DE102015112706B4 - Axialkolbenmaschine - Google Patents

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Abstract

Axialkolbenmaschine (24) zur Erzeugung mechanischer und/oder elektrischer Arbeit durch Expansion eines Arbeitsmittels von einem erhöhten Druck auf ein niedrigeres Druckniveau unter Arbeitsleistung enthaltend(a) eine Welle (46),(b) ein Gehäuse (44), und(c) eine kranzförmig in dem Gehäuse (44) angeordnete Zylinderanordnung mit Expansionszylindern (56, 58) und darin geführten Kolben (60, 62) zum Antrieb der Welle (46),- wobei wenigstens einer der Kolben (60, 62) als Doppelkolben ausgebildet ist, dessen eines Ende im Expansionszylinder (56, 58) und dessen gegenüberliegendes Ende in einem Pumpenzylinder (72, 74) einer Pumpe (40) geführt ist,- wobei Mittel zur Volumenstromregelung der Pumpe (40) vorgesehen sind, mit denen das Fördervolumen einstellbar ist,- wobei Schieber, Schieberhülsen, Flatterventile, elektromagnetische Ventile oder sonstige Ventile im Zulauf und/oder im Auslassbereich der Pumpe (40) vorgesehen sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Pumpenkolben (68, 70) unterschiedliche Durchmesser haben und mittels der Mittel zur Volumenstromregelung einzeln zu- und abschaltbar sind.

Description

  • Technisches Gebiet
  • Die Erfindung betrifft eine Axialkolbenmaschine zur Erzeugung mechanischer und/oder elektrischer Arbeit durch Expansion eines Arbeitsmittels von einem erhöhten Druck auf ein niedrigeres Druckniveau unter Arbeitsleistung enthaltend
    1. (a) eine Welle,
    2. (b) ein Gehäuse, und
    3. (c) eine kranzförmig in dem Gehäuse angeordnete Zylinderanordnung mit
  • Expansionszylindern und darin geführten Kolben zum Antrieb der Welle.
  • Stand der Technik
  • Axialkolbenmaschinen sind beispielsweise aus der DE 10 2011 118 622 A1 bekannt. Mehrere Expansionszylinder, beispielsweise 6 oder 8 Expansionszylinder, sind in einem gemeinsamen Gehäuse kranzförmig um eine Welle herum angeordnet. In den Expansionszylindern werden Kolben in axialer Richtung bewegt. Die Kolben treiben eine Welle über eine Taumelscheibe, auch als Schrägscheibe bezeichnet, an. Es ist ferner bekannt, eine solche Axialkolbenmaschine in einem Dampfkreisprozess zu verwenden.
  • Auch die DE 343 932 A offenbart eine Axialkolbenmaschine mit einer kranzförmigen Zylinderanordnung in einem Gehäuse, wobei gegenüberliegende Kolben mittels Kolbenstangen verbunden sind und im Zulauf und Ablassbereich vorgesehene Drehschieber über eine Welle betreiben.
  • Aus der DE 2010 027 001 A1 ist ein Axialkolbenmotor mit einer kranzförmigen Zylinderanordnung bekannt, wobei Motorkolben mit in gegenüberliegenden Zylindern geführten Verdrängerkolben verbunden sind und im Zulauf und Ablassbereich vorgesehene Längsschieberventile über eine Rotorgruppe betreiben.
  • Offenbarung der Erfindung
  • Es ist Aufgabe der Erfindung eine Axialkolbenmaschine zu schaffen, die mit höherer Effizienz eingesetzt werden kann.
  • Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass wenigstens einer der Kolben als Doppelkolben ausgebildet ist, dessen eines Ende im Expansionszylinder und dessen gegenüberliegendes Ende in einem Pumpenzylinder einer Pumpe geführt ist. Die Pumpe ist dabei vorzugsweise im Gehäuse der Zylinder der Axialkolbenmaschine angeordneten. Sie kann aber auch außerhalb am Gehäuse vorgesehen sein. Mit der Integration der Pumpe kann die Bewegung der Kolben doppelt genutzt werden: einmal zur Arbeitsleistung an einer Welle und zum anderen zum Antrieb einer Pumpe. Vorteilhafterweise ist die Pumpe Teil eines Dampfkreisprozesses und fördert das Arbeitsmittel im Kreisprozess. Die erfindungsgemäße Anordnung vermeidet den für die Pumpe erforderlichen Bauraum und Montageaufwand. Abwärme im Abdampf der Axialkolbenmaschine kann zum Vorwärmen des durch die Pumpe geförderten Arbeitsmediums genutzt werden. Umgekehrt gelangt Leckage bei Anordnung im Gehäuse aus der Pumpe in den Abdampf der Axialkolbenmaschine. Die Pumpe muss daher technisch nicht abgedichtet werden und arbeitet mit verringerter Reibung. Wenn das von der Pumpe geförderte Arbeitsmittel eine geringere Temperatur aufweist, als das expandierte Arbeitsmedium wird die Axialkolbenmaschine gekühlt. Das schont die Dichtungen und Bauteile der Axialkolbenmaschine, die insgesamt geringeren Temperaturen ausgesetzt sind.
  • Zwar verteilt sich die Leistung der Axialkolbenmaschine bei der erfindungsgemäßen Anordnung auch auf die Pumpe. Die Pumpe muss diese Leistung aber nicht anderweitig abrufen. Entsprechend wird der Gesamtwirkungsgrad der Anordnung verbessert.
  • Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist das Hubvolumen aller in den Pumpenzylindern geführten Kolben größer, als das maximal erforderliche Fördervolumen der Pumpe. Damit ist sichergestellt, dass das Fördervolumen immer ausreicht.
  • Erfindungsgemäß sind Mittel zur Volumenstromregelung der Pumpe vorgesehen, mit denen das Fördervolumen einstellbar ist. Solche Mittel sind beispielsweise Schieber, Schieberhülsen, Flatterventile, elektromagnetische Ventile oder sonstige Ventile im Zulauf und/oder im Auslassbereich der Pumpe. Die Mittel erlauben eine Regelung dergestalt, dass Einlass und/oder Auslass früher oder später geöffnet bzw. geschlossen werden. Dann wird nur ein Teil der möglichen Pumpleistung abgerufen. Wird etwa ein Einlass länger geöffnet, als zum Erreichen des maximalen Hubvolumens erforderlich ist, so wird das Arbeitsmittel durch den Einlass wieder zurückgedrückt. Das effektive Hubvolumen ist dann kleiner. In gleicher Weise kann ein Auslass früher geöffnet werden. Dann tritt ein Teil des Arbeitsmittels ohne Förderleistung aus dem Pumpenzylinder aus und kann über eine gesonderte Absteuerleitung dem Kreisprozess an anderer Stelle zugeführt werden. Die Regelung ist entsprechend der gewählten Zeiträume in begrenzten Regelbereichen stufenlos.
  • Erfindungsgemäß haben die Pumpenkolben unterschiedliche Durchmesser und sind einzeln zu- und abschaltbar. Wenn ein anderes Fördervolumen verwirklicht werden soll, können einzelne Kolben durch Öffnen oder Schließen eines Ventils zu- oder abgeschaltet werden. Die unterschiedlichen Durchmesser erlauben in unterschiedlichen Kombinationen unterschiedliche Fördervolumina.
  • Bei einer besonders bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung weist die Pumpe eine Vorförderpumpe zum Bewegen der stehenden Kolben auf. Die Vorförderpumpe dient insbesondere dazu, einen Dampfkreisprozess mit kaltem Arbeitsmittel zu starten. Eine Vorförderpumpe hat den Vorteil, dass sie auch als Überdrehzahlschutz dienen kann.
  • Bei einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Längsachsen der Pumpenkolben exzentrisch zur Längsachse der in den Expanderzylindern geführten Kolben angeordnet sind. Der Doppelkolben wird beiderseitig sicher geführt und das Kolbenhemd kann sehr kurz ausgeführt werden. Eine Verdrehung innerhalb der Zylinder ist bei exzentrischer Längsachse der Pumpenkolben nicht möglich.
