208.1, B1/B2 208.2 erzeugt dabei den Schwenkwinkel 2·α/2 mit dem Radius R bei einer Drehung der Antriebswelle 207 auf 180°. Die 12:F-F zeigt die Taumelstange A1/A2, B1 B2 208.9, gelotet auf die Antriebswelle 207, mit dem Drehwinkel γ um die eigene Achse vom OT zum UT wie folgt: β = 0°:γ = α/2 bis β = 90°:γ = 0°, um von β = 90° bis bei β = 180° auf weitere γ = α/2 gedreht zu werden. Auf dem Weg vom UT zum OT erfolgt eine Rückdrehung vom UT zum OT wieder auf γ = α/2. Dabei erfolgt eine relative Bewegung h der Taumelstange 208.9 einschließlich der Schiebehülse 205.7 zum Bolzen 205.4 und es besteht folgende Beziehung: h = D/2 – (H/2)/(tanα/2) Der Bolzen 205.4 des Kreuzkopfes 205 ist linear über die Kreuzkopfführung 204 geführt und dreht sich bei der Ausführung des Hubes H um den Schwenkwinkel 2·α/2. Die 14 bis 17 demonstrieren den Bewegungsablauf der beweglichen Teile einer Expansionsmaschine mit einer Tandemtaumelscheibe 208 als Funktion der Drehrichtung. 14 zeigt den Drehsinn der Antriebswelle rechts (mit Blick vom Dampfwerk 100 auf das Triebwerk 200) 15 zeigt den Drehsinn der Antriebswelle links. 16 zeigt den Bewegungsablauf zu 11 und 14 anhand der Taumelstange A1/A2, B1/B2 in der Reihenfolge: A1 B2 B1 A2 und 17 zeigt den Bewegungsablauf zu 11 und 15 anhand der Taumelstange A1/A2, B1, B2 in der Reihenfolge: B2 A1 A2 B1. 18:H-H zeigt die Prismen 205.2 in den Kreuzkopfführungen 204.1 für die Taumelscheibe A1/B1 208.1 und die 19:I-I zeigt die Prismen 205.2 in den Kreuzkopfführungen 204.2 für die Taumelsscheibe B1/B2 208.2. Die 20:H1-H1, 21:J-J und 22:K-K zeigen die Ankopplung einer Ölkolbenpumpe 210 über die Kolbenstange 210.2 an die Bolzenführung 205.3 des Kreuzkopfes 205, wobei der Zylinder 210.1 am Gehäuse 201 befestigt ist. Die Saugleitung 210.3 saugt das Öl unterhalb der Antriebswelle 207 an und die Druckleitung 210.4 endet oberhalb der Antriebswelle 207, wobei das Öl über einen Düsenstock: 210.5 versprüht wird. Diese Einspritzschmierung arbeitet für beide Drehrichtungen nahezu proportional.
2. Ausführungsbeispiel – es wird auf die 23 bis 30 verwiesen. In 23 ist die Steuereinrichtung 120 dargestellt, bestehend aus der Steuerscheibe 120.1 und der Steuerscheibe 120.2 mit der Nabe 122, wobei die Steuerscheibe 120.1 auf der Steuerwelle 114 zu der Steuerscheibe 120.1 zueinander zu verdrehen ist und die Steuerscheibe 120.2 mit der Steuerwelle 114 über den Festsitz 120.3 verbunden ist.
