DE102013200456A1

DE102013200456A1 - Einrichtung zur Nutzung der Abwärme einer Brennkraftmaschine mit einer Axialkolbenmaschine

Info

Publication number: DE102013200456A1
Application number: DE201310200456
Authority: DE
Inventors: Guenther Vogt; Uwe Hammer
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2013-01-15
Filing date: 2013-01-15
Publication date: 2014-07-17

Abstract

Eine Axialkolbenmaschine (3), die über einen Dampfkraftprozess antreibbar ist, umfasst ein Gehäuse (20), ein relativ zu dem Gehäuse (20) ortsfest angeordnetes Zylindergehäuse (22) und eine Taumelscheibe (26). Ferner ist eine Taumeleinheit (30) vorgesehen. Die Taumelscheibe (26) ist über die Taumeleinheit (30) drehfest mit dem Zylindergehäuse (22) verbunden. Hierbei ist die Taumeleinheit (30) in Form eines Kreuzgelenks ausgestaltet. Ferner ist eine Einrichtung (1) zur Nutzung der Abwärme einer Brennkraftmaschine (2) mit solch einer Axialkolbenmaschine (3) angegeben.

Description

Stand der Technik
Die Erfindung betrifft eine Axialkolbenmaschine, insbesondere eine Axialkolbenpumpe, und eine Einrichtung zur Nutzung der Abwärme einer Brennkraftmaschine mit einer Axialkolbenmaschine. Speziell betrifft die Erfindung das Gebiet das Kolbenmaschinen, die über einen Dampfkraftprozess antreibbar sind und zur Nutzung der Abwärme von Brennkraftmaschinen dienen.
Als Kolbenmaschinen ausgestaltete Expansionsmaschinen werden beispielsweise für einen ORC-Prozess (Organic Rankine Cycle Process) eingesetzt, wobei als Arbeitsfluid als Prozessmedium verdichtet, verdampft und überhitzt, expandiert sowie anschließend wieder kondensiert wird. Dieses Verfahren kann mit Dampfturbinen betrieben werden. Allerdings ist für kleine Leistungen ein Einsatz einer Dampfturbine nicht sinnvoll, da Turbinen einen fallenden Wirkungsgrad mit abnehmender Baugröße haben. Daher eignet sich für solch einen Anwendungsfall eine Kolbenmaschine, die beispielsweise als Rotations- oder Hubkolbenmaschine ausgestaltet sein kann. Speziell kann hierdurch eine Energierückgewinnung aus dem Abgas einer Brennkraftmaschine realisiert werden. Eine Möglichkeit, um eine kleine kostengünstige Hubkolbenmaschine herzustellen, ist der Aufbau mit einer Taumelscheibe. Beispielsweise werden Klimakompressoren mit Taumelscheibe ausgeführt.
Bei Brennkraftmaschinen, wie sie insbesondere bei Kraftfahrzeugen zum Einsatz kommen, stellen sich immer höhere Anforderungen bezüglich eines Ausstoßes von Kohlendioxid. Eine denkbare Möglichkeit, um diesen Anforderungen Rechnung zu tragen, besteht in dem Einsatz eines Systems, das eine im Abgas in Form von Wärme vorhandene Energie nutzbar macht. Somit kann gewissermaßen die bisher in Form von Wärme abgegebene Verlustenergie nutzbar gemacht werden. Die Prozessführung kann hierbei beispielsweise auf einem Clausius-Rankine-Prozess basieren. Bei solch einem Prozess ergibt sich allerdings das Problem, dass ein als Prozessmedium eingesetztes Arbeitsfluid, das beispielsweise auf Wasser oder Ethanol basiert, keine oder nur eine unwesentliche Schmierfähigkeit hat. Bei einer Kolbenmaschine, insbesondere einer Axialkolbenmaschine, stellt sich dadurch das Problem, einen durch Reibung verursachten Verschleiß zu vermindern. Andererseits können Schmierstoffe nicht oder nur bei geeigneter Abdichtung gegenüber dem Arbeitsfluid zum Einsatz kommen, da ein Eintrag von Schmierstoffen, wie beispielsweise Öl, den Dampfkraftprozess beeinträchtigt.
Offenbarung der Erfindung
Die erfindungsgemäße Axialkolbenmaschine mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und die erfindungsgemäße Einrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 10 haben den Vorteil, dass ein verbesserter Aufbau ermöglicht ist. Insbesondere können eine Reibung und somit ein Verschleiß im Bereich der Lagerung einer Taumelscheibe der Axialkolbenmaschine verringert werden. Hierdurch können die Lebensdauer der Axialkolbenmaschine und der Einrichtung zur Nutzung der Abwärme einer Brennkraftmaschine mit solch einer Axialkolbenmaschine erhöht werden.
Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen der im Anspruch 1 angegebenen Axialkolbenmaschine und der im Anspruch 10 angegebenen Einrichtung möglich.
