DE102011078556B3

DE102011078556B3 - Ventilbetätigungsvorrichtung einer kolbendampfmaschine

Info

Publication number: DE102011078556B3
Application number: DE201110078556
Authority: DE
Inventors: Patentinhaber gleich
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2011-07-01
Filing date: 2011-07-01
Publication date: 2012-11-08
Anticipated expiration: 2031-07-02
Also published as: WO2013004570A1

Abstract

Ventilbetätigungsvorrichtung einer Kolbendampfmaschine mit einem bezüglich eines Arbeitsraums der Kolbendampfmaschine von außen abdichtenden Einlass- oder Auslassventil, wobei mittels der Ventilbetätigungsvorrichtung das Ventil von einer Geschlossenstellung, in der ein Ventilteller des Ventils einen Durchlass zum Arbeitsraum der Kolbendampfmaschine abdichtet, in eine Offenstellung überführbar ist, in der der Ventilteller den Durchlass freigibt. Die Ventilbetätigungsvorrichtung weist ein Kniehebelgetriebe mit zwei gelenkig miteinander verbundene Kniehebel auf, die derart mit dem Einlass- oder dem Auslassventil gelenkig verbunden sind, dass das Einlass- oder das Auslassventil mechanisch von der Geschlossenstellung in die Offenstellung und umgekehrt überführbar ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Ventilbetätigungsvorrichtung einer Kolbendampfmaschine mit zumindest einem in einem Arbeitsraum angeordneten Arbeitskolben, der in einem Arbeitszylinder der Kolbendampfmaschine mittels Dampfdruck bewegbar ist, wobei die für die Dampfbeaufschlagung des Arbeitskolbens benötigten Ventile bezüglich des Arbeitsraumes nach außen öffnen. Die Erfindung betrifft insbesondere eine Ventilbetätigungsvorrichtung einer Kolbendampfmaschine, dessen Restvolumen des Arbeitsraumes im oberen Totpunkt des Arbeitskolbens gegen Null tendiert. Die Erfindung betrifft weiter eine Kolbendampfmaschine, insbesondere eine Hubkolbendampfmaschine, mit mindestens einer Ventilbetätigungsvorrichtung für ein von außen abdichtendes Einlass- oder Auslassventil.
Kolbendampfmaschinen weisen zumindest einen Arbeitskolben auf, der in einem Arbeitszylinder längs der Zylinderachse linear beweglich angeordnet ist, wobei in diesem Fall von einer Hubkolben-Dampfmaschine gesprochen wird. Der durch den Arbeitskolben bei seiner Längsverschiebung im Arbeitszylinder überstrichene Bereich wird dementsprechend als Hubvolumen der Dampfmaschine bezeichnet. Dabei definieren der obere Totpunkt, an dem der Abstand zwischen Kolbenfläche und Arbeitszylinderkopffläche minimal ist, und der untere Totpunkt, an den der Abstand zwischen Kolbenoberfläche und Arbeitszylinderkopffläche maximal ist, den Hubweg, den der Arbeitskolben periodisch durchläuft. Bei der hier vorliegenden Erfindung sollen Kolbendampfmaschinen betrachtet werden, deren Restvolumen im oberen Totpunkt des Arbeitskolbens gegen Null tendieren. Dabei ist der Abstand zwischen der Kolbenoberfläche und der Zylinderkopffläche idealerweise Null bzw. nahezu Null. Bei einer solchen Maschine ist also das Hubvolumen gleich dem maximalen Arbeitsraum im unteren Totpunkt des Arbeitskolbens, wobei der Arbeitsraum durch den Arbeitskolben aufgespannt wird und durch den Arbeitszylinderdurchmesser und dem Abstand zwischen der Kolbenoberfläche und der Zylinderkopffläche definiert ist.
Speziell bei Kolbendampfmaschinen ist man bestrebt das Restvolumen, das auch als Schadraum bzw. als Totraum bezeichnet wird und das das Arbeitsvolumen im oberen Totpunkt des Arbeitskolbens darstellt, so klein als möglich, am besten als nicht vorhanden, d. h. gleich Null zu gestalten. Ein Restvolumen bzw. ein Schadraum, d. h. bei einem Abstand größer Null der Kolbenoberfläche von der Zylinderkopffläche in der oberen Totpunktlage des Arbeitskolbens, vermindert den Wirkungsgrad der Kolbendampfmaschine. Zudem verschlechtert sich der Wirkungsgrad der Kolbendampfmaschine mit Zunahme des Restvolumens/Schadraums. Bei einem vorhandenen Restvolumen, findet nur elf unvollständiger Gasaustausch statt. Das im Restvolumen verbleibende Gas muss beim Öffnen des Einlassventils am oberen Totpunkt des Arbeitskolbens zunächst von dem einströmenden Druckdampf erwärmt werden, bzw. der einströmende Druckdampf wird von dem im Restvolumen vorhandenen Gas abgekühlt, bevor der frisch eingeleitete Druckdampf eine Expansionsleistung an den Arbeitskolben abgeben kann. Weiterhin kommt es im Verlauf der Zeit im Schadraum zu einer Akkumulation von Kondensat, welches durch den Arbeitskolben mitbewegt wird und aus dem Schadraum nicht ohne weiteres entfernt werden kann, wodurch der Schadraum mit Kondensat „vollläuft”.
Die Realisierung einer Kolbendampfmaschine mit Null-Volumen-Technik ist daher vorteilhaft, wobei das zumindest eine Einlassventil und das zumindest eine Auslassventil bevorzugt so anzuordnen sind, dass diese Ventile nach außen öffnen. Dabei sind die Ventilsitze, auf dem die Ein- und Auslass-Ventile abdichten, bevorzugt außerhalb des Arbeitsraumes angeordnet. Aufgrund der hohen Drücke, die im Arbeitsraum einer Kolbendampfmaschine herrschen, werden Stößelventile gegenüber Schiebeventilen bevorzugt eingesetzt. Jedoch sind für Stößelventile hohe Zuhaltekräfte notwendig, damit der Dampfraum bzw. der Arbeitsraum wirkungsvoll abgedichtet werden kann.