Die 24:L und 25:M zeigen eine Ansicht der Steuerscheiben 120.2 und 120.1. Die Steuerscheiben 120.1, 120.2 bestehen aus dem Radius groß R1 121.1, dem Radius klein R2 121.2 und dem Bogen R1–R2 121.3 als Verbindung beider Radien. Durch die relative Verdrehung der Steuerscheibe 120.1 zur Steuerscheibe 120.2 entsteht somit die Kurvenbahn 121. In 26 sind die Steuerscheiben 120.2, 120.1 in der Stellung MIN 125 und in der 27 sind die Steuerscheiben 120.2, 120.1 in der Stellung MAX 126 dargestellt. Die Stellkraft wird von der Steuerwelle 114 auf die Stellscheiben 120.2, 120.1 übertragen, wobei die Rolle 124.1 (aus Kohlenstoff-Compound-Material oder Keramik) des Oszillators 124 über die Achse 124.2 mit den Sicherungsringen 124.3 und der Gabel 124.4 die Stellkraft über die Steuerstange 124.5, geführt in der Führung 124.6, auf die Antriebsstange 129.13 des Drehventils-oszillierend 129 überträgt. Die erzeugbare Stellgröße für ein Stellglied, beispielsweise für das bereits genannte Drehventil-oszillierend 129 beträgt gerundet zwischen 10% und 80%. 28 zeigt die Steuereinrichtung 120 für beide Drehrichtungen, wobei die Steuerscheiben 120.2 und 120.1 auf der Steuerwelle 114 relativ zueinander zu verdrehen sind. Dazu sind die Steuerscheiben 120.2, 120.2 fest mit der Nabe 101.1 verbunden sind, in welcher der Bolzen 101.2 steckt. (Siehe auch 6) Die Nabe 101.1 kann auf der Steuerwelle 114 in axialer Richtung gleiten und dreht sich gemeinsam mit der Schiebehülse 101.4 auf der Steuerwelle 114. Die relative Verstellung der Steuerscheiben 120.2, 120.1 zueinander wird durch eine Stellkraft erreicht, welche über die Gabel 101.7 mit der Stellstange 101.8 in die Nut-radial 101.6 eingreift, wobei der Bolzen 101.2 in der Nut-axial gebogen 101.5 geführt wird. Die Nabe 101.1 ist auf der Steuerwelle 114 gegen axiales Verschieben durch die Sicherungsringe 114.3 gesichert. In 29 sind die Stellscheiben 120.2, 120.1 in der Stellung MIN Links- und Rechtslauf 127 und in 30 sind die Stellscheiben 120.2, 120.1 in der Stellung MAX Links- und Rechtslauf 128 dargestellt.
3. Ausführungsbeispiel – es wird auf die 31 bis 39 verwiesen. 31 zeigt das Drehventil-oszillierend 129, bestehend aus der Ventilscheibe 129.1 mit dem Einlasskanal 129.2, welches auf dem Zylinderkopf 107.2 mit der darauf sitzenden Gleitscheibe 107.4 oszillierend gleitet. Die Ventilscheibe 129.1 ist fest mit der Ventilwelle 129.4 verbunden und mit der Gleitringdichtung 129.6 gegenüber der Haube 102 abgedichtet, wobei die Gleitringdichtung 129.6 von der Ventilscheibe 129.2 über den Mitnehmer 129.3 zur Drehung gebracht wird. Im Zylinderkopf 107.2 ist das Loslager 129.5 (aus Kohlenstoff-Compound-Material) eingelassen, worin die Ventilwelle 129.4 gelagert ist. Außerhalb der Haube 102 ist das Trägerrohr 129.7 befestigt mit Öffnungen 129.8 zur Dichtheitskontrolle der Gleitringdichtung 129.6, (außerhalb der Wärmeisolierung 136) wobei sich in dem Trägerrohr 129.7 die Ventilwelle 129.4, das Festlager 129.10 und die Dichtung 129.9 befinden. 32:N-N zeigt die Ventilwelle 129.4 mit dem Zahnradsegment 129.11, kraftschlüssig auf die Ventilwelle 129.4 aufgesteckt, wobei das Zahnradsegment 129.11 von der Zahnstange 129.12 und der daran fest verbundenen Antriebsstange 129.13 mit Scheibe 129.14 angetrieben wird. Die Antriebsstange 129.13 wird in der Führung 129.16 geführt. Mit der Rückstellfeder 129.15, angeordnet zwischen der Scheibe 129.14 und der Führung 129.16 wird die Schließposition des Drehventil-oszillierend 129 nach einer Dampfzufuhr wieder hergestellt. 33:O-O zeigt das Drehventil-oszillierend 129 mit der realen Form des Einlasskanals 129.2. 