Als Arbeitsfluid für den Dampfkraftprozess kann beispielsweise Wasser, Ethanol, Toluol oder auch ein speziell entwickeltes Wärmeträgermedium zum Einsatz kommen. Durch die vorteilhafte Ausgestaltung der Axialkolbenmaschine kann auch bei solchen Arbeitsfluiden, die keine oder nur eine geringfügige Schmierung ermöglichen, eine auftretende Reibung verringert werden. Dadurch verringert sich auch der diesbezügliche, durch Reibung verursachte Verschleiß. Dies macht auch eine einfachere Ausgestaltung der Axialkolbenmaschine möglich. Zum einen können gegebenenfalls teure Werkstoffe und aufwändige Oberflächenbearbeitungen eingespart werden. Zum anderen entfällt der Aufwand für eine Abdichtung bezüglich einer denkbaren geschmierten, insbesondere ölgeschmierten, Lagerung.
Vorteilhaft ist es, dass die Taumeleinheit eine Lagerhülse aufweist, dass die Lagerhülse eine erste Bohrung und eine zweite Bohrung aufweist, die auf einer Zylindergehäuse-Lagerachse angeordnet sind, dass die Lagerhülse eine dritte Bohrung und eine vierte Bohrung aufweist, die auf einer Taumelscheiben-Lagerachse angeordnet sind, dass die Taumeleinheit bezüglich der Zylindergehäuse-Lagerachse an dem Zylindergehäuse gelagert ist, dass die Taumelscheibe bezüglich der Taumelscheiben-Lagerachse an der Taumeleinheit gelagert ist und dass die Zylindergehäuse-Lagerachse und die Taumelscheiben-Lagerachse zumindest näherungsweise um 90° versetzt zueinander orientiert sind. Hierdurch kann eine kompakte und robuste Ausgestaltung der Taumeleinheit in Form des Kreuzgelenks realisiert werden.
Vorteilhaft ist es hierbei auch, dass die erste Bohrung der Lagerhülse ein Lager aufnimmt und dass die zweite Bohrung der Lagerhülse ein Lager aufnimmt. Speziell kann die erste Bohrung der Lagerhülse ein Wälzlager aufnehmen. Ferner kann die zweite Bohrung der Lagerhülse ein Wälzlager aufnehmen. Allerdings ist auch eine Ausgestaltung denkbar, bei der die Lager auf andere Weise, insbesondere als Gleitlager, ausgestaltet sind. Beim Einsatz von Wälzlagern können kleine und somit kostengünstige Wälzlager zum Einsatz kommen. Insbesondere können Nadellager zum Einsatz kommen. Der Einsatz von Wälzlagern, insbesondere Nadellagern, hat den Vorteil, dass die Reibung und der Verschleiß weiter verringert sind.
Hierbei ist es ferner vorteilhaft, dass ein Lagerbolzen vorgesehen ist, der einerseits in eine Aufnahmebohrung des Zylindergehäuses eingefügt ist und der andererseits über das Lager, insbesondere das Wälzlager, das die erste Bohrung aufnimmt, bezüglich der Zylindergehäuse-Lagerachse in der Lagerhülse gelagert ist, und dass ein weiterer Lagerbolzen vorgesehen ist, der einerseits in eine weitere Aufnahmebohrung des Zylindergehäuses eingefügt ist und der andererseits über das Lager, insbesondere das Wälzlager, das die zweite Bohrung aufnimmt, bezüglich der Zylindergehäuse-Lagerachse in der Lagerhülse gelagert ist. Hierbei kann die Zylindergehäuse-Lagerachse der Achse der Schwenkbewegung der Lagerhülse bezüglich des Zylindergehäuses entsprechen. Somit kann die Lagerhülse die gewünschte Schwenkbewegung bezüglich des Zylindergehäuses durchführen.
Außerdem ist es vorteilhaft, dass die dritte Bohrung der Lagerhülse ein Lager aufnimmt und dass die vierte Bohrung der Lagerhülse ein Lager aufnimmt. Die Lager können ebenfalls als Wälzlager, insbesondere Nadellager, ausgestaltet sein. Allerdings ist auch eine Ausgestaltung als Gleitlager vorteilhaft. Auch andere Ausgestaltungen des Lagers sind möglich.
Hierbei ist es ferner von Vorteil, dass ein Lagerbolzen vorgesehen ist, der einerseits in eine Aufnahmebohrung einer Taumelscheibenhülse eingefügt ist und andererseits über das Lager, das die dritte Bohrung aufnimmt, bezüglich der Taumelscheiben-Lagerachse in der Lagerhülse gelagert ist, und dass ein weiterer Lagerbolzen vorgesehen ist, der einerseits in eine weitere Aufnahmebohrung der Taumelscheibenhülse eingefügt ist und andererseits über das Lager, das die vierte Bohrung aufnimmt, bezüglich der Taumelscheiben-Lagerachse in der Lagerhülse gelagert ist. Hierdurch kann die Achse der Schwenkbewegung der Lagerhülse bezüglich der Taumelscheibenhülse der Taumelscheiben-Lagerachse entsprechen. Dadurch kann die Lagerhülse eine Schwenkbewegung bezüglich der Taumelscheibenhülse durchführen.