Zur Ausgestaltung einer solchen Kolbendampfmaschine schlägt DE 10 2006 055 187 B3 vor, die nach außen öffnenden Ventile durch eine Federvorspannung in der geschlossenen Stellung zu halten. Durch Hydraulikdruck sind die Ventile in eine Offenstellung gegen die Federkraft bewegbar. Gleichzeitig sind die Ventile so ausgestaltet, dass die Schließfläche des Ventils in der geschlossenen Stellung bündig mit der Zylinderkopffläche ist. Mit dieser Lösung kann der Arbeitskolben mit seiner Oberfläche bis auf die Zylinderkopffläche heranfahren, ohne dass es zu einer Kollision zwischen Zylinder und Kolben kommt. Zum Öffnen der Ventile wird vorgeschlagen, die Hydraulik mittels eines Zylinderkolbensystems zu betätigen, wobei ein Exzenter, der im Gleichlauf mit der Kolbenmaschinen dreht, über ein Kniehebelgetriebe einen Hydraulikkolben in einen Hydraulikzylinder hineinbewegt und so den Hydraulikruck für das Öffnen der Ventile erzeugt.
Mit der Ventilbetätigungsvorrichtung gemäß DE 10 2006 055 187 B3 wird erreicht, dass der Hydraulikdruck periodisch pulsierend auf das zu öffnende Ventil wirkt, wobei die Exzentrizität den Druck vorgibt und die Exzenterbreite/-länge die Öffnungszeit des Ventils vorgibt. Damit ist das System gemäß DE 10 2006 055 187 B3 für eine Kolbendampfmaschine geeignet, welche mit konstanter Leistung betrieben wird, d. h. welche mit konstantem Dampfdruck beaufschlagt werden soll. Dies ergibt sich aus der gewählten Exzentersteuerung, welche im Betrieb der Dampfmaschine unveränderbar ist. Eine Anpassung der Ventilöffnungszeiten bzw. der Ventilschließzeiten an die Bedürfnisse der Leistungsabgabe der Kolbendampfmaschine kann nicht erreicht werden. Außerdem gibt der in der Hydraulikleitung durch die unveränderliche Exzentrizität der Exzenterwelle erzeugbare Druck den maximalen Dampfdruck im Arbeitsraum vor. Eine Anpassung der Höhe des Hydraulikdrucks an wechselnde Verhältnisse im Dampfdruck oder der Leistungsanforderung an die Dampfmaschine kann mit der in DE 10 2006 055 187 B3 gezeigten Vorrichtung nicht erreicht werden.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Ventilbetätigungsvorrichtung einer Kolbendampfmaschine bereitzustellen, welche die Leistungsaufnahme und Leistungsabgabe der Kolbendampfmaschine flexibel regulieren kann, und welche die Ventilschließkräfte in Funktion des verfügbaren/notwendigen Dampfdruckes einstellen kann. Mit der vorliegenden Erfindung soll darüberhinaus die Aufgabe gelöst werden den Ventiltrieb möglichst einfach und robust zu gestalten, wobei große bewegte Massen vermieden werden sollen. Weiter soll der Ventilantrieb darüberhinaus robust, langlebig, geräuscharm und kostengünstig in der Herstellung sein.
Die Aufgabe wird mit einer Ventilbetätigungsvorrichtung gemäß Anspruch 1 gelöst, deren bevorzugte Ausführungsformen in von Anspruch 1 abhängigen Unteransprüchen angegeben sind. Weitere Ansprüche sind auf bevorzugte Verwendungen der erfindungsgemäßen Ventilbetätigungsvorrichtung in einer Kolbendampfmaschine gerichtet.
Erfindungsgemäß weißt die Ventilbetätigungsvorrichtung ein Einlass- oder Auslassventil sowie ein Kniehebelgetriebe auf, welches gelenkig miteinander verbundene Kniehebel zeigt. Das Einlass- oder Auslassventil ist dabei unmittelbar und rein mechanisch von dem Kniehebelgetriebe von einer Geschlossenstellung in eine Offenstellung überführbar. Die bevorzugt als Stößelventile ausgebildeten Ein- bzw. Auslassventile weisen bevorzugt einen Ventilteller zum Abdichten gegenüber einem Ventilsitz auf, der bspw. außerhalb eines Arbeitsraumes einer Kolbendampfmaschine angeordnet ist.
Für die Betätigung des Ein- bzw. Auslassventils weißt die erfindungsgemäße Ventilbetätigungsvorrichtung ein fachübliches Kniehebelgetriebe mit zumindest zwei gelenkig miteinander verbundenen Kniehebeln auf. Bevorzugt ist am Verbindungspunkt der beiden Kniehebel eine Kniehebelbetätigungsvorrichtung angeordnet, die den Verbindungspunkt der beiden Hebel des Kniehebelgetriebes bevorzugt senkrecht zur Schließ-/Öffnungsrichtung des Ventils bewegt. Einer der beiden Kniehebel ist mit dem Ende, mit dem er nicht mit dem zweiten Kniehebel verbunden ist, ortsfest, aber drehbar gelagert. An dem zweiten Kniehebel ist an dessen zweiten Ende – das nicht mit dem ersten Kniehebel gelenkig verbunden ist – der Ventilschaft des Einlass- bzw. Auslassventils angelenkt, so dass beispielsweise eine horizontale Bewegung des Gelenkpunktes des Kniehebelgetriebes eine vertikale Bewegung des Anbindungspunktes des Ventilschaftes am zweiten Kniehebel zur Folge hat. Dieses beispielhaft erläuterte Kniehebelgetriebe ist in vielen weiteren Variationen bekannt, die alle von dem Erfindungsgedanken umfasst sind, solange das Ventil mittels des Kniehebelmechanismus bewegt wird und nicht der Kniehebelmechanismus eine hydraulische, pneumatische oder sonstige Ventilbetätigungsvorrichtung antreibt.