  • Vorzugsweise ist die Pumpe zur Erzeugung eines erhöhten Drucks im Arbeitsmittel in eine Dampfkraftanlage integrierbar, die einen Dampferzeuger zur Erzeugung von Arbeitsmitteldampf und einen Kondensator zur Kondensation des Arbeitsmittels aufweist. Dann ist ein besonders hoher Wirkungsgrad erreichbar.
  • Durch vollständiges oder teilweises Schließen der Ventile oder anderen Steuerorgane der Pumpe kann die Drehzahl der Axialkolbenmaschine gedrosselt werden. Die Pumpe pumpt dann gegen ganz oder teilweise geschlossene Ventile. Dabei erhöht sich der Druck. Die Pumpe ruft Leistung ab und bremst so die Axialkolbenmaschine.
  • Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche. Ein Ausführungsbeispiel ist nachstehend unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert.
  • Figurenliste
    • 1 ist eine schematische Darstellung eines von der Abwärme eines Verbrennungsmotors beaufschlagten Dampfkreislaufs mit einer Axialkolbenmaschine als Hilfsantrieb.
    • 2 ist ein Querschnitt durch eine Axialkolbenmaschine mit integrierter Pumpe mit Ventilsteuerung mit aktiv steuerbaren Ventilen.
    • 3 ist ein Querschnitt durch eine Axialkolbenmaschine mit integrierter Pumpe mit einer passiven Steuerung über Flatterventile.
    • 4 ist ein Querschnitt durch eine Axialkolbenmaschine mit integrierter Pumpe mit einer Steuerung über einen Drehschieber.
    • 5 ist ein Querschnitt durch eine Axialkolbenmaschine mit integrierter Pumpe mit einer Schieberhülse zur Steuerung.
    • 6 illustriert die Wirkungsweise der Schieberhülse.
    • 7 ist eine Seitenansicht der Schieberhülse aus 5.
    • 8 ist eine perspektivische Ansicht der Schieberhülse aus 5.
  • Beschreibung des Ausführungsbeispiels
  • 1 ist eine schematische Darstellung eines von der Abwärme eines mit 10 bezeichneten Verbrennungsmotors beaufschlagten Dampfkreislaufs 12. Ein solcher Dampfkreislauf kann beispielsweise als Hilfsaggregat in Kraftfahrzeugen oder anderen Fahrzeugen und Maschinen eingesetzt werden. Als Verbrennungsmotor ist jeder Motor geeignet, etwa ein Diesel- oder Ottomotor. In einem Verbrennungsmotor 10 wird Treibstoff unter Erzeugung von Abwärme 16 verbrannt. Dabei wird Arbeit an einer Welle 14 geleistet.
  • Ein Dampferzeuger 18 ist mit der Abwärme 16 des Verbrennungsmotors 10 beaufschlagt. Der Dampferzeuger 18 wird von einem Arbeitsmittel, beispielsweise Wasser, Ethanol oder Cyclopentan durchflossen. In dem Dampferzeuger 18 wird die Abwärme 16, d.h. die Wärme aus dem Abgas des Verbrennungsmotors 10, auf das Arbeitsmittel übertragen. Das Arbeitsmittel verdampft und wird überhitzt. Das im Dampferzeuger 18 abgekühlte Abgas wird nach außen abgegeben. Dies ist durch einen Pfeil 20 repräsentiert.
  • Das heiße, energiereiche Arbeitsmittel fließt in Richtung des Pfeils 22 zu einem Axialkolbenexpander 24, der nachstehend anhand der 2 bis 4 näher erläutert ist.
  • In dem Axialkolbenexpander 24 wird das Arbeitsmittel unter Arbeitsleistung an der Welle 14 expandiert. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel erfolgt die Arbeitsleistung an der gleichen Welle 14, die auch vom Verbrennungsmotor 10 angetrieben wird. Es versteht sich aber, dass der Axialkolbenexpander 24 auch unabhängig einen Klimakompressor, einen Generator oder dergleichen antreiben kann.
