DE102009006119A1 - Diskontinuierliche Steuerung einer Heißgasmaschine bzw. Wärmepumpe - Google Patents

Abstract

Die Steuerung des Wärmestromes erfolgt bei Heißgasmaschinen und Wärmepumpen meist sinusförmig. Einen besseren Wirkungsgrad würden diese Maschinen mit einer diskontinuierlichen Steuerung erreichen. Bekannte diskontinuierliche Steuerungen sind oft mit Nachteilen behaftet. Diese sind harter Gang und erhöhte mechanische Reibung. Die vorliegende Erindung soll diese Nachteile verbessern.

Description

• Die Erfindung betrifft eine diskontinuierliche Steuerung einer Heißgasmaschine bzw. Wärmepumpe.
• Es ist bekannt, Heißgasmaschinen mit einer diskontinuierlichen Verdrängersteuerung zu versehen.
• Ein Mangel dieser Maschinen ist ihr größerer baulicher Aufwand. Durch Verwendung von Anschlägen, Kurven und in diesen laufenden Rollen resultiert ein härterer Gang dieser Maschinen. Dies führt auch zu einem ungünstigen mechanischen Wirkungsgrad.
• Im Buch ”Stirling-Maschinen” von Martin Werdich und Kuno Kübler, ökobuch Verlag, Staufen bei Freiburg,
  ist eine solche diskontinuierliche Verdrängersteuerung von Professor Ivo Kolin beschrieben. Auch andere diskontinuierliche Verdrängersteuerungen mit ihren Nachteilen werden hier aufgezeigt.
• Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Nachteile der vorgenannten Ausführungen auszuschalten. Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, dass eine Verwendung von Anschlägen, Kurven und in diesen laufenden Rollen mit ihren mechanischen Nachteilen vermieden wird. Dieses Problem wird durch die in den Patentansprüchen 1 und 2 aufgeführten Merkmale gelöst. Die Kurbelwelle, verbunden mit dem Schwungrad, treibt über Zahnräder, die von der Rundheit abweichen und einfacherweise ellipsenförmig gestaltet sind, die Steuerwelle an. Dadurch ist es möglich, die Umdrehungen der Steuerwelle ungleichförmig zu gestalten, so dass die Kolbengeschwindigkeit in den Endlagen des Hubes langsamer wird und somit für den Wärmeübergang eine größere Zeit zur Verfügung steht. Damit wird die Fläche des pV – Diagramms größer, was zu einer größeren Leistung und Verbesserung des Wirkungsgrades führt.
• Ein weiterer Lösungsweg wird im Patentanspruch 2 dargelegt. Der Arbeitskolben treibt wieder ein Schubkurbelgetriebe an.
• Das Schwungrad ist an dieser Kurbelwelle befestigt. Der Verdrängerkolben wird wieder von der Steuerwelle angetrieben. Die Steuerwelle steht in einem Winkel zur Kurbelwelle und ist durch ein Kardangelenk mit dieser verbunden. Dadurch ist es möglich, die Umdrehungen der Steuerwelle ungleichförmig zu gestalten, so dass die Verdrängerkolbengeschwindigkeit sich in den Hubendlagen wieder verlangsamt.
• Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im Folgenden näher beschrieben.
• Es zeigen:
• 1 einen Längsschnitt durch Arbeitszylinder und Verdrängerzylinder nach Anspruch 1
• 2 einen Schnitt durch Arbeitszylinder und Verdrängerzylinder in der Draufsicht nach Anspruch 2
• In einem Hohlzylinder 1 bewegt sich der Arbeitskolben 2. Dieser wird über eine Pleuelstange 3 mit der Hubscheibe der Kurbelwelle 4 verbunden. Diese Hubscheibe kann als elliptisches Zahnrad ausgebildet sein. Hubscheibe 5 greift in die Verzahnung der Hubscheibe 4 ein. Diese Hubscheibe 5 ist wiederum mit einer Pleuelstange 6 verbunden und treibt die Kolbenstange 7 des Verdrängerkolbens 8 an. Der Verdrängerkolben 8 bewegt sich mit einem Spiel im Hohlzylinder 9. Dadurch kann das eingeschlossene Gasvolumen von einem Zylinderende zum anderen transportiert werden.
• Ein anderes Ausführungsbeispiel zeigt 2. Hier bewegt sich wiederum im Hohlzylinder 10 der Arbeitskolben 11. Dieser treibt über die Pleuelstange 12 die Kurbelscheibe 13 an. Diese Kurbelscheibe ist mit der Kurbelwelle 14 verbunden und trägt das Schwungrad 15. Kurbelwelle 14 ist mit der Steuerwelle 17 über ein Kardangelenk 16 verbunden. Die an der Steuerwelle 17 befestigte Hubscheibe 18 treibt über Pleuelstange 19 die Kolbenstange 20 an. An Kolbenstange 20 ist der Verdrängerkolben 21 befestigt. Dieser ist wiederum für den Gastransport zu beiden Zylinderenden verantwortlich.

Claims (2)

1. Diskontinuierliche Steuerung einer Heißgasmaschine bzw. Wärmepumpe durch Verwendung einer Steuerwelle, welche durch nicht genau rund geformte Zahnräder oder Zahnkette, Zahnriemen o. ä. mit der Antriebswelle verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerwelle 5 durch von der Rundheit abweichende Verzahnungen mittels Zahnrädern, Zahnkette oder Zahnriemen von der Kurbelwelle 4 angetrieben wird.
2. Diskontinuierliche Steuerung einer Heißgasmaschine bzw. Wärmepumpe nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass die Kurbelwelle 14 und die Steuerwelle 17 in einem Winkel zueinander stehen und durch ein Kardangelenk miteinander verbunden sind.