Erfindungsgemäß ist das Ventil in der gebeugten Stellung des Kniehebelgetriebes in seiner Offenstellung und in der gestreckten Stellung des Kniehebelgetriebes in der Geschlossenstellung. Geht man gedanklich von einem gebeugten Kniehebelgelenk aus (Ventil in Offenstellung), so wird das Ventil bei einer Streckung des Kniehebelgetriebes zunächst relativ schnell aus seiner Offenstellung in Richtung der Geschlossenstellung bewegt. Mit zunehmender Annäherung an die Geschlossenstellung nimmt die Annäherungsgeschwindigkeit des Ventils jedoch ab, was eine inhärente Eigenschaft eines Kniehebelgelenks ist. Allgemein gilt für Kniehebelgelenke, dass die Streckgeschwindigkeit, d. h. in diesem Fall die Schließgeschwindigkeit, in der gebeugten Stellung am größten ist und kontinuierlich abnimmt je näher sich das Kniehebelgetriebe an die gestreckte Stellung annähert. Diese Abnahme der Streckgeschwindigkeit geht, wie fachüblich bekannt, mit einer Kraftzunahme in Streckrichtung einher. Daraus folgt für die erfindungsgemäße Ventilbetätigungsvorrichtung, dass diese das Ventil aus der Offenstellung zunächst schnell aber mit geringer Kraft in Schließrichtung bewegt, wobei das Ventil letztendlich die Geschlossenstellung mit niedriger Geschwindigkeit, aber mit hohen Kräften in Schließrichtung erreicht.
So lässt sich bei gleichförmiger Verschiebung des Mittengelenks des Kniehebelgetriebes eine zunächst schnelle Schließgeschwindigkeit des betreffenden Ventils erreichen, wobei die Schließgeschwindigkeit mit der Annäherung des Ventiltellers an den Ventilsitz abnimmt. Weiter bedeutet dies, dass das Ventil beim Schließvorgang sanft auf dem vorgesehenen Ventilsitz aufsetzt und mit hohen Kräften zugehalten werden kann. Die eingesetzten Kräfte zur Kniehebelbetätigung sind entsprechend den mechanischen Hebel-Gesetzmäßigkeiten relativ gering, im Vergleich zur Schließkraft des Ventils. Durch Variation der Kniehebelbetätigungskräfte kann somit auch die Zuhaltekraft des Ventils variiert werden, d. h. dass bspw. abhängig vom Dampfdruck die Ventilzuhaltekraft angepasst werden kann, um so bspw. einen möglichst hohen Gesamtwirkungsgrad einer Kolbendampfmaschine zu erreichen. Gleichzeitig wird mit dem sanften Aufsetzen des Ventils auf dem Ventilsitz eine Geräuschminderung erzielt, da kein harter Aufsetzschlag beim Schließen des Ventils eintritt. Die Vermeidung eines harten Schließvorgangs hat weiter den positiven Effekt, dass der Ventilsitz auf dem der Ventilteller des Ventils abdichtet, nicht gehärtet werden braucht, da die Krafteinleitung kontinuierlich und sanft erfolgt, und nicht schlagartig.
Durch den Einsatz eines Kniehebelgetriebes für das Schließen und Öffnen eines Ein- bzw. Auslassventils einer Kolbendampfmaschine wird weiter erreicht, dass das Ventil leichter ausgeführt werden kann, da keine schlagartigen abrupten Kräfte auf das Ventil wirken. So kann das Ventil bspw. mit einem hohlen/rohrförmigen Schaft ausgebildet werden, was das Gewicht des Ventils stark reduziert. Jedoch bleibt die Steifigkeit des Ventilschaftes in Schließrichtung des Ventils erhalten. Auch der Einsatz leichterer Materialien ist möglich, da das Ventil in Schließrichtung nahezu kraftfrei auf dem Ventilsitz aufsetzt und die Schließkraft im Anschluss kontinuierlich in Schließrichtung auf das Ventil aufgebracht wird. Der Ventilschaft wird nahezu querkraft-frei belastet, was zu einer einfacheren und leichteren Konstruktion des Ventils führt. Als bevorzugte Materialien für ein Einlass- bzw. Auslassventil einer Kolbendampfmaschine mit erfindungsgemäßer Ventilbetätigungsvorrichtung sind bspw. Aluminium, Magnesium, Titan oder andere Leichmetalle, aber auch temperaturfeste Kunststoffe (Duroplaste), einsetzbar.
Durch den Einsatz alternativer Materialien können so neben den Herstellkosten der Ventile für eine Kolbendampfmaschine, insbesondere auch die bewegten Massen verringert werden, was bekanntlich zu einer Zunahme des Wirkungsgrades der Dampfmaschine führt. Mit geringerem Ventilgewicht können höhere Ventilbeschleunigungen und hohe Ventilgeschwindigkeiten bei gleichem Krafteinsatz erreicht werden, was die Verschluss- und Öffnungsgeschwindigkeiten der Ein- bzw. Auslassventile erhöht, und so eine präzisere Steuerung der Ventilöffnungszeiten der Dampfmaschine zulässt, was wiederum den Wirkungsgrad der Dampfmaschine positiv beeinflusst. Je kürzer die Zeit, die ein Ventil benötigt, um von der Offenstellung in die Geschlossenstellung überführt zu werden, desto genauer kann die Befüllung des Arbeitsraumes mit Druckdampf und das Ausstoßen von entspanntem Dampf gesteuert werden.
Durch die Möglichkeit der gewichtsreduzierten Herstellung eines Ventils gemäß der erfindungsgemäßen Ventilbetätigungsvorrichtung sind auch die zur Betätigung des Ventils notwendigen Kräfte reduziert, da die zu beschleunigenden Massen geringer sind. Durch die verringerten Massenbeschleunigungskräfte, sowohl beim Beschleunigen des Ventilkörpers als auch beim Aufsetzen des Ventilkörpers kann ein Antriebsmechanismus für den Kniehebel eingesetzt werden, der geringe Kräfte zur Kniehebelstreckung aufbringen muss. Daher kann für die erfindungsgemäße Ventilbetätigungsvorrichtung ein Antrieb gewählt werden, der hydraulisch, elektrisch, pneumatisch oder mechanisch, bspw. mittels eines Exzenters betätigbar ist, wobei je nach Einsatz und Flexibilität die bevorzugte Antriebsart auswählt werden sollte. Ein hydraulisch, elektrischer oder pneumatischer Antrieb des Kniehebelgetriebes wird dann von Vorteil sein, wenn man die Ventilöffnungszeiten bzw. die Ventilschließkräfte während des Betriebs der Kolbendampfmaschine veränderlich halten möchte, um so flexibel auf verschiede Betriebsbedingungen regieren möchte. Weitere fachmannübliche Antriebsarten für den Antrieb bzw. die Bewegung des Kniehebelgetriebes sind dabei ebenfalls von der Erfindung umfasst. So kann bspw. ein pneumatisch oder hydraulisch verstellbarer Exzenternocken eingesetzt werden um etwa die Schließkraft zu variieren.