In vorteilhafter Weise wirkt die Taumelscheibenhülse formschlüssig mit der Taumelscheibe zusammen. Hierbei ist vorzugsweise eine axiale Beweglichkeit der Verbindung zwischen der Taumelscheibe und der Taumelscheibenhülse vorgegeben. Dadurch können innerhalb der Axialkolbenmaschine auftretende Toleranzen ausgeglichen werden. Speziell ist es hierbei von Vorteil, dass die Taumelscheibenhülse zumindest eine Aussparung aufweist, dass die Taumelscheibe an einem inneren Rand zumindest einen Vorsprung aufweist und dass der zumindest eine Vorsprung der Taumelscheibe in die zumindest eine Aussparung der Taumelscheibenhülse eingreift. Dies ermöglicht das formschlüssige Zusammenwirken bei einer gewissen axialen Beweglichkeit.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der nachfolgenden Beschreibung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen, in denen sich entsprechende Elemente mit übereinstimmenden Bezugszeichen versehen sind, näher erläutert. Es zeigen:
1 eine Einrichtung zur Nutzung der Abwärme einer Brennkraftmaschine entsprechend einem Ausführungsbeispiel der Erfindung in einer schematischen Darstellung.
2 eine Axialkolbenmaschine der in 1 dargestellten Einrichtung gemäß dem Ausführungsbeispiel der Erfindung in einer schematischen, axialen Schnittdarstellung;
3 eine auszugsweise, schematische, axiale Schnittdarstellung der in 2 dargestellten Axialkolbenmaschine entlang der mit III bezeichneten Schnittlinie;
4 eine Taumelscheibenhülse der in 2 dargestellten Axialkolbenmaschine in einer räumlichen Darstellung;
5 eine Taumelscheibe der in 2 dargestellten Axialkolbenmaschine in einer schematischen, räumlichen Darstellung;
6 eine Lagerhülse der in 2 dargestellten Axialkolbenmaschine in einer schematischen Darstellung und
7 einen Schnitt durch die in 6 dargestellte Lagerhülse entlang der mit VII bezeichneten Schnittlinie.
Ausführungsformen der Erfindung
1 zeigt eine Einrichtung 1 zur Nutzung der Abwärme einer Brennkraftmaschine 2 mit einer Axialkolbenmaschine 3 entsprechend einem Ausführungsbeispiel in einer schematischen Darstellung. Die Brennkraftmaschine 2 ist hierbei kein Bestandteil der Einrichtung 1. Die Einrichtung 1 kann auch unabhängig von einer Brennkraftmaschine 2 hergestellt und vertrieben werden.
Die Axialkolbenmaschine 3 dient als Expansionsmaschine 3. Ferner weist die Einrichtung 1 einen Kondensator 4, eine Pumpe 5 und einen Wärmetauscher 6 auf. Hierbei wird ein Dampfkraftprozess ausgeführt, der als Kreislauf 7 ausgeführt ist, wie es durch die Pfeile veranschaulicht ist.
Außerdem sind in der 1 ein Generator 8, eine Batterie 9, ein Bordnetz 10 und ein Steuergerät 11 dargestellt. Die Axialkolbenmaschine 3 kann über eine Welle 12 mit dem Generator 8 verbunden sein, um den Generator 8 anzutreiben. Ferner kann die Axialkolbenmaschine 3 über die Welle 12 auch mit einer Welle 13 der Brennkraftmaschine 2 verbunden sein. Hierfür gegebenenfalls erforderliche Kupplungen oder Übersetzungen sind zur Vereinfachung der Darstellung nicht dargestellt.
Von der Brennkraftmaschine 2 führt eine gemeinsame Abgasleitung 14 zu dem Wärmetauscher 6. Ein für den Dampfkraftprozess vorgesehenes Arbeitsfluid kann somit durch das durch den Wärmetauscher 6 geführte Abgas der Brennkraftmaschine 2 erwärmt werden. Infolge dieser Erwärmung verdampft das Arbeitsfluid. Das dampfförmige und unter dem Druck P1 stehende Arbeitsfluid wird anschließend der als Expansionsmaschine 3 dienenden Axialkolbenmaschine 3 zugeführt. In der Axialkolbenmaschine 3 erfolgt eine Expansion des dampfförmigen Arbeitsfluids, wobei der Druck von dem höheren Druck P1 auf den niedrigeren Druck P2 sinkt. Dadurch wird mechanische Arbeit an der Expansionsmaschine 3 abgeführt, die zum Antreiben des elektrischen Generators 8 dienen kann oder als zusätzliche Antriebsenergie an der Welle 3 nutzbar gemacht werden kann.