  • Das expandierte Arbeitsmittel fließt in Richtung des Pfeils 26 zu einem Kondensator 28 und kondensiert. Das kondensierte Arbeitsmittel fließt in Richtung des Pfeils 30 zu einem Arbeitsmittel-Reservoir und steht dort wieder für den Dampfkreislauf 12 zur Verfügung. Eine Pumpe 40 pumpt das Arbeitsmittel vom Reservoir 32 zum Dampferzeuger 18. Dies ist durch Pfeile 34, 38 und 42 repräsentiert. Vor der Pumpe 40 ist eine Vorförderpumpe 36 angeordnet, deren Funktion nachstehend näher erläutert wird.
  • Die Pumpe 40 ist im Gehäuse 44 des Axialkolbenexpanders 24 angeordnet. Dies ist in den 2 bis 4 gut zu erkennen. Der Axialkolbenexpander 24 treibt eine Welle 46 an, welche über ein Getriebe mit der Welle 14 verbunden ist. Das heiße, energiereiche Arbeitsmittel gelangt vom Dampferzeuger in eine Einlasskammer 48 (s.2). Ein Drehschieber 50 steuert die Zufuhr von Arbeitsmittel in Expansionszylinder, von denen zwei in der Darstellung in 2 bis 4, zu erkennen sind und die mit 56 und 58 bezeichnet sind. Die Zufuhr erfolgt über Einlässe 52.
  • In jedem der Expansionszylinder 56 und 58 ist ein Kolben 60 und 62 verschieblich geführt. Wenn das Arbeitsmittel durch den Einlass 52 in den Expansionszylinder, beispielsweise den Expansionszylinder 56 eintritt, wird dieser von der gezeigten Position nach oben in 2 gedrückt. Die Bewegungsenergie wird in üblicher Weise mittels einer Taumelscheibe 64 auf die Welle 46 übertragen. Die Taumelscheibe ist über Gleitsteine 65 mit den Kolben 60 und 62 verbunden. Das expandierte Arbeitsmittel tritt durch einen Auslass 66 wieder aus und wird, wie bereits anhand von 1 erläutert, weiter durch den Kreislauf geleitet. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist der Auslass 66 seitlich im Gehäuse 44 angeordnet und wird, wie in 2 dargestellt, am Totpunkt des Kolbens 60 freigegeben. Das Arbeitsmittel tritt als Abdampf durch den Auslass 66 in einen Bereich 82, wo es zur weiteren Verwendung in den Kreislauf geleitet wird.
  • Jeder der Kolben 60, 62 weist an dem dem Einlass 52 abgewandten Ende einen Pumpenkolben 68 und 70 auf. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel sind die Pumpenkolben an die Kolben 60 und 62 angeformt. Es ist aber auch möglich, die Kolben 60, 62 mit den Pumpenkolben 68, 72 zu verschweißen, über ein Verbindungselement oder auf andere Weise miteinander zu verbinden.
  • Der Pumpenkolben 70 hat im vorliegenden Ausführungsbeispiel einen größeren Durchmesser als der Pumpenkolben 68. Auch die übrigen, nicht dargestellten Kolben der Axialkolbenmaschine 24 haben unterschiedliche Durchmesser. Der Pumpenkolben 68 ist in einem Pumpenzylinder 72 geführt. Der Pumpenkolben 70 ist in einem Pumpenzylinder 74 geführt. Durch die unterschiedlichen Durchmesser haben die Pumpenkolben 68 und 70 unterschiedliche Hubvolumen. Dies ermöglicht eine flexible Einstellung des Gesamt-Hubvolumens.