Für die Variierung der Verweilzeit in der Offen- oder Geschlossenstellung wird man bevorzugt einen hydraulischen oder pneumatischen Antrieb des Kniehebelgetriebes wählen, da mit einem solchen Antrieb die Bewegungseinleitung in das Kniehebelgetriebe gesteuert vollzogen werden kann. Soll die Kolbendampfmaschine bspw. bei gleichbleibendem Dampfdruck und gleichbleibender Dampftemperatur eine größere Leistungsabgabe zeigen, so wird man das Einlassventil im Vergleich zu einer niedrigeren Leistungsabgabe länger geöffnet halten, damit mehr Dampf in den Arbeitsraum der Kolbendampfmaschine einströmen kann. In einem anderen Fall kann die Öffnungszeit für das Einlassventil verlängert werden, wenn bspw. der Dampfdruck des zugeführten Dampfes abnimmt, aber von der Kolbendampfmaschine eine gleichbleibende Leistung abgegeben werden soll. Hieraus ist ersichtlich, dass mit der erfindungsgemäßen Ventilbetätigungsvorrichtung die Dampfmaschine an spezifische Anforderungen und auch an die äußeren Umstände flexibel anpassbar ist. Eine Schwankung im Dampferdruck oder in der verfügbaren Dampfmenge kann so bspw. durch geeignete Steuerung der Ventilöffnungszeiten ausgeglichen werden.
Das oben beispielhaft für das Einlassventil erläuterte Variieren der Ventilöffnungszeiten, gilt entsprechend auch für das Auslassventil, wobei hier das Auslassventil etwa zum Spülen des Arbeitszylinders länger geöffnet bleiben kann. Grundsätzlich können durch die erfindungsgemäße Ventilbetätigungsvorrichtung die Öffnungszeiten für das Einlassventil bzw. das Auslassventil unabhängig von einander gewählt werden, da diese nicht von der Umdrehungszahl der Kolbendampfmaschine abhängig sind. Somit kann durch Einsatz einer erfindungsgemäßen Ventilbetätigungsvorrichtung ein optimales Betriebsverhalten der Kolbendampfmaschine erreicht werden.
Bevorzugt werden für eine Kolbendampfmaschine zumindest zwei erfindungsgemäße Ventilbetätigungsvorrichtungen vorgesehen, wobei eine Ventilbetätigungsvorrichtung für das Einlassventil und eine Ventilbetätigungsvorrichtung für das Auslassventil der Kolbendampfmaschine vorgesehen ist. Selbstredend können durch eine Ventilbetätigungsvorrichtung auch mehrere Ventile einer Art, d. h. bspw. mehrere Einlassventile gleichzeitig betätigt werden. Aber auch eine Einzelbetätigung mehrerer Einlassventile für einen Arbeitsraum ist von der Erfindung umfasst. Somit können durch geeignete Parallelschaltung mehrerer Einlassventile für einen Arbeitsraum einer Kolbendampfmaschine von nur einer erfindungsgemäßen Ventilbetätigungsvorrichtung bewegt werden, genauso wie mehrere Einlassventile für mehrere Arbeitsräume einer mehrzylindrigen Dampfmaschine. Analoges gilt für die Auslassventile einer Kolbendampfmaschine in einzylindiger oder mehrzylindriger Bauart. Zur Verbindung der einzelnen Ventile bei paralleler Betriebsweise mehrerer Ventile einer Art kann bspw. eine Ventilkoppelstange oder -platte vorgesehen werden, die gelenkig mit dem Kniehebelgetriebe in Verbindung steht. Gleichfalls kann auf einfache Weise eine Einzelventilbetätigung für mehrere Ventile einer Art einer Mehrventildampfmaschine realisiert werden.
Bevorzugt wird man die gelenkige Verbindung der Ventile mit dem Kniehebelgetriebe möglichst spielfrei ausbilden, damit eine möglichst exakte Ventilsteuerung möglich ist. Wie oben bereits erläutert, ist eine solche möglichst exakte Ventilsteuerung bevorzugt mit einem hydraulischen oder pneumatischen Antrieb des Kniehebelgetriebes erreichbar. Dabei sind für das Einlassventil und das Auslassventil einer Kolbendampfmaschine auch unterschiedliche Antriebsformen vorstellbar. So kann bspw. eine erfindungsgemäße Betätigungsvorrichtung für das Einlassventil hydraulisch angesteuert werden, wobei gleichzeitig eine erfindungsgemäße Ventilbetätigungsvorrichtung für das Auslassventil elektrisch oder mittels eines Exzenters angesteuert werden kann. Für die Verwirklichung des Erfindungsgedankens ist nur ausschlaggebend, dass das durch eine erfindungsgemäße Ventilbetätigungseinrichtung betätigte Ventil mechanisch durch ein Kniehebelgetriebe von der Geschlossenstellung in die Offenstellung und umgekehrt überführbar ist.
Bevorzugt wird man den Kniehebelantrieb so ausgestalten, dass das zu bewegende Ventil in der gebeugten Stellung des Kniehebelgetriebes in seiner Offenstellung ist, und dass das Ventil seine Geschlossenstellung bereits dann erreicht hat, wenn das Kniehebelgetriebe noch nicht in der vollständig gestreckten Stellung angelangt ist. Dabei ist die vollständig gestreckte Stellung dann erreicht, wenn die Gelenkpunkte der Kniehebelvorrichtung in einer Linie angeordnet sind. Die nicht vollständige Streckung der Kniehebel bedeutet also, dass die Verbindungslinien der Gelenkpunkte einen Winkel ungleich 180° miteinander bilden. Bevorzugt soll bei der Betätigung des erfindungsgemäße Ventilantriebs das Kniehebelgetriebe nicht überstreckt werden, was einer Blockierung des Ventils in der Geschlossenstellung gleich käme. Der Innenwinkel der beiden Kniehebel im Kniehebelmechanismus der erfindungsgemäßen Ventilbetätigungsvorrichtung soll somit immer kleiner als 180° sein und in der Geschlossenstellung des jeweiligen Ein- bzw. Auslassventils nur nahezu 180° betragen, d. h. der Kniehebelmechanismus soll nur nahezu vollständig gestreckt sein.