Nach dem Durchlaufen der Axialkolbenmaschine 3 wird das Arbeitsfluid durch den Kondensator 4 geführt, wo es mit Hilfe eines Kühlmediums, beispielsweise Wasser, so weit abgekühlt wird, dass eine Kondensation erfolgt. Das nunmehr vorzugsweise flüssige Arbeitsfluid, das den niedrigeren Druck P2 hat, wird anschließend zu der Pumpe 5 geführt. Die Pumpe 5 überführt das flüssige Arbeitsfluid von dem niedrigeren Druck P2 auf den höheren Druck P1. Nach Durchlaufen der Pumpe 5 wird das Arbeitsfluid wieder dem Wärmetauscher 6 zugeführt, wodurch der Kreislauf 7 geschlossen ist.
Als Arbeitsfluid können beispielsweise Wasser, Ethanol, Toluol oder ein speziell entwickeltes Wärmeträgermedium zum Einsatz kommen. Solche Arbeitsfluide als Prozessmedien haben allerdings keine oder nur unwesentliche Schmiereigenschaften. Um den Dampfkraftprozess nicht zu beeinträchtigen, können auch keine diesbezüglichen Zusatzstoffe, insbesondere Schmiermittel, beigefügt werden, um die Reibung, insbesondere innerhalb der Axialkolbenmaschine 3, zu vermindern. Andererseits muss auch ein Eintrag von Schmiermitteln in das Arbeitsfluid, was an Schnittstellen denkbar ist, verhindert werden.
2 zeigt die Axialkolbenmaschine 3 der in 1 dargestellten Einrichtung 1 gemäß dem Ausführungsbeispiel in einer schematischen, axialen Schnittdarstellung. Die Axialkolbenmaschine 3 weist ein mehrteiliges Gehäuse 20 auf. Das mehrteilige Gehäuse 20 wird in diesem Ausführungsbeispiel unter anderem durch ein Lagergehäuse 21, ein Zylindergehäuse 22 und ein Anschlussgehäuse 23 gebildet. Das Zylindergehäuse 22 ist im Lagergehäuse 21 zentriert. Das Anschlussgehäuse 23 ist im Zylindergehäuse 22 zentriert. Das Lagergehäuse 21, das Zylindergehäuse 22 und das Anschlussgehäuse 23 sind beispielsweise durch Verschrauben miteinander verbunden. Ein von der Axialkolbenmaschine 3 erzeugtes Drehmoment wird über eine im Lagergehäuse 21 mittels des Lagers 33 und im Zylindergehäuse 22 mittels des Lagers 34 gelagerte Welle 24 abgeführt. Die Lager 33, 34 können beispielsweise als Wälzlager 33, 34 ausgestaltet sein. Die Welle 24 der Axialkolbenmaschine 3 kann auf geeignete Weise mit der Welle 12 verbunden sein, die in 1 schematisch dargestellt ist.
Drehfest mit der Welle 24 sind eine Schrägscheibe 25 und ein Drehschieber 36 verbunden. In diesem Ausführungsbeispiel ist die Schrägscheibe 25 in ihrer Winkelposition bezüglich einer Drehachse 15 der Welle 24 nicht veränderbar. In einer abgewandelten Ausführungsform kann die Schrägscheibe 25 in ihrer Winkelposition bezüglich der Drehachse 15 der Welle 24 allerdings auch veränderbar sein.
Das unter dem Druck P1 stehende Arbeitsfluid wird im Betrieb über einen Anschluss 38, einen Metallbalg 39 und eine Dichtscheibe 40 dem drehfest mit der Welle 24 verbundenen Drehschieber 36 zugeführt. Das unter dem Druck P1 stehende Arbeitsfluid gelangt dann über eine Zentralbohrung 41, eine Querbohrung 42 und eine Zuführbohrung 43 des Drehschiebers 36 sowie über eine Lochscheibe 35 in einen Zylinderraum 45. Der Zylinderraum 45 ist aus einer Führungsbuchse 44, einem Kolben 32 und der Lochscheibe 35 gebildet. Hierbei wird infolge des Drucks P1 des Arbeitsfluids eine entlang einer Achse 60 wirkende Kraft auf den Kolben 32 ausgeübt, die über ein Pleuel 31 auf eine über eine Taumeleinheit 30 drehfest mit dem Lagergehäuse 21 verbundene Taumelscheibe 26 übertragen wird.
Die Taumeleinheit 30 ist hierbei so ausgeführt, dass die Taumelscheibe 26 Bewegungen in Achsrichtung der einzelnen Zylinderräume 45 entlang der Achse 60 ausführen kann, wobei jedoch Drehbewegungen um die Drehachse 15 der Welle 24 nicht möglich sind.
Die über das Pleuel 31 auf die Taumelscheibe 26 übertragene Kraft wird über ein Wälzlager 46 auf die drehfest mit der Welle 24 verbundene Schrägscheibe 25 übertragen, wodurch ein Drehmoment an der Welle 24 erzeugt wird. Das Wälzlager 46 umfasst mehrere Kugeln 28, 28’, einen Lagerkäfig 29 und einen Lagerring 27.