  • Die Pumpenzylinder haben eine Mittenachse, die außeraxial zur Mittenachse der Expansionszylinder 56 und 58 liegen. Dadurch werden die Kolben 60 und 62 an beiden Enden sicher geführt. Eine Verdrehung ist nicht möglich. Durch die beiderseitige Führung kann die Kolbenhemdlänge der Kolben 60 und 62 jeweils sehr kurz ausgeführt werden. Dadurch wird eine verringerte Baulänge der Axialkolbenmaschine erreicht. Die Integration der Pumpe 40 führt daher, wenn überhaupt, nur zu einer geringfügigen Vergrößerung der Baulänge der Anordnung im Vergleich zu Axialkolbenmaschinen ohne integrierte Pumpe.
  • Das Arbeitsmittel aus dem Dampfkreislauf 12 tritt in Richtung des Pfeils 38 in die Anordnung ein. Der Kopf 71 weist einen Ringkanal auf (nicht dargestellt), der mit den Einlässen der Pumpenzylinder 72 und 74 verbunden ist. Ein weiterer Ringkanal mit kleinerem Durchmesser (nicht dargestellt) im Kopf 71 ist mit den Auslässen der Pumpenzylinder 72 und 74 verbunden. Durch einen Auslass wird das Arbeitsmittel durch die Kolbenbewegung in Richtung des Pfeils 42 gepumpt. In der Anordnung aus 2 sind sowohl im Einlass, als auch im Auslass der Pumpenzylinder Ventile 76 und 78 vorgesehen. Über die Ventile 76 wird der Arbeitsmittelstrom durch den Ringkanal zum Auslass 42 gesteuert. Über Ventile 78 wird der Arbeitsmittelstrom durch den Ringkanal vom Einlass 38 gesteuert. Die Ventile 76 und 78 ermöglichen das Zu- und Abschalten von Pumpenzylindern 72 und 74 und deren Leistungssteuerung. Der Übersichtlichkeit halber nicht dargestellt, aber im Ausführungsbeispiel vorhanden sind Steuerleitungen, welche in üblicher Weise die Ventile beispielsweise elektrisch oder hydraulisch steuern.
  • Die beschriebene Anordnung arbeitet wie folgt:
  • Das heiße Arbeitsmedium wird in den Expansionszylindern 56 und 58 expandiert. Dabei werden die Kolben 60 und 62 in axialer Richtung bewegt. Die Bewegung wird auf die Pumpenkolben 68 und 70 übertragen. Durch die Bewegung der Pumpenkolben 68 und 70 wird das Arbeitsmedium, dass aus dem Reservoir 32 kommt, zum Dampferzeuger gepumpt. Je nach erforderlicher Pumpleistung können die Ventile 76 und 78 geöffnet oder geschlossen werden. Die unterschiedlichen Hubvolumen der Pumpen ermöglichen bei geeigneter Kombination der zu- und abgeschalteten Pumpen eine variable Einstellung der Pumpleistung.
  • Die Integration der mechanischen Pumpe in den Axialkolbenexpander führt zu einer deutlichen Erhöhung des Wirkungsgrads der gesamten Anordnung gegenüber beispielsweise elektrisch betriebenen Arbeitsmittelpumpen. Elektrisch betriebene Arbeitsmittelpumpen erfordern eine elektrisch-mechanische Wandlung mit Wirkungsgradverlusten, die hier nicht erforderlich ist. Das elektrische Bordnetz eines Fahrzeugs wird weniger belastet. Anders als bei separat angetriebenen mechanischen Pumpen sind keine antreibenden Elemente, wie Riemen oder Zahnräder erforderlich. Es wird weniger Bauraum benötigt.
  • Die Pumpe 40 hat keine bewegten Dichtungen. Austretendes Arbeitsmittel kann im Gehäuse 44 der Expansionsmaschine aufgefangen und mit dem Abdampfstrom durch den Auslass 66 abgeführt werden. Die verkürzte Kolbenhemdlänge der Kolben 60 und 62 bewirkt eine geringere Reibung. Die Durchmesser der Pumpenkolben 68 und 70 sind derart ausgewählt, dass das Gesamt-Hubvolumen das maximal erforderliche Fördervolumen des Arbeitsmittels überschreitet. Mit anderen Worten: die Auslegung ist so, dass immer eine Regelreserve besteht. Die Steuerung des Volumenstroms durch die Pumpe 40 erfolgt durch die Steuerung an Ventilen 76 und 78. Wird ein geringerer Volumenstrom benötigt, so wird beispielsweise eines der Ventile 76 am Auslass früher geöffnet. Dann kann ein Teil des Fördervolumens über den Auslass 42 in den Dampfkreisprozess abgeführt werden.