Durch die nur unvollständige Streckung des Kniehebelgetriebes lässt sich zum einen erreichen, dass sowohl die auf das Kniehebelgetriebe auszuübende Kraft und damit die Höhe der Ventilzuhaltekraft steuerbar bleibt, als auch eine Sicherheit gegenüber einem sogenannten Kondensat- bzw. Wasserschlag gegeben ist. Ein Wasserschlag tritt bspw. dann auf, wenn in einem Arbeitsraum einer Kolbenwasserdampfmaschine der eingebrachte Dampft bis in den Nassdampfbereich entspannt wurde und das Wasser (Kondensat) im oberen Totpunkt des Kolbens gegen die Ventilfläche, meist des Einlassventils gedrückt (geschlagen) wird. Bei einem Kniehebelgetriebe, welches nicht in seiner durchgestreckten Stellung ist, d. h. in der die drei Gelenkpunkte des Kniehebelgetriebes nicht in einer Linie sind, kann ein derartiger Wasserschlag auf ein Ventilelastisch durch das Kniehebelgetriebe abgedämpft/aufgefangen werden, wodurch Schäden an der Kolbendampfmaschine vermieden werden.
Zur Vermeidung von Kondensatschlägen wird der Arbeitsraum bevorzugt gegenüber der Vertikalen derart ausgelenkt, dass das Kondensat auf die Auslassseite des Arbeitszylinder läuft und so beim Ausstoßen, also bei geöffnetem Auslassventil, über den Auslasskanal der Kolbendampfmaschine entsorgt wird. Eine derartige Schrägstellung des Arbeitszylinders bzw. der Achse des Arbeitszylinders und damit der Bewegungsrichtung des Arbeitskolbens beträgt bevorzugt 2° oder mehr. Damit ist sichergestellt, dass das Kondensat zur Auslassseite des Arbeitszylinders fließt und sich nicht an der Einlassseite sammelt, an der es zu einem Kondensat/Wasserschlag kommen kann. Der gleiche Effekt kann erreicht werden, wenn die Arbeitsrichtung des Arbeitskolbens im Arbeitszylinder senkrecht ausgerichtet ist und der Arbeitskolben auf seiner Oberseite abgeschrägt wird. Hier sind bevorzugt Abschrägungen bzw. Neigungen von 2° oder größer bevorzugt, damit eine Ansammlung von Kondensat auf der Auslassseite stattfindet.
Besonders effektiv ist das Ausstoßen von Kondensat von der Auslassseite der Kolbendampfmaschine, wenn das Restvolumen, bzw. das Schadvolumen der Kolbendampfmaschine so gering als möglich ist. Ein effektiver Ausstoß mit einem Schadvolumen von nahezu Null kann dann erreicht werden, wenn die Kolbenoberfläche parallel zur Zylinderkopffläche ist, wobei der Arbeitszylinder zusammen mit dem Arbeitskolben aus der Vertikalen ausgelenkt wird. Bei einer im Allgemeinen vertikal ausgerichteten Kolbendampfmaschine mit einer vertikalen Hubbewegung kann ein minimales Schadraumvolumen erreicht werden, in dem die Kolbenoberfläche nur in Teilbereichen, insbesondere unterhalb des Auslassventils, abgeschrägt wird. So kann bspw. in der Kolbenoberfläche ein Kondensatablaufkanal vorgesehen werden, welcher das Kondensat zur Auslassventilseite leitet. Wie oben und eingangs bereits angedeutet, ist dies nicht die optimalste Wasserschlagvermeidungsmöglichkeit, da das in einem solchen Kondensatableitkanal angesammelte Kondensat bei jeder Kolbenbewegung mitbewegt werden muss. Auch aus diesem Grund ist ein Schadraumvolumen < 10%, bevorzugt < 5% und besonders bevorzugt < 1% anzustrebenden, wobei und zusätzlich der Arbeitszylinder und die Hubbewegung des Arbeitskolbens im Arbeitszylinder geringfügig aus der vertikalen Richtung ausgelenkt wird.
Ein Schadraumvolumen von Null oder nahezu Null, d. h. besonders bevorzugt < 1% birgt indes das Risiko, dass der Kolben an der Zylinderkopffläche anstößt. Im Anlaufbetrieb, also bei noch nicht erreichter Betriebstemperatur, insbesondere des Arbeitszylinders, kann der Arbeitskolben aufgrund von Wärmedehnung des eingeleiteten heißen Dampfes bereits erwärmt sein und hat sich in seiner Längs-/Hubrichtung ausgedehnt, wobei gleichzeitig die Wände des Arbeitszylinders noch eine Temperatur unterhalb der Betriebstemperatur aufweisen, und noch keine Wärmedehnung des Arbeitszylinders stattgefunden hat. Auch wenn sich die Wärmeausdehnung des Arbeitszylinders des Arbeitskolbens im Laufe des Betriebs der Dampfmaschine aneinander angleichen, so kann es im kalten noch nicht betriebswarmen Zustand der Dampfmaschine zu einem sehr harten Lauf der Dampfmaschine kommen, wobei Beschädigungen an der Kolbendampfmaschine auftreten können, insbesondere am Arbeitszylinder, am Kolben und am damit verbundenem Kurbeltrieb. Um dies zu vermeiden, kann die Anbindung des Arbeitszylinders am Gehäuse der Kolbendampfmaschine elastisch erfolgen, wodurch der Arbeitszylinder bei Auftreffen des Arbeitskolbens auf der Zylinderkopffläche minimal angehoben wird und so harte Schläge des Kolbens auf den Zylinderboden vermieden werden. Weiterhin wird damit gewährleistet, dass der Schadraum in jedem Betriebszustand der Dampfmaschine minimal ist, selbst wenn die Kolbendampfmaschine die vorgesehene Betriebstemperatur noch nicht erreicht hat. Für den betriebswarmen Zustand der Kolbendampfmaschine – für den die Kolbendampfmaschine ausgelegt ist – sollte die elastische Wärmeausdehnungs-Ausgleichsmöglichkeit nicht zum Tragen kommen, damit der Arbeitskolben nicht permanent gegen die elastische Lagerung des Arbeitszylinders anarbeiten muss, was eine Herabsetzung des Wirkungsgrades der Kolbendampfmaschine zur Folge hätte. Der betriebswarme Zustand ist aber so auszulegen, dass das Schadvolumen bzw. das Restvolumen des Arbeitsraumes minimal sind, d. h. besonders bevorzugt < 1% des maximalen Hubvolumens.