In Folge einer Drehbewegung des Drehschiebers 36 wird das unter dem Druck P1 stehende Arbeitsfluid entsprechend der Drehung der Welle 24 dann in den auf den Zylinderraum 45 folgenden Zylinderraum geführt. Dies setzt sich entsprechend fort. In der 2 ist zur Vereinfachung der Darstellung nur der Zylinderraum 45 gekennzeichnet. Die Anzahl solcher Zylinderräume 45 ist hierbei in Bezug auf den jeweiligen Anwendungsfall anpassbar.
Der Drehschieber 36 verfügt ferner über eine Auslassöffnung 56.
Über die Auslassöffnung 56 kann das expandierte und den niedrigeren Druck P2 aufweisende Arbeitsfluid zu einem Anschluss 37 geführt werden. Über den Anschluss 37 gelangt das expandierte Arbeitsfluid unter dem niedrigeren Druck P2 aus der Axialkolbenmaschine 3.
Die Taumelscheibe 26 ist über die Taumeleinheit 30 mit dem Zylindergehäuse 22 verbunden. Hierbei lässt die Taumeleinheit 30 eine Taumelbewegung der Taumelscheibe 26 zu. Durch die Taumelbewegung der Taumelscheibe 26 wird die axiale Bewegung des Kolbens 32 und der weiteren Kolben über die Pleuel 31 und die weiteren Pleuel an die Taumelscheibe 26 übertragen. In Folge der Taumelbewegung der Taumelscheibe 26 wird auf die Schrägscheibe 25 eine Kraft übertragen, welche an der Welle 24 ein Drehmoment erzeugt, wodurch sich die Welle 24 dreht. Somit steht mechanische Energie zur Verfügung, die beispielsweise zum Antreiben des Generators 8 oder als zusätzliche Antriebsenergie genutzt werden kann.
Somit ist die Axialkolbenmaschine 3 über einen Dampfkraftprozess antreibbar, wobei das Arbeitsfluid mit dem hohen Druck P1 im gasförmigen Zustand in die einzelnen Zylinderräume 45 geführt werden kann, dort entspannt wird und anschließend mit dem niedrigeren Druck P2 aus der Axialkolbenmaschine 3 geführt wird. Hierbei gelangt das Arbeitsfluid in Zylinderräume 45, die innerhalb des Zylindergehäuses 22 ausgestaltet sind. Das Zylindergehäuse 22 ist hierbei ortsfest zu dem Gehäuse 20 angeordnet und in diesem Ausführungsbeispiel sogar Teil des Gehäuses 20. Die Taumelscheibe 26 ist über die Taumeleinheit 30 drehfest mit dem Zylindergehäuse 22 verbunden. Hierbei ist die Taumeleinheit 30 in Form eines Kreuzgelenks ausgestaltet.
Die Taumeleinheit 30 ist in einem Innenraum 61 innerhalb des Gehäuses 20 angeordnet. Eine Füllung des Innenraums 61 mit einem Schmiermittel, insbesondere Schmieröl, ist nicht möglich, da hierdurch ein Eintrag des Schmiermittels in das Arbeitsfluid, das zeitweise in dem jeweiligen Zylinderraum 45 vorgesehen ist, erfolgt. Bei einer Axialkolbenmaschine, die als Arbeitsmedium beispielsweise ein Hydrauliköl nutzt, kann das Hydrauliköl, das unter anderem auf Grund von Leckage ohnehin in den Innenraum 61 gelangt, auch zur Schmierung der weiteren Komponenten, insbesondere im Bereich der Welle solch einer Axialkolbenmaschine, genutzt werden. Im Unterschied zu solch einer Axialkolbenmaschine ist bei der Axialkolbenmaschine 3 entsprechend dem Ausführungsbeispiel der Erfindung, die über den Dampfkraftprozess antreibbar ist, solch eine Ölschmierung nicht möglich oder zumindest mit einem erheblichen Abdichtungsaufwand nur stellenweise realisierbar. Somit ergeben sich bei der Axialkolbenmaschine 3 prinzipbedingt höhere Anfälligkeiten bezüglich Reibung und Verschleiß. Speziell zur Lagerung der Taumelscheibe 26 ist somit eine verschleißverbesserte Auslegung erforderlich. Dies kann über entsprechend haltbare, aber damit auch teure Werkstoffe, eine robuste Auslegung und eine hohe Oberflächengüte erreicht werden. Dies ist jedoch mit hohen Kosten verbunden.