  • Vor der Pumpe 40 ist eine Niederdruck-Vorförderpumpe 36 im Dampfkreislauf vorgesehen (1). Bei stehendem Axialkolbenexpander und damit stehender Pumpe dient die Vorförderpumpe 36 zum Starten der Anordnung. Insbesondere kann die Öffnung im Drehschieber 50 durch Betätigung der Vorförderpumpe über einen Einlass 52 bewegt werden. Die Vorförderpumpe 36 liefert den zum Starten erforderlichen Massenstrom des Arbeitsmittels. Beim Abstellen des Expanders kann der Arbeitsmittelstrom durch die Vorförderpumpe 36 zum Abkühlen des Expanders genutzt werden. Der Arbeitsmittelstrom durch die Vorförderpumpe 36 liegt, wie in 1 leicht zu erkennen ist, hinter dem Reservoir 32 mit kaltem, kondensiertem Arbeitsmittel. Die Verwendung einer Vorförderpumpe 36 ermöglicht ferner die freie geodätische Positionierung des Reservoirs 32. Bei einem Ausfall der Anordnung, bei der die Axialkolbenmaschine 24 ohne Last läuft, kann die Vorförderpumpe 36 zur Begrenzung der Drehzahl eingesetzt werden. Werden alle Ventile zum Auslass 42 geschlossen, arbeitet die Pumpe gegen einen Widerstand. Der Druck erhöht sich und die Pumpe fragt mehr Leistung ab, so dass die Kolbenbewegung abgebremst wird. Auf diese Weise wird ein einfacher Überdrehzahlschutz verwirklicht.
  • Die Integration der Pumpe 40 in das Gehäuse 44 bewirkt den Wärmeaustausch zwischen dem Gehäuse 44 im Bereich um die Pumpe 40 und dem heißen Abdampf des expandierten Arbeitsmittels. Entsprechend kühlt der durch die Pumpe geleitete Arbeitsmittelstrom die Bauteile und Dichtungen der Axialkolbenmaschine. Die Bauteiltemperaturen in der Axialkolbenmaschine, insbesondere der Wellendichtung, bleiben auf einem niedrigeren, schonenden Niveau. Der Kondensator 28 kann etwas kleiner ausgelegt werden, als dies bei bekannten Anordnungen gleicher Leistung erforderlich ist. Durch den Wärmeaustausch wird Wärme durch Vorwärmen des Arbeitsmittels auf der Hochdruckseite 38 und 42 aus dem Abdampf im Bereich 82 zurückgewonnen. Heißes, expandiertes Arbeitsmittel gibt Wärme an das durch die Pumpe fließende, kalte Arbeitsmittel ab. Dies führt zu einer Erhöhung des Wirkungsgrads der Anordnung. Öl, welches zum Schmieren der Kolben im Arbeitsmittel enthalten ist, kann bei dem Wärmeaustausch, etwa an Rippen 45 außen am Gehäuse 44 abgeschieden werden. Dadurch verbleibt mehr Öl im Expander, was zu einer verbesserten Schmierung führt.
  • Da die Pumpe 40 im Gehäuse 44 arbeitet, braucht sie anders als alleinstehende Pumpen herkömmlicher Anordnungen nicht gesondert abgedichtet werden. Dies betrifft insbesondere die Bereiche 84 und 86, wo keine Abdichtungen gegenüber der Welle 46 erforderlich sind. Die Welle 46 rotiert also mit weniger Reibung, was eine längere Lebensdauer der Welle und einen höheren Wirkungsgrad der Anordnung ermöglicht. Da die Pumpenkolben eine Kraft bilden, die gegen die Kraft der Kolben auf die Taumelscheibe wirkt, ist die Belastung der Taumelscheibe insgesamt geringer.