34 zeigt das Dampfwerk 100 mit einem Gehäuse 123 und dem darauf angebrachten Regler 130. Der Antrieb der Antriebstange 129.13 erfolgt durch den Oszillator 124 der Steuereinrichtung 120, wobei die Steuereinrichtung 120 und das Zahnradsegment 129.11, aufgesteckt auf die Ventilwelle 129.4, gemeinsam in diesem Gehäuse 123 untergebracht sind, wobei die Bauteile mit Öl geschmiert sind. 35:P-P zeigt die Anordnung der Regler 130.1 und 130.1 auf dem Gehäuse 123. Die Regelung der Drehzahl übernehmen die Regler 130.1, 130.2 getrennt für die beiden Drehrichtungen, wobei der Regler 130.1, 130.2 seine Stellkraft in axialer Richtung auf die Stellstange 101.8 überträgt, dargestellt in 36:Q-Q. (In 28 sind Gabel mit Stellstange 101.7 zeichnerisch in einer Ebene darstellt.) Bei einem Linkslauf wird die Steuerscheibe 120.2 durch einen Regler 130.2 nach links nur gestellt, wobei der Regler 130.1 die Regelfunktion übernimmt und dabei die Steuerscheibe 120.1 gesteuert wird. In 30 ist eine Stellung MAX dargestellt. Bei einem Rechtslauf wird die Steuerscheibe 120.1 durch einen Regler 130.1 nach rechts nur gestellt, wobei der Regler 130.2 die Regelfunktion übernimmt und dabei die Steuerscheibe 120.2 gesteuert wird. In 29 ist eine Stellung MIN dargestellt. 37:R-R zeigt den Antrieb der Steuereinrichtung 120 über die Steuerwelle 114, sowie den Antrieb der Ventilwellen 129.4 des Drehventils-oszillierend 129. 38 zeigt das Dampfwerk 100 mit dem Drehventil-oszillierend 129, wobei an den Flansch 129.17 der Drehmagnet 131 direkt angeschraubt ist. Die Regelung und Steuerung für beide Drehrichtungen, wie im vorhergehenden Abschnitt beschrieben, übernimmt die SPS 132. Die SPS erhält von der Steuerwelle 114 die notwendigen Signale von dem Stellungsgeber 132.1 und dem Drehzahlgeber 132.2, wobei noch der Drehzahlgeber extern 132.3 aufgeschaltet werden kann. 39:S-S zeigt die Anordnung der Drehventile-oszillierend 129 in der Haube 102, wobei diese Anordnung auch für 34 zutrifft.
4. Ausführungsbeispiel – es wird auf die 40 bis 45 verwiesen. Die 40 und 41:T-T zeigen den Fliehkraftregler 133 mit dem Gehäuse 133.1, in welchem zwei Zahnstangen 133.2 mit einem Gewinde 133.3 gelagert sind und auf dem Gewinde 133.3 zwei Gewichte 133.4 aufgeschraubt sind, wobei die Fliehkraft durch das Gewicht 133.4 gegen die Feder 133.5 wirkt und dabei das auf der Nabe 122 sitzende Zahnrad 133.6 angetrieben wird. 41:T-T zeigt, dass die Stellscheibe 120.2 mit der die Nabe 133.7 über den Zylinderstift 133.8 mit der Steuerwelle 114 verbunden ist. Das Gehäuse 133.1 ist über den Zylinderstift 133.8 mit der Steuerwelle 114 verbunden. Das sich im Gehäuse 133.1 begrenzt drehende Zahnrad 133.6 verstellt die Steuerscheibe 120.1 relativ zur Steuerscheibe 120.2, wobei die Rolle 124.1 auf der Kurvenbahn 121, dargestellt in 42:U-U abrollt. Die 43 und 44:V-V zeigen das Dampfwerk 100 mit dem Fliehkraftregler 133, dem Oszillator 124 und dem Flachschieber 134, wobei die Steuerstange 124.5 (nicht dargestellt) des Oszillators 124 direkt mit dem Flachschieber 134 verbunden ist und die Rückstellfeder 134.2 des Flachschiebers 134 (nicht dargestellt) den Flachschieber 134 in die Ausgangsposition nach einer Dampfzufuhr über den Einlasskanal 134.1 zurück stellt. Der Flachschieber 134 wird in der Führung 134.3 geführt (nicht dargestellt). 