Mit der erfindungsgemäßen Ventilbetätigungsvorrichtung kann zudem der betriebswarme Zustand einer Kolbendampfmaschine schneller erreicht werden, da mit der erfindungsgemäßen Ventilbetätigungsvorrichtung eine rasche Vorwärmung des Arbeitsraumes und des Arbeitskolbens durchführbar ist. Bei einer Kolbenstellung abweichend vom oberen Totpunkt und gleichzeitig geöffneten Ein- und Auslassventilen kann eine Arbeitszylinderspülung mit Heißdampf vollzogen werden, womit sowohl der Arbeitszylinder als auch der Arbeitskolben schnell und simultan erwärmt werden können. Mit der erfindungsgemäßen Ventilbetätigungsvorrichtung können aufgrund der von der Arbeitskolbenstellung unabhängigen Ventilbetätigung beide Ventile gleichzeitig geöffnet werden. Selbstredend muss bei einer solchen Anwärmphase die Kolbendampfmaschine im Ruhezustand verbleiben, damit die geöffneten Ventile nicht durch einen bewegten Kolben beschädigt werden.
Die erfindungsgemäße Ventilbetätigungsvorrichtung und deren Verwendung wurde beispielhaft zur vereinfachten Darstellung des Erfindungsgedankens anhand einer Kolbenwasserdampfmaschine beschrieben, Sie ist jedoch in Kolbendampfmaschinen, die mit azeotropischen Gemischen betrieben werden, genauso einsetzbar, da das verwendete Dampf-Medium keinen Einfluss auf den Erfindungsgedanken hat.
Die erfindungsgemäße Ventilbetätigungsvorrichtung soll nun anhand von Figuren schematisch und beispielhaft dargestellt werden, wobei bevorzugte Ausgestaltungen und eine bevorzugte Verwendung einer erfindungsgemäßen Ventilbetätigungsvorrichtung in einer Kolbendampfmaschine detailliert erläutert werden. Dabei zeigen
1 schematisch eine erfindungsgemäße Ventilbetätigungsvorrichtung mit einem Ventil in Offenstellung;
2 schematisch eine erfindungsgemäße Ventilbetätigungsvorrichtung mit einem Ventil in Geschlossenstellung;
2 schematisch eine Kolbendampfmaschine mit erfindungsgemäßer Ventilbetätigungsvorrichtung im Vertikalschnitt.
1 zeigt einen prinzipiellen Aufbau der Ventilbetätigungsvorrichtung 1 einer Kolbendampfmaschine, bei der das Ventil in einer Offenstellung gezeigt ist. Das Ventil stellt dabei ein Einlassventil 9e oder ein Auslassventil 9a dar. In der geöffneten Stellung des Ventil 9e/9a ist der Ventilteller 11 vom Ventilsitz 7 entfernt, womit der Durchlass 8 freigegeben ist. 1 zeigt weiter ein Kniehebelgetriebe 12, welches zwei Kniehebel 13 und 14 sowie einen Betätigungshebel 15 aufweist. In der in 1 dargestellten Offenstellung des Ventils 9e/9a ist das Kniehebelbetriebe 12 in seiner gebeugten Stellung, wodurch das Ventil über den Kniehebel 14 und über die gelenkige Anbindung an diesen Hebel in der Darstellung gemäß 1 nach oben gezogen wird. Der Betätigungshebel 15 ist dabei in der Zeichenebene gemäß 1 nach links verschoben.
In 2 ist die erfindungsgemäße Ventilbetätigungsvorrichtung 1 in einer nahezu gestreckten Stellung gezeigt, wobei sich das Ventil 9e/9a in seiner geschlossenen Stellung befindet. Der Ventilteller 11 sitzt in der Darstellung gemäß 2 auf dem Ventilsitz 7 auf und verschließt den Durchlass 8. Bei dem Durchlass 8 kann es sich um einen Einlass- oder Auslass-Durchlass der Kolbendampfmaschine handeln. Entsprechend der Erfindung dichtet das Ventil 9e bzw. 9a von außen den Arbeitsraum der Kolbendampfmaschine ab. Damit ist der Arbeitsraum – der weder in 1 noch in 2 dargestellt ist – auf der dem Ventilteller 11 abgewandten Seite des Durchlass 8 angeordnet.
Wie Eingangs bereits erläutert, ist das Einlassventil 9e bzw. das Auslassventil 98 bereits dann in seiner geschlossenen Stellung, wenn das Kniehebelgetriebe 12 seine voll durchgestreckte Stellung noch nicht erreicht hat. Diese leicht gebeugte Stellung des Kniehebelgetriebes begünstigt eine flexible Einstellung der Zuhaltekräfte des Ventils 9e bzw. 9a in der geschlossenen Stellung. Zur Vermeidung von Überbelastungen des Ventilschaftes bzw. zur Vermeidung von übermäßigen Flächenpressungen zwischen dem Ventilteller 11 und dem Ventilsitz 7 ist ein Überstrecken des Kniehebelgelenks 12 bevorzugt zu vermeiden. Bei einem überstreckten Kniehebelgelenk würde sich der Innenwinkel gemäß der Darstellung in 1 oder in 2 auf der Seite des Betätigungshebels 15 befinden und nicht, wie erfindungsgemäß bevorzugt, auf der dem Betätigungshebel 15 abgewandten Seite. Das heißt mit anderen Worten, der zwischen dem Kniehebel 13 und 14 angeordnete Innenwinkel auf der dem Betätigungshebel 15 abgewandten Seite ist bevorzugt kleiner 180 Grad.
Durch Vermeiden der vollständigen Druckstreckung bzw. einer Überstreckung des Kniehebelgetriebes 12 bleiben die Zuhaltekräfte, die auf dem Ventilschaft 10 wirken, einstellbar, wodurch der Ventilschaft bspw. durch eine darin angeordnete Bohrung gewichtsreduziert hohl ausgebildet werden kann. Gleichzeitig kann der Ventilschaft 10 und auch der Ventilteller 11 aus einem Leichtmetall hergestellt werden, wie bspw. Aluminium, Magnesium, Titan oder einen anderen geläufigen Leichtmetall.