  • 3 zeigt ein alternatives Ausführungsbeispiel, das bis auf die Pumpensteuerung identisch zum Ausführungsbeispiel ist, das in 2 gezeigt ist. Statt aktiv steuerbaren Ventilen sind hier jedoch Flatterventile 88 im Einlass und 90 im Auslass vorgesehen. Die Flatterventile 88 und 90 werden passiv durch die Bewegung der Kolben 68 und 70 gesteuert. Eine Bewegung des Kolbens 70 nach unten beispielsweise öffnet das Ventil 88 indem die Klappe nach unten in Öffnungsrichtung bewegt wird. Die Klappe des Ventils 90 wird ebenfalls nach unten bewegt und dabei in den Sitz gedrückt. Der Auslass wird entsprechend geschlossen. Zur Steuerung der Pumpenleistung sind im Auslass zwei weitere, aktiv steuerbare Ventile 92 und 94 vorgesehen. Das Ventil 92 regelt den Strom zum Dampfkreisprozess, repräsentiert durch den Pfeil 42. Das Ventil 94 regelt den Strom durch eine Absteuerleitung 31, die auch in 1 zu erkennen ist. Die Absteuerleitung 31 kann zu verschiedenen Stellen des Kreisprozesses führen, etwa in den Einlasskanal, den Kondensator 28 oder das Reservoir 32. Arbeitsmittel, das ohne Pumpleistung abgeführt werden soll, kann so im Kreisprozess eingespeist werden.
  • 4 zeigt ein weiteres, alternatives Ausführungsbeispiel, das bis auf die Pumpensteuerung identisch zum Ausführungsbeispiel ist, das in 2 oder 3 gezeigt ist. Statt aktiv steuerbaren Ventilen ist hier jedoch ein Drehschieber 96 zur Steuerung vorgesehen. Der Drehschieber 96 weist wenigstens eine Einlassöffnung 98 und wenigstens eine Auslassöffnung 100 auf. Der Drehschieber 96 ist mit der Welle 46 verbunden und entsprechend werden Einlass und Auslass im Takt geöffnet und geschlossen. Eine zusätzliche aktive Ventilsteuerung mit Ventilen 92 und 94 am Auslass zur Steuerung der Pumpenleistung ist analog zu der Anordnung in 3 vorgesehen.
  • 5 und 6 zeigen ein weiteres, alternatives Ausführungsbeispiel, das bis auf die Pumpensteuerung identisch zu den Ausführungsbeispielen ist, die in 2 bis 4 gezeigt sind. Hier ist eine Schieberhülse 102 zur Steuerung vorgesehen. Die Pumpenzylinder 72 und 74 haben eine Öffnung nach außen in Form eines geraden Schlitzes 104 in axialer Richtung. Um die Pumpenzylinder 72 und 74 sind zylindrische Schieberhülsen 102 angeordnet. Die Schieberhülsen 102 weisen jeweils einen schräg verlaufenden Schlitz 106 auf. Dies ist in 6 zu erkennen. Die Schlitze 104 und 106 überlagern sich und die resultierende Öffnung mündet in einem Ringkanal 108, der außen am Gehäuse angeformt ist. Der Ringkanal 108 ist mit der Absteuerleitung 31 verbunden. Die Winkellage der Hülse 102 ist von außen einstellbar. Je nach Lage überdeckt der Kolben 68 die resultierende Öffnung oder gibt sie frei. Auf diese Weise kann durch die Winkellage der Hülse die Pumpenleistung eingestellt werden.
  • Mit allen Anordnungen kann die Anordnung davor bewahrt werden, zu überhitzen oder zu überdrehen. Wenn ein Kraftfahrzeug mit einer solchen Anordnung etwa bei einer Bergauffahrt eine hohe Motorleistung bei gleicher Drehzahl erfordert, wird viel Wärme erzeugt. Dann ist ein hoher Volumenstrom durch den Dampfkreisprozess erforderlich, damit die Wärme vollständig vom Dampfkreisprozess abgeführt werden kann. In diesem Fall wird kein Arbeitsmittel durch die Absteuerleitung 31 abgeführt.