Durch die Ausgestaltung der Taumeleinheit 30 in Form eines Kreuzgelenks ergibt sich zum einen der Vorteil, dass die sich aus der erforderlichen Taumelbewegung resultierende Relativbewegung sehr gering ist. Dies hat zur Folge, dass die Relativgeschwindigkeiten gering sind, wodurch der Verschleiß der Lagerung reduziert ist. Zum anderen besteht ein weiterer Vorteil darin, dass zur Lagerung der Taumelscheibe 26 kleine und somit kostengünstige Wälzlager 62, 63, insbesondere Nadellager 62, 63, zum Einsatz kommen können. Der Einsatz von Wälzlagern 62, 63 hat den Vorteil, dass die Reibung und der Verschleiß verringert sind. Bei einer abgewandelten Ausführungsform können die Lager 62, 63 allerdings auch als Gleitlager ausgestaltet sein.
Die Ausgestaltung der Axialkolbenmaschine 3, insbesondere der Taumeleinheit 30, ist im Folgenden auch unter Bezugnahme auf die weiteren Figuren näher beschrieben.
3 zeigt einen auszugsweisen, schematischen, axialen Schnitt durch die in 2 dargestellte Axialkolbenmaschine entlang der mit III bezeichneten Schnittlinie. Hierbei sind unter anderem das Zylindergehäuse 22, die Taumelscheibe 26 und die Taumeleinheit 30 dargestellt.
Die Taumeleinheit 30 weist eine Taumelscheibenhülse 47, eine Lagerhülse 50, die Wälzlager 62, 63 und Wälzlager 64, 65 auf. Die Wälzlager 64, 65 sind vorzugsweise als Nadellager 64, 65 ausgeführt. Hierbei kommen vorzugsweise kleine Wälzlager 64, 65 zum Einsatz. Es sind allerdings auch anders ausgestaltete Lager 64, 65 bei einer abgewandelten Ausführungsform realisierbar. Speziell können solche Lager 64, 65 auch als Gleitlager ausgestaltet sein.
Die Lagerhülse 50 weist eine erste Bohrung 66 und eine zweite Bohrung 67 auf, die auf einer Zylindergehäuse-Lagerachse 68 angeordnet sind. Ferner weist die Lagerhülse 50 eine dritte Bohrung 69 und eine vierte Bohrung 70 auf, die auf einer Taumelscheiben-Lagerachse 71 angeordnet sind. Die Zylindergehäuse-Lagerachse 68 und die Taumelscheiben-Lagerachse 71 sind um 90° versetzt zueinander orientiert. Somit sind in der Lagerhülse 50 vier Bohrungen 66, 67, 69, 70 ausgestaltet, die um jeweils 90° versetzt zueinander positioniert sind.
Die erste Bohrung 66 dient zur Aufnahme des Wälzlagers 64. Die zweite Bohrung 67 dient zur Aufnahme des Wälzlagers 65. Die dritte Bohrung 69 dient zur Aufnahme des Wälzlagers 62. Die vierte Bohrung 70 dient zur Aufnahme des Wälzlagers 63.
Die Taumeleinheit 30 ist bezüglich der Zylindergehäuse-Lagerachse 68 an dem Zylindergehäuse 22 gelagert. Ferner ist die Taumelscheibe 26 bezüglich der Taumelscheiben-Lagerachse 71 an der Taumeleinheit 30 gelagert. Dadurch ist die Taumelscheibe 26 über die Taumeleinheit 30, die in Form eines Kreuzgelenks ausgestaltet ist, drehfest mit dem Zylindergehäuse 22 verbunden.
Das Zylindergehäuse 22 weist Ausnahmebohrungen 55, 57 auf. Ferner weist die Taumeleinheit 30 Lagerbolzen 72, 73 auf. Der Lagerbolzen 72 ist einerseits in die Aufnahmebohrung 55 des Zylindergehäuses 22 eingefügt. Andererseits ist der Lagerbolzen 72 über das in der ersten Bohrung 66 der Lagerhülse 50 angeordnete Wälzlager 64 in der Lagerhülse 50 gelagert. Der Lagerbolzen 73 ist einerseits in die Aufnahmebohrung 57 des Zylindergehäuses 22 eingefügt. Andererseits ist der Lagerbolzen 73 über das Wälzlager 65, das in die zweite Bohrung 67 der Lagerhülse 50 eingefügt ist, in der Lagerhülse 50 gelagert. Die Lagerbolzen 72, 73 sind hierbei auf der Zylindergehäuse-Lagerachse 68 angeordnet. Somit kann die Lagerhülse 50 eine Schwenkbewegung bezüglich des Zylindergehäuses 22 ausführen, wobei die Achse der Schwenkbewegung der Lagerhülse 50 bezüglich des Zylindergehäuses 22 der Zylindergehäuse-Lagerachse 68 entspricht. Die Lagerbolzen 72, 73 können hierbei in die Aufnahmebohrungen 55, 57 des Zylindergehäuses 22 eingepresst sein.