45 zeigt eine Übersicht über die realisierbaren Arbeitstakte des Dampfwerkes 100 mit folgenden Ausnahmen: Die Dampfzufuhr über das Drehventil in Zahnradform 109 ist nur für eine konstante Dampfzufuhr vorgesehen und benötigt daher keinen Regler, wobei eine Umsteuerung der Drehrichtung möglich ist und ebenfalls ein Anfahren bei einer Füllung der Expansionsmaschine kleiner 50%. Es entfällt der Arbeitstakt „E2 geregelt”. Die Dampfzufuhr über den Flachschieber 134 wird mit dem Fliehkraftregler 133 geregelt und erfüllt den Arbeitstakt „E2 geregelt”, ist aber nur für eine konstant einzustellende Drehzahl einer Drehrichtung. Das Drehventil-oszillierend 129 mit einer Drehzahlregelung ist für beide Drehrichtungen geeignet. Bei dem Drehventil in Zahnradform 109 erfolgt das Öffnen und das Schließen mit einem sich veränderten Querschnitt und bedingt dadurch eine Drosselung des Dampfes zu Beginn der Dampfzufuhr, während beim Drehventil- oszillierend 129 nur eine sehr kurze Drosselung zu Beginn der Dampfzufuhr eintritt, bedingt durch den Bogen R1–R2 121.3, wobei dieser Bogen R1–R2 121.3 mit der Wirkung eines Nockens bei einer Nockensteuerung gleichzusetzen ist. Der Arbeitstakt „E2 geregelt” erfolgt aber dabei konstant mit vollem Öffnungsquerschnitt des Einlasskanals 129.2. Dadurch ist das Drehventil-oszillierend 129 gegenüber dem Drehventil in Zahnradform 109 in Verbindung mit der Steuerung 120 bezüglich des spezifischen Dampfverbrauchs im großen Vorteil.
Mit einer Regelung über die SPS 132 und dem Drehmagnet 131 als Antrieb des Drehventils-oszillierend 129 wird die Öffnungszeit nahezu Null für den Arbeitstakt „E1 konstant”, was gegenüber der Regelung mit Regler 130 und Steuereinrichtung 120 als Antrieb ein weiterer Vorteil ist. Der Arbeitstakt „EX” erfolgt analog zur klassischen Dampfmaschine. Es folgt der Arbeitstakt „Au1” über Auslasskanäle analog zur klassischen Gleichstromdampfmaschine, wobei die Expansionsmaschine einfach wirkend ist und demzufolge jeder Gleichstromzylinder 107 nur auf einer Seite Auslasskanäle 107.1 hat. Die Länge des Arbeitstaktes „Au2” über Kolbenschieber 110 ist an den Fall der Anwendung anzupassen durch die Gestaltung der Kurvenscheibe 113. Der „gewollte” Arbeitstakt „Ko” Kompression wird vom Arbeitstakt „Au2” über Kolbenschieber 110 beeinflusst und dient in bekannter Weise dazu, unter anderem, Stöße zu vermeiden, die durch einen plötzlichen Wechsel der Kolbenkraft im Triebwerk bei der Dampfzufuhr entstehen.

Claims

Expansionsmaschine für die Expansion von Dampf mit Übertragung der Kolbenkraft über Koppelglieder mit halbkugelförmigen Übertragungsflächen zu einer Taumelscheibe mit räumlichen Bewegungsabläufen, wobei alle Bauteile in einem gemeinsamen Gehäuse untergebracht sind, dadurch gekennzeichnet, das die Expansionsmaschine aus zwei zylindrischen Modulen, dem Dampfwerk (100) und dem Triebwerk (200) besteht, welche durch Verbindungsstege (12) und Kupplungen (21) lösbar miteinander verbunden sind, wobei in einem Zwischenboden (106) eines Dampfwerkes (100) vier einfach wirkende, koaxial-konzentrisch angeordnete Gleichstromzylinder (107) mit Auslasskanälen (107.1) stecken, wobei vier Scheibenkolben (105) die Kolbenkraft über Kolbenstangen (105.1) zu einem Triebwerk (200) übertragen und dort über Kreuzköpfe (205) auf einer Tandemtaumelscheibe (208) eine Antriebswelle (207) mit einer angekoppelten Steuerwelle (114) in Rotation versetzen, wobei über Drehventile in Zahnradform (109) die Dampfzufuhr zu den Gleichstromzylindern gesteuert wird.
Expansionsmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Dampfwerk (100) in zwei Räume unterteilt ist: einem Dampfraum (115) mit Dampfstutzen (104) und einem Abdampfraum (116) mit Abdampfstutzen (112), gebildet durch den Mantel (103) mit Haube (102), Zwischenboden (106), Mantel (103) mit Boden (108).
Expansionsmaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Gleichstromzylinder (107) im Zwischenboden (106) nur so weit durch einen Zwischenboden (106) gesteckt ist, dass der Abdampf über die Auslasskanäle (107.1) frei in den Abdampfraum (116) entspannen kann und die Gleichstromzylinder (107) einschließlich Zylinderköpfe (107.2) vom Dampf beheizt werden.
Expansionsmaschine nach Anspruch 1 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Gleichstromzylinder (107) einen Zylinderkopf (107.2) mit Einlasskanal (107.3) und eine darauf sitzende Gleitscheibe (107.4) hat, wobei das Drehventil in Zahnradform (109) mit einem Einlasskanal (109.1) drehen kann, indem es auf eine Achse (107.5) aufgesteckt ist, wobei sich zwischen Achse (107.5) und Drehventil in Zahnradform (109) ein Gleitlager (107.8) befindet, wobei eine Feder (107.9) und ein Sicherungsring (107.10) das Drehventil in Zahnradform (109) auf die Gleitscheibe (107.4) drückt.
Expansionsmaschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein Dekompressionszylinder (111) im Zwischenboden (106) parallel zu einem Gleichstromzylinder (107) angeordnet ist, wobei der Gleichstromzylinder (107) über einen Kanal (111.1) mit dem Dekompressionszylinder (111) verbunden ist, eine Kurvenscheibe (113) einen Kolbenschieber (110) steuert und der Dampf aus dem Gleichstromzylinder (107) auf dem Weg vom UT zum OT in den Abdampfraum (116) strömen kann.
Expansionsmaschine nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass eine Stelleinrichtung (101), welche aus einer Steuerwelle (114), einer Nabe (101.1) mit einem Zahnrad (101.3) und einer Schiebehülse (101.4) besteht, eine relative Verstellung des Zahnrades (101.3) zur Steuerwelle (114) über eine Stellstange (101.8) und eine Gabel (101.7) in eine Nut-radial (101.6) der Schiebehülse (101.4) eingreift und in der Nut-axial gebogen (101.5) ein Bolzen (101.2) der Nabe (101.1) axial geführt wird, wobei das Zahnrad (101.3) die vier Drehventile in Zahnradform (109) synchron antreibt.
Expansionsmaschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein Kondensatventil (105.3) in einem Scheibenkolben (105) integriert ist, wobei anfallendes Kondensat auf dem Weg eines Scheibenkolbens (105) von UT nach OT in den Abdampfraum (116) gedrückt wird.
Expansionsmaschine nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Dampfzufuhr zu den Gleichstromzylindern (107) wie folgt ablauft: Gleichstromzylinder A1, Gleichstromzylinder B1, Gleichstromzylinder A2, Gleichstromzylinder B2, wobei die Dampfzuführung bei einer Umsteuerung wie folgt ablauft: Gleichstromzylinder A1, Gleichstromzylinder B2, Gleichstromzylinder A2, Gleichstromzylinder B1.
Expansionsmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Scheibenkolben (105) mit einer Kolbenstange (105.1) und eine Steuerwelle (114) mit einer Antriebswelle (207) über Kupplungen (21) lösbar verbunden sind, wobei die Kolbenstange (105.1) und die Steuerwelle (114) mit Dichtungen (105.4), (114.1) versehen sind zur Abdichtung gegen den Abdampfdruck.
Expansionsmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Haube (102), einschließlich Mantel (103), Dampfstutzen (104) und Abdampfstutzen (112) mit einer Wärmeisolierung (136) umhüllt sind, wobei die Wärmeisolierung (136) über dem Flansch (135) geteilt ist.
Expansionsmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Kreuzkopf (205) aus einer Kreuzkopfstange (205.1), einem Prisma (205.2), einer Bolzenführung (205.3), einem Bolzen (205.4), Zylinderstiften (205.5), Gleitscheiben (205.6) und einer Schiebehülse (205.7) besteht, wobei in der Bolzenführung (205.3) ein Bolzen (205.4) gelagert ist.
Expansionsmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet ist, dass die Tandemtaumelscheibe (208) aus zwei identisch aufgebauten Taumelscheiben besteht: Einer Taumelscheibe A1/A2 (208.1) und einer Taumelscheibe B1/B2 (208.2).
Expansionsmaschine nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, das eine glatte Antriebswelle (207) mit einem Loslager (206.1) an einem Boden (202.1), sowie einem Festlager (206.2) an einem Boden (202.2) gelagert ist, wobei der Reihe nach folgende Bauteile aufgesteckt sind: Taumelscheibe B1/B2 (208.2), Distanzscheibe (208.3), Taumelscheibe A1/A2 (208.1), Distanzscheibe (208.3), wobei Keile (208.4) gegen axiales Verschieben und Passfedern (208.5) gegen radiales Verdrehen sichern und das auf der Antriebswelle (207) außerhalb des Bodens (202.2) noch ein Schwungrad (209), gesichert mit einer Passfeder (209.1) aufgesteckt ist.
Expansionsmaschine nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Taumelscheibe A1/A2 (208.1), B1/B2 (208.2) aus einem Lagerträger (208.6), einem Wälzlagerpaar (208.7), einem Tragring (208.8) mit einer Taumelstange A1/A2, B1/B2 (208.9) besteht, wobei auf einer Taumelstange A1/A2, B1/B2 (208.9) eine Schiebehülse (205.7) aufgesteckt ist, gesichert durch einen Sicherungsring (208.10), wobei die Schiebehülse (205.7) im Bolzen (205.4) eines Kreuzkopfes (205) gelagert ist.
Expansionsmaschine nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass ein Prisma (205.2) eines Kreuzkopfes (205) in einer Kreuzkopfführung (204) linear und verdrehsicher gleitet, wobei eine Kreuzkopfführung (204) im Inneren eines Gehäuses (201) angebracht ist.
Expansionsmaschine nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass eine Ölkolbenpumpe (210) von dem Kreuzkopf (205) angetrieben wird, wobei eine Kolbenstange (210.2) an einer Bolzenführung (205.3) und ein Zylinder (210.1) an einem Gehäuse (201) befestigt ist und eine Saugleitung (210.3) das Öl unterhalb einer Antriebswelle (207) ansaugt und eine Druckleitung (210.4) das Öl mit einem Düsenstock (210.5) oberhalb der Antriebswelle (207) versprüht.
Expansionsmaschine nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Übertragung der Kolbenkraft des Scheibenkolbens (105) bis zu einer Tandemtaumelscheibe (208) nur über eindimensionale Bewegungsläufe hergestellt wird, wobei folgende Bewegungsformen ausgeführt werden: das Prisma (205.2) in einer Kreuzkopfführung (204): linear, der Bolzen (205.4) in einer Bolzenführung (205.3): begrenzt drehend, der Bolzen (205.4) zu einer Schiebehülse (205.7) linear, die Schiebehülse (205.7) zu einer Taumelsstange A1/A2, B1/B2 (208.9): begrenzt drehend, wobei nur das Prisma (205.2) und die Schiebehülse (205.7) aus Gleitmaterial bestehen, und das Prisma (205.2), der Bolzen (205.4) und die Schiebehülse (205.7) mit Bohrungen (205.8) zur Ölversorgung versehen sind.
Steuereinrichtung einer Expansionsmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass eine Steuerscheibe (120.1) zu einer Steuerscheibe (120.2) mit einer Nabe (122) auf einer Steuerwelle (114) relativ zueinander zu verdrehen ist, wobei eine Steuerscheibe (120.1), (120.2) aus einem Radius groß R1 (121.1), einem Radius klein R2 (121.2) und einem Bogen R1–R2 (121.3) besteht und dadurch eine Kurvenbahn (121) erzeugt wird, wobei ein Oszillator (124), bestehend aus: Rolle (124.1), Achse (124.2), Sicherungsring (124.3), Gabel (124.4), Steuerstange (124.5) mit Führung (124.6) besteht, die Rolle (124.1) auf einer Steuerscheibe (120.1), (120.2) abrollt und über die Steuerstange (124.5) ein Stellglied mit einer Stellgröße von annähernd 10% bis 80% gesteuert wird.