Bewegt man gedanklich den Betätigungshebel 15 von der in 1 gezeigten rechten Position in die in 2 dargestellte linke Position so erkennt man, dass der Ventilteller 11 zunächst von der offenen Stellung schnell in Richtung Durchlass 8 bewegt wird, wobei die Annäherungsgeschwindigkeit des Ventiltellers 11 an den Durchlass 8 mit Zunahme der Streckung der beiden Kniehebel bzw. mit der Abnahme des Abstandes zwischen Ventilteller 11 und Durchlass 8 bzw. Ventilsitz 7 abnimmt. Gleichzeitig erkennt man aus dem Vergleich der beiden 1 und 2, dass die Kräfte, die in den Figuren in vertikaler Richtung auf den Durchlass wirken, mit Zunahme der Streckung des Kniehebelgetriebes zunehmen. Die Funktionsweise, bzw. die Kräfteverhältnisse und Bewegungsabläufe, die bei einem Kniehebelgetriebe auftreten, werden dabei als bekannt vorausgesetzt und sind daher nicht Gegenstand der Erläuterung der Erfindung.
1 und 2 zeigen nur eine mögliche Ausführungsform eines Kniehebelgetriebes, wobei auch alle anderen Bauformen von Kniehebelgetrieben von der Erfindung mitumfasst sind. Dabei ist erfindungswesentlich, dass die Aufsetzgeschwindigkeit des Ventiltellers 11 auf den Ventilsitz 7 gering sein soll, da sich damit ein Härten des Ventilsitzes erübrigt. Genauso wie die Annäherungsgeschwindigkeit des Ventiltellers 11 auf den Ventilsitz 7 klein sein soll, so soll die Entfernungsgeschwindigkeit nach einem langsamen Anheben des Ventiltellers 11 von der Geschlossenstellung in Richtung Offenstellung mit Zunahme der Entfernung des Ventiltellers vom Ventilsitz zunehmen, wodurch kurze Ventilbewegungszeiten und somit steile Flanken für die Ventilöffnungszeit bzw. die Ventilschließzeit erreicht werden können. Damit wird auch eine genaue Ventilsteuerung erreicht, da der Ventilteller beim Öffnen bzw. beim Schließen kontinuierlich beschleunigt bzw. abgebremst wird. Die mit einem Kniehebelgetriebe erreichbaren Zeiten zum Öffnen und Schließen des Ventils 9e bzw. 9a sind denen eines direkten Antriebs für Stößelventile vergleichbar, wie bspw. mit aus dem Stand der Technik bekannten Hydraulik- oder Federantrieben.
In 3 ist eine bevorzugte Verwendung des erfindungsgemäßen Ventilbetätigungsantriebs 1 einer Kolbendampfmaschine dargestellt. Dabei stellt die linke Seite der in 3 dargestellten Dampfmaschine die Einlass-Seite und die rechte Seite die Auslass-Seite dar. In dem in 3 dargestellten Schnitt durch die Kolbendampfmaschine zeigt das Einlassventil 9e und das Auslassventil 9a jeweils in der Geschlossenstellung, wobei die Kniehebel 13 und 14 nicht in ihrer vollständig durchgestreckten Stellung angeordnet sind.
Die in 3 dargestellte Kolbendampfmaschine weist ein Schadraumvolumen von nahezu Null auf, was dadurch erkennbar ist, dass der Arbeitskolben 5 im oberen Totpunkt – der in 3 dargestellt ist – zur Anlage kommt an die Arbeitszylinderkopffläche 4. Dies ist nur möglich, weil die in 3 dargestellten Ventile, das Einlassventil 9e und das Auslassventil 9a, von außerhalb des Arbeitsraumes 6 auf der Dichffläche 7 abdichten, die ebenfalls außerhalb des Arbeitsraumes 6 angeordnet ist. Zum Erreichen eines Schadraumes von nahezu Null sind die jeweiligen Ventilteller 11 bevorzugt in der Geschlossenstellung der beiden Ventile bündig zu 9e und 9a der Arbeitszylinderkopffläche 4 angeordnet. Weiter bevorzugt ist eine verschwenkte Anordnung einer Kolbendampfmaschine gemäß der 3, z. B. um einige Grade aus der Vertikalen, hier im Uhrzeigsinn, so dass sich das Kondensat auf den rechten Seite, d. h. auf der Auslass-Seite sammelt und in der Kompressionsphase zusammen mit dem entspannten Dampf ausgeschoben wird.
Am unteren Teil des Arbeitszylinders 2 sind Tellerfedern 7 dargestellt, welche bspw. eine elastische Anbindung des Arbeitszylinders 2 an ein Gehäuse der Kolbendampfmaschine zeigen. Selbstredend kann eine derartige elastische Anbindung zum Ausgleich unterschiedliche Wärmeausdehnungen des Arbeitszylinders 2 gegenüber dem Arbeitskolben 3, bzw. seiner Anbindung an einen Kurbeltrieb, mittels Gummielementen, Schraubenfedern oder Ähnlichem in elastischer Weise ausgestaltet werden. Ein derartiger Wärmedehnungsausgleich ist speziell für die Anlaufphase der Kolbendampfmaschine relevant, damit der Kolben nicht hart gegen die Zylinderkopffläche auftrifft, sondern über den Arbeitszylinder durch seine elastische Anbindung abgedämpft wird.
In den 1, 2 und 3 sind exemplarisch bevorzugte Ausführungsformen für eine Ventilbetätigungsvorrichtung dargestellt, welche jeweils nur ein Beispiel für eine Vielzahl von Ausführungsformen darstellen, die den Erfindungsgedanken mit einer sanften, aber zuverlässigen sowie robusten Ventilbetätigungsvorrichtung verwirklichen. Dabei ist die erfindungsgemäße Ventilbetätigungsvorrichtung flexibel auf unterschiedliche Betriebsbedingungen einstellbar. Das zum Einsatz kommende Kniehebelgetriebe kann Längenausdehnungen berücksichtigen und auch Druckunterschiede im Arbeitsraum kompensieren bzw. den Arbeitsraum durch die jeweiligen Ventile zuverlässig abdichten. Werden die Ventile zudem in Leichtbauweise ausgeführt so können hohe Ventilbewegungsgeschwindigkeiten erreicht werden, ohne dass es hierbei zu hohen Massenkräften kommt. Durch die langsame Aufsetzgeschwindigkeit der Ventilteller auf die Ventilsitze ist die Gefahr von harten Schlägen auf die Ventile wirkungsvoll vermieden. Wie oben bereits ausgeführt, kann für die Verwirklichung eines Kniehebelgetriebes jede bekannte Ausführungsform von Kniehebelgetrieben verwendet werden und ist nicht auf das Kniehebelgetriebe gemäß 1 oder 2 beschränkt.