Die Taumelscheibenhülse 47 weist Aufnahmebohrungen 51, 58 auf. Die Aufnahmebohrungen 51, 58 liegen einander gegenüber. Hierbei sind die Aufnahmebohrungen 51, 58 auf der Taumelscheiben-Lagerachse 71 angeordnet. Die Taumeleinheit 30 weist Lagerbolzen 74, 75 auf. Der Lagerbolzen 74 ist einerseits in die Aufnahmebohrung 58 der Taumelscheibenhülse 47 eingefügt. Andererseits ist der Lagerbolzen 74 über das Wälzlager 62, das von der dritten Bohrung 69 der Lagerhülse 50 aufgenommen wird, in der Lagerhülse 50 gelagert. Der Lagerbolzen 75 ist einerseits in die Aufnahmebohrung 51 eingefügt. Andererseits ist der Lagerbolzen 75 über das Wälzlager 63, das in die vierte Bohrung 70 der Lagerhülse 50 eingefügt ist, in der Lagerhülse 50 gelagert. Somit kann die Lagerhülse 50 eine Schwenkbewegung bezüglich der Taumelscheibenhülse 47 durchführen, wobei eine Achse der Schwenkbewegung der Lagerhülse 50 bezüglich der Taumelscheibenhülse 47 durch die Taumelscheiben-Lagerachse 71 gegeben ist.
4 zeigt die Taumelscheibenhülse 47 der in 2 dargestellten Axialkolbenmaschine 3 in einer räumlichen Darstellung. Die Taumelscheibenhülse 47 weist mehrere Aussparungen 76 bis 81 auf, die an einer Stirnseite 82 der Taumelscheibenhülse 47 vorgesehen sind. Hierbei erstreckt sich die Taumelscheibenhülse 47 im montierten Zustand mit ihrer Stirnseite 82 durch die Taumelscheibe 26.
5 zeigt die Taumelscheibe 26 der in 2 dargestellten Axialkolbenmaschine 3 in einer schematischen, räumlichen Darstellung. An einem inneren Rand 83 weist die Taumelscheibe 26 mehrere Vorsprünge 84 bis 89 auf. Die Vorsprünge 84 bis 89 der Taumelscheibe 26 greifen im montierten Zustand in die Aussparungen 76 bis 81 der Taumelscheibenhülse 47 ein. Hierdurch ist eine formschlüssige Verbindung der Taumelscheibenhülse 47 mit der Taumelscheibe 26 gebildet.
Die Vorsprünge 84 bis 89 der Taumelscheibe 26 können als zahnförmige Vorsprünge 84 bis 89 ausgestaltet sein. Die Vorsprünge 84 bis 89 können allerdings auch als noppenförmige Vorsprünge 84 bis 89 ausgestaltet sein.
Somit ist die Taumelscheibe 26 drehfest mit der Taumelscheibenhülse 47 und somit mit dem Zylindergehäuse 22 verbunden. Der axiale Abstand zwischen dem Zylindergehäuse 22 und der Taumelscheibe 26 ist hierbei in Folge der axialen Beweglichkeit der Verbindung zwischen der Taumelscheibe 26 und der Taumelscheibenhülse 47 veränderlich, so dass innerhalb der Axialkolbenmaschine 3 auftretende Toleranzen ausgeglichen werden können.
Somit kann die Lagerung der Taumelscheibe 26 auf kleinen und somit kostengünstigen Lagern 62 bis 65, insbesondere kleinen Wälzlagern 62 bis 65, erfolgen, wobei nur sehr geringe Relativbewegungen in Form von Schwenkbewegungen der Taumelscheiben-Lagerachse 71 auftreten, was zur Folge hat, dass auch die auftretenden Relativgeschwindigkeiten gering sind. Dadurch kann der Verschleiß erheblich reduziert werden. Beim Einsatz der Lager 62 bis 65, die als Wälzlager 62 bis 65 ausgestaltet sind, treten keine Gleitbewegungen, sondern nur Abwälzbewegungen auf, wodurch der Verschleiß und die auftretende Reibung weiter reduziert sind.
6 zeigt die Lagerhülse 50 der in 2 dargestellten Axialkolbenmaschine 3 in einer schematischen Darstellung. Ferner zeigt 7 einen Schnitt durch die in 6 dargestellte Lagerhülse 50 entlang der mit VII bezeichneten Schnittlinie. Die Lagerhülse 50 weist eine Mantelfläche 90 auf, die konkav ausgeformt ist. Über den Umfang der Mantelfläche 90 sind die Bohrungen 66, 67, 69, 70 um jeweils 90° versetzt zueinander angeordnet. Hierbei liegen die erste Bohrung 66 und die zweite Bohrung 67 auf der Zylindergehäuse-Lagerachse 68. Die dritte Bohrung 69 und die vierte Bohrung 70 liegen auf der Taumelscheiben-Lagerachse 71. Zwischen der Zylindergehäuse-Lagerachse 68 und der Taumelscheiben-Lagerachse 71 ist ein Winkel 91 definiert, der in diesem Ausführungsbeispiel gleich 90° ist. Die Bohrungen 66, 67, 69, 70 können als Stufenbohrungen ausgeführt werden, wie es in der 7 veranschaulicht ist. Hierdurch können die Wälzlager 62 bis 65 zuverlässig in den Bohrungen 66, 67, 69, 70 angeordnet werden.