  • Wenn hingegen bei gleicher Drehzahl nur eine geringe Motorleistung erforderlich ist, beispielsweise bei Bergabfahrt, dann würde die Pumpe aufgrund der Drehzahl die gleiche Pumpleistung erbringen. Hier ist es sinnvoll, den Volumenstrom teilweise durch die Absteuerleitung 31 abzuführen.

Claims (8)

  1. Axialkolbenmaschine (24) zur Erzeugung mechanischer und/oder elektrischer Arbeit durch Expansion eines Arbeitsmittels von einem erhöhten Druck auf ein niedrigeres Druckniveau unter Arbeitsleistung enthaltend (a) eine Welle (46), (b) ein Gehäuse (44), und (c) eine kranzförmig in dem Gehäuse (44) angeordnete Zylinderanordnung mit Expansionszylindern (56, 58) und darin geführten Kolben (60, 62) zum Antrieb der Welle (46), - wobei wenigstens einer der Kolben (60, 62) als Doppelkolben ausgebildet ist, dessen eines Ende im Expansionszylinder (56, 58) und dessen gegenüberliegendes Ende in einem Pumpenzylinder (72, 74) einer Pumpe (40) geführt ist, - wobei Mittel zur Volumenstromregelung der Pumpe (40) vorgesehen sind, mit denen das Fördervolumen einstellbar ist, - wobei Schieber, Schieberhülsen, Flatterventile, elektromagnetische Ventile oder sonstige Ventile im Zulauf und/oder im Auslassbereich der Pumpe (40) vorgesehen sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Pumpenkolben (68, 70) unterschiedliche Durchmesser haben und mittels der Mittel zur Volumenstromregelung einzeln zu- und abschaltbar sind.
  2. Axialkolbenmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Pumpe (40) im Gehäuse (44) der Zylinderanordnung angeordnet ist.
  3. Axialkolbenmaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Hubvolumen aller in den Pumpenzylindern (72, 74) geführten Kolben (68, 70) größer ist, als das maximal erforderliche Fördervolumen der Pumpe (40).
  4. Axialkolbenmaschine nach einem der vorgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Pumpe (40) eine Vorförderpumpe (36) zum Bewegen der stehenden Kolben (60, 62) aufweist.
  5. Axialkolbenmaschine nach einem der vorgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Längsachsen der Pumpenkolben (68, 70) exzentrisch zur Längsachse der in den Expanderzylindern geführten Kolben (60, 62) angeordnet sind.
  6. Dampfkreisprozess mit einer Axialkolbenmaschine nach einem der vorgehenden Ansprüche, wobei die Pumpe (40) zur Erzeugung eines erhöhten Drucks im Arbeitsmittel in eine Dampfkraftanlage (12) integrierbar ist, die einen Dampferzeuger zur Erzeugung von Arbeitsmitteldampf und einen Kondensator zur Kondensation des Arbeitsmittels aufweist.
  7. Axialkolbenmaschine nach einem der vorgehenden Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass Schieber (96), passive Ventile (88, 90), Schieberhülsen (102) und/oder aktiv steuerbare Ventile (76, 78) im Auslass der Pumpenzylinder angeordnet sind.
  8. Dampfkreisprozess (12) enthaltend einen Dampferzeuger (18), einen Kondensator (28), ein Arbeitsmittelreservoir (32), eine Pumpe (40) zum Fördern des Arbeitsmittels und eine Axialkolbenmaschine (24) nach einem der Ansprüche 1 bis 5 oder 7, wobei wenigstens einer der Kolben (60, 62) der Axialkolbenmaschine als Doppelkolben ausgebildet ist, dessen eines Ende im Expansionszylinder (56, 58) und dessen gegenüberliegendes Ende in einem Pumpenzylinder (72, 74) der im Gehäuse (44) angeordneten Pumpe geführt (40) ist.
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