Beispielhaft wurde die erfindungsgemäße Ventilbetätigungsvorrichtung und deren Verwendung in einer Kolbenwasserdampfmaschine beschrieben. Sie ist jedoch in Kolbendampfmaschinen, die mit azeotropischen Gemischen betrieben werden genauso einsetzbar, da das verwendete Dampf-Medium keinen Einfluss auf den Erfindungsgedanken hat.
Bezugszeichenliste

1: Ventilbetätigungsvorrichtung
2: Arbeitszylinder
3: Arbeitskolben
4: Arbeitszylinderkopffläche
5: Arbeitskolbenoberseite
6: Arbeitsraum
7: Tellerfedern
8: Durchlass
9e, 9a.: Einlass-, Auslassventil
10: Ventilschaft
11: Ventilteller
12: Kniehebelgetriebe
13: Kniehebel
14: Kniehebel
15: Betätigungshebel
OT: oberer Totpunkt
UT: unterer Totpunkt

Claims

Ventilbetätigungsvorrichtung einer Kolbendampfmaschine mit Null-Restvolumen Technik und mit einem bezüglich eines Arbeitsraums (6) der Kolbendampfmaschine von außen abdichtenden Einlassventil (9e) oder Auslassventil (9a), wobei mittels der Ventilbetätigungsvorrichtung das Einlass- (9e) oder das Auslassventil (9a) von einer Geschlossenstellung, in der ein Ventilteller (11) des Einlassventils (9e) oder des Auslassventils (9a) einen Durchlass (8) zum Arbeitsraum der Kolbendampfmaschine abdichtet, in eine Offenstellung überführbar ist, in der der Ventilteller (11) den Durchlass (8) freigibt, und die Ventilbetätigungsvorrichtung ein Kniehebelgetriebe (12), mit zwei gelenkig miteinander verbundenen Kniehebeln (13, 14) aufweist, die mittels einer Kniehebelbetätigungsvorrichtung (15) schwenkbar sind, dadurch gekennzeichnet, dass das Einlass- (9e) oder das Auslassventil (9a) mit einem Ende eines der beiden Kniehebel (13, 14) gelenkig verbunden ist, sodass das Einlass- (9e) oder das Auslassventil (9a) mittels des Kniehebelgetriebes (12) rein mechanisch mit steigender Geschwindigkeit von der Geschlossenstellung in die Offenstellung und umgekehrt mit abnehmender Geschwindigkeit in die Geschlossenstellung überführbar ist.
Ventilbetätigungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Kniehebel (13, 14) des Kniehebelgetriebes (12) in der Offenstellung des Einlass- (9e) oder Auslassventils (9a) in einer gebeugten Stellung und in der Geschlossenstellung in einer nahezu gestreckten Stellung befinden.
Ventilbetätigungsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Kniehebelbetätigungsvorrichtung (15) des Kniehebelgetriebes (12) hydraulisch, elektrisch, pneumatisch oder mittels Exzenter betätigbar ist.
Ventilbetätigungsvorrichtung nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Einlassventil (9e) und/oder das Auslassventil (9a) einen rohrförmigen Ventilschaft aufweist und/oder in Leichtbauweise ausgeführt ist.
Ventilbetätigungsvorrichtung nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Einlassventil (9e) und/oder das Auslassventil (9a) aus Leichtmetall, bevorzugt aus Aluminium, Magnesium oder Titan gebildet ist.
Kolbendampfmaschine mit einer Ventilbetätigungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Kolbendampfmaschine einen Arbeitsraum (6) aufweist, der durch den Durchmesser eines Arbeitszylinders (2) und durch den Abstand einer Arbeitzylinderkopffläche (4) von einer Arbeitskolbenoberseite (5) eines Arbeitskolbens (3) bestimmt ist, und wobei Druckdampf in den Arbeitsraum (6) der Kolbendampfmaschine über ein Einlassventil (9e) einbringbar und entspanntes Gas über ein Auslassventil (9a) aus dem Arbeitsraum (2) ausbringbar ist, wobei das Einlassventil (9e) und/oder das Auslassventil (9a) durch jeweils eine Ventilbetätigungsvorrichtung von einer Geschlossenstellung in eine Offenstellung und umgekehrt überführbar ist.
Kolbendampfmaschine nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Kniehebel (13, 14) gelenkig miteinander so verbunden und im Zylinderkopf angeordnet sind, dass sie spielfrei mit dem Einlassventil (9e) und dem Auslassventil (9a) zusammenwirken.
Kolbendampfmaschine nach einem der Ansprüche 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Kniehebelgetriebe (12) des Einlassventils (9e) hydraulisch, elektrisch, pneumatisch oder mittels Exzenter und das Kniehebelgetriebe (12) des Auslassventils (9a) hydraulisch, elektrisch, pneumatisch oder mittels Exzenter betätigbar ist.
Kolbendampfmaschine nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Ventilsitze für das Einlassventil (9e) und/oder das Auslassventil (9a) am Arbeitszylinder (2) ungehärtet sind.
Kolbendampfmaschine nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Arbeitszylinder (2) in Arbeitsrichtung des Arbeitskolbens (3) elastisch mit einem Gehäuse (1) der Kolbendampfmaschine zum Ausgleich von Wärmedehnungen des Arbeitszylinders (2) verbunden ist.
Kolbendampfmaschine nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die elastische Verbindung des Arbeitszylinders (2) mit dem Gehäuse (1) mittels Federn, bevorzugt Tellerfedern (7) ausgebildet ist.
Kolbendampfmaschine nach einem der Ansprüche 6 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Kolbendampfmaschine mit organischem oder anorganischem Dampf, bevorzugt Wasserdampf, oder einem azeotropischen Dampfgemisch betreibbar ist.
Kolbendampfmaschine nach einem der Ansprüche 6 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Achse des Arbeitszylinders (2) und die Arbeitsrichtung des Arbeitskolbens (3) gegenüber einer vertikalen Richtung ausgelenkt sind, bevorzugt um 2° oder größer.
Kolbendampfmaschine nach einem der Ansprüche 6 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Achse des Arbeitszylinders (2) und die Arbeitsrichtung des Arbeitskolbens (3) vertikal ausgerichtet sind, wobei die Arbeitskolbenoberfläche (5) gegenüber einer horizontalen Richtung nach unten geneigt ist, bevorzugt um 2° oder größer.