Die Erfindung ist nicht auf die beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt.

Claims

Axialkolbenmaschine (3), die über einen Dampfkraftprozess antreibbar ist, mit einem Gehäuse (20), einem relativ zu dem Gehäuse (20) ortsfest angeordneten Zylindergehäuse (22) und einer Taumelscheibe (26), wobei eine Taumeleinheit (30) vorgesehen ist, wobei die Taumelscheibe (26) über die Taumeleinheit (30) drehfest mit dem Zylindergehäuse (22) verbunden ist und wobei die Taumeleinheit (30) in Form eines Kreuzgelenks ausgestaltet ist.
Axialkolbenmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Taumeleinheit (30) ein Lagerhülse (50) aufweist, dass die Lagerhülse (50) eine erste Bohrung (66) und eine zweite Bohrung (67) aufweist, die auf einer Zylindergehäuse-Lagerachse (68) angeordnet sind, dass die Lagerhülse (50) eine dritte Bohrung (69) und eine vierte Bohrung (70) aufweist, die auf einer Taumelscheiben-Lagerachse (71) angeordnet sind, dass die Taumeleinheit (30) bezüglich der Zylindergehäuse-Lagerachse (68) an dem Zylindergehäuse (22) gelagert ist, dass die Taumelscheibe (26) bezüglich der Taumelscheiben-Lagerachse (71) an der Taumeleinheit (30) gelagert ist und dass die Zylindergehäuse-Lagerachse (68) und die Taumelscheiben-Lagerachse (71) zumindest näherungsweise um 90° versetzt zueinander orientiert sind.
Axialkolbenmaschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Bohrung (66) der Lagerhülse (50) ein Lager (64) aufnimmt und dass die zweite Bohrung (67) der Lagerhülse (50) ein Lager (65) aufnimmt.
Axialkolbenmaschine nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass ein Lagerbolzen (72) vorgesehen ist, der einerseits in eine Aufnahmebohrung (55) des Zylindergehäuses (22) eingefügt ist und der andererseits über das Lager (64), das die erste Bohrung (66) aufnimmt, bezüglich der Zylindergehäuse-Lagerachse (68) in der Lagerhülse (50) gelagert ist, und dass ein weiterer Lagerbolzen (73) vorgesehen ist, der einerseits in eine weitere Aufnahmebohrung (57) des Zylindergehäuses (22) eingefügt ist und der andererseits über das Lager (65), das die zweite Bohrung (67) aufnimmt, bezüglich der Zylindergehäuse-Lagerachse (68) der Lagerhülse (50) gelagert ist.
Axialkolbenmaschine nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die dritte Bohrung (69) der Lagerhülse (50) ein Lager (62) aufnimmt und dass die vierte Bohrung (70) der Lagerhülse (50) ein Lager (63) aufnimmt.
Axialkolbenmaschine nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass ein Lagerbolzen (74) vorgesehen ist, der einerseits in eine Aufnahmebohrung (58) einer Taumelscheibenhülse (47) eingefügt ist und andererseits über das Lager (62), das die dritte Bohrung (69) aufnimmt, bezüglich der Taumelscheiben-Lagerachse (71) in der Lagerhülse (50) gelagert ist, und dass ein weiterer Lagerbolzen (75) vorgesehen ist, der einerseits in eine weitere Aufnahmebohrung (51) der Taumelscheibenhülse (47) eingefügt ist und andererseits über das Lager (63), das die vierte Bohrung (70) aufnimmt, bezüglich der Taumelscheiben-Lagerachse (71) in der Lagerhülse (50) gelagert ist.
Axialkolbenmaschine nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Taumelscheibenhülse (47) formschlüssig mit der Taumelscheibe (26) zusammen wirkt.
Axialkolbenmaschine nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Taumelscheibenhülse (47) zumindest eine Aussparung (76–81) aufweist, dass die Taumelscheibe (26) an einem inneren Rand (83) zumindest einen Vorsprung (84–89) aufweist und dass der zumindest eine Vorsprung (84–89) der Taumelscheibe (26) in die zumindest eine Aussparung (76–81) der Taumelscheibenhülse (47) eingreift.
Axialkolbenmaschine nach einem der Ansprüche 3 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Lager (64), das die erste Bohrung (66) aufnimmt, als Wälzlager (64) ausgebildet ist und/oder dass das Lager (65), das die zweite Bohrung (67) aufnimmt, als Wälzlager (65) ausgebildet ist und/oder dass das Lager (62), das die dritte Bohrung (69) aufnimmt, als Wälzlager (62) ausgebildet ist und/oder dass das Lager (63), das die vierte Bohrung (70) aufnimmt, als Wälzlager (63) ausgebildet ist.
Einrichtung (1) zur Nutzung der Abwärme einer Brennkraftmaschine (2) mit einer Axialkolbenmaschine (3) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, die über einen Dampfkraftprozess antreibbar ist.