Steuereinrichtung einer Expansionsmaschine, nach Anspruch 18 dadurch gekennzeichnet, dass eine Steuereinrichtung (120) aus einer Steuerwelle (114), einer Steuerscheibe (120.1) mit einer Nabe (101.1) und einer Schiebehülse (101.1), sowie einer Steuerscheibe (120.2) mit einer Nabe (101.1) und einer Schiebehülse (101.4) besteht, wobei die Steuerscheibe (120.1), (120.2) separat auf der Steuerwelle (114) radial zu verstellen ist, wobei eine Stellstange (101.8) mit Gabel (101.7) in die Nut-radial (101.6) der Schiebehülse (101.4) eingreift und in der Nut-axial gebogen (101.5) ein Bolzen (101.2) der Nabe (101.1) axial geführt wird, wobei von der Steuerscheibe (120.1), (120.2) ein Oszillator (124) angetrieben wird und dadurch ein Stellglied mit Umsteuerung gesteuert wird.
Drehventil-oszillierend einer Expansionsmaschine, nach einem der Ansprüche 4 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass eine Ventilscheibe (129.1) auf einer Gleitscheibe (107.4) gleitet und eine Ventilwelle (129.4) in einem Loslager (129.5) und einem Festlager (129.10) gelagert ist und die Abdichtung einer Ventilwelle (129.4) zu einer Haube (102) mit einer Gleitringdichtung (129.6) erfolgt, wobei eine Ventilscheibe (129.1) durch einen Oszillator (124) über eine Antriebstange (129.13), eine Rückstellfeder (129.15), eine Zahnstange (129.12), ein Zahnradsegment (129.11) und eine Ventilwelle (129.4) angetrieben wird.
Drehventil-oszillierend einer Expansionsmaschine, nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, das die Ventilwelle (129.4), eine Dichtung (129.9) und ein Festlager (129.10) in einem Trägerrohr (129.7) gelagert sind, wobei ein Trägerrohr (129.7) an einer Haube (102) befestigt ist und an einem Trägerrohr (129.7) ein Gehäuse (123) befestigt ist, in welchem sich eine Steuereinrichtung (120), sowie das Zahnradsegment (129.11), aufgesteckt auf der Ventilwelle (129.4) befindet.
Drehventil-oszillierend einer Expansionsmaschine, nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass die Regelung der Drehzahl mit einem Regler (130) erfolgt, wobei der Regler (130) an einem Gehäuse (123) mit der Steuerereinrichtung (120) angebracht ist, ein Regler (130) über eine Stellstange (101.8) und eine Gabel (101.7) eine Steuereinrichtung (120) mit einem Oszillator (124) steuert und dabei das Zahnradsegment (129.11) angetrieben wird und über zwei Regler (130.1), (130.2) eine Drehzahlregelung mit einer Umsteuerung bewirkt wird.
Drehventil-oszillierend nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass eine SPS (132) die Drehzahl mit Umsteuerung regelt über einen Stellungsgeber (132.1) und einen Drehzahlgeber (132.1) mit Drehzahlgeber extern (132.3), wobei der Antrieb eines Drehventil-oszillierend (129) mit einem Drehmagnet (131) erfolgt.
Fliehkraftregler einer Expansionsmaschine nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass auf der Steuerwelle (114) ein Gehäuse (133.1) mit zwei Zahnstangen (133.2) lind Gewichten (133.4) befestigt ist, wobei mittels der Zentrifugalkraft die Zahnstangen (133.2) gegen eine Feder (135.5) wirken und dabei ein Zahnrad (133.6) begrenzt drehend, angetrieben wird, welches über eine Nabe (122) mit einer Steuerscheibe (120.1) verbunden ist und eine relative Verdrehung der Steuerscheibe (120.1) zu einer Steuerscheibe (120.2) erfolgt, deren Nabe (133.7) über einen Zylinderstift (133.8) mit der Steuerwelle (114) verbunden ist.
Fliehkraftregler einer Expansionsmaschine nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, dass der Fliehkraftregler (133) einen Flachschieber (134) direkt steuert, wobei der Flachschieber (134) mit einer Feder (134.1) auf eine Gleitscheibe (107.4) gedrückt wird und der Flachschieber (134) in einer Führung (134.3) gleitet und eine Rückstellfeder (134.2) nach einer Dampfzufuhr über einen Einlasskanal (134.1) die Schließstellung bewirkt.