DE4222644A1

DE4222644A1 - Als Motor oder Pumpe betreibbare Rotationsscheibenmaschine

Info

Publication number: DE4222644A1
Application number: DE19924222644
Authority: DE
Inventors: Wilhelm Hoevecke
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1992-07-10
Filing date: 1992-07-10
Publication date: 1994-01-13
Anticipated expiration: 2012-07-11
Also published as: DE4222644C2

Description

Die Erfindung liegt auf dem Gebiet der Exzenterpumpen, bei denen die Motor- bzw. Pumpenwelle gegenüber dem Mo tor- bzw. Pumpengehäuse bzw. einem innerhalb des Motor- bzw. Pumpengehäuses angeordnetem Gleitring aus einer kon zentrischen Lage in eine exzentrische Lage und umgekehrt verschiebbar ist.

Zum Typ der vorstehend genannten Motoren bzw. Pumpen ge hören unter anderem auch Radialkolbenmaschinen, bei denen die Zylinder in einem in der Regel umlaufenden Zylinder block sternförmig angeordnet sind. Die Kolben stützen sich über je ein Kugelgelenk für die Ausgleichsbewegungen und über Gleitschuhe auf einem radial verschiebbaren Au ßenring ab, welcher je nach seiner Exzentrizität den Kol benhub bestimmt. Die Kontaktfläche der Gleitschuhe mit dem Außenring wird durch ein flaches Stück einer Zylin derwand gebildet. Infolge des großen Radius ist aber die Gleitgeschwindigkeit sehr hoch, und es empfiehlt sich ei ne hydrostatische Schmierung mit Überbalancierung und Speisung durch Kolben- und Kugelgelenke über zentrale Öl kanäle. Manchmal wird der Ölkanal des Kolbens nicht durchgeführt, sondern mit einer Querbohrung in der Nähe des Kolbenbodens verbunden, so daß die Drosselung im anliegenden kurzen Spaltteil zwischen Kolben und Zylinder stattfindet.

Die Flüssigkeit gelangt durch die kurzen Zylinderkanäle im umlaufenden Zylinderblock in den nicht rotierenden Mittelzapfen. Dort sind Schlitze in Umfangsrichtung ein gefräst, welche die Zylinderkanäle jeweils mit den auch im Mittelzapfen befindlichen Ansaug- und Ausstoßkanälen verbinden, so daß also eine zwangsläufige Steuerung vor liegt.

Die Nachteile der Radialkolbenmaschine sind

a) kleine Querschnitte der Kanäle im Mittelzapfen,
b) schwierige Gestaltung der Steuerflächen und
c) hohe Gleitgeschwindigkeiten der Gleitschuhe am Aus senring.

In einer Variante einer vorstehend beschriebenen Pumpe ist der Außenring in geeigneten Lagern aufgehängt und mitlaufend, so daß die Gleitschuhe nur die Ausgleichsbe wegungen aufzunehmen brauchen.

Eine andere Variante einer solchen Pumpe verwendet einen nicht rotierenden Zylinderblock mit Steuerung durch Ke gelventile, wobei der Kolbenhub mittels zweier, verdreh bar ineinandergeschalteten Exzenter eingestellt werden kann.

Eine Abart bilden die sogenannten Langsamläufer, die als Motoren mit sehr hohen Drehmomenten viel verwendet wer den. Bei den kleinen Drehzahlen fallen die oben unter a) bis c) genannten Nachteile fast vollständig weg.

Eine weitere Art von umlaufenden Maschinen stellen die Axialkolbenmaschinen dar, bei denen die Kolben in einem trommelförmigen, meistens rotierenden Zylinderblock pa rallel zur Achse und über den Umfang gleichmäßig verteilt angebracht sind, wobei sich die Kolben auf eine schräg zur Drehachse des Zylinderblockes liegende Scheibe ab stützen. Die überwiegend verwendeten Typen von Axialkol benmaschinen sind

d) Axialkolbenmaschinen mit Schiefscheibe und
e) Axialkolbenmaschinen mit Schwenkkopf.

Die Radialkolbenpumpe ist eine innenbeaufschlagte, schie bergesteuerte Pumpe mit radial im Zylinderstern angeord neten Kolben, die sich über hydrostatisch entlastete Gleitschuhe im exzentrischen Hubring abstützen. Volumen verstellung und Förderrichtungsumkehr erfolgen durch Ver änderung der Exzentrizität des Hubringes mit Hilfe von Stellkolben (Das Fachwissen des Ingenieurs, Jean Thoma, Ölhydraulik, Carl Hanser Verlag München).

Bei den vorstehend beschriebenen Radialkolbenpumpen bewe gen sich die in der Maschine radial angeordneten Kolben in radialer Richtung, um dadurch das Fördermedium zu för dern und zu pumpen bzw. um in einem Motor durch das strö mende unter Druck stehende Fördermedium in radialer Rich tung hin und her bewegt zu werden.

Ähnliches gilt auch für Axialkolbenmaschinen, bei denen zum Zwecke des Pumpens des Fördermediums die Kolben hin und her bewegt werden, um dadurch ein Pumpwirkung zu er zeugen, wodurch Beschleunigungen und Verzögerungen der pumpenden Kolben eintreten, die als innere Verluste der bekannten Radialkolbenmaschinen sowie der bekannten Axialkolbenmaschinen zu werten sind.

Bei den bekannten Radialkolbenpumpen und den bekannten Axialkolbenpumpen werden die Kolben ausschließlich in axialer Richtung belastet.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine umlaufende Rotationsscheibenmaschine zu schaffen, die mit einer ver gleichsweise geringen Anzahl von Bauteilen auskommt und daher entsprechend störunanfällig sowie wenig aufwendig bezüglich der Konstruktion und der Herstellung ist und bei der keine merklichen Verzögerungen bzw. Beschleuni gungen der einzelnen Bauteile eintreten, so daß die Ver luste dieser Maschine vergleichsweise gering sind und folglich der Wirkungsgrad der Maschine entsprechend hoch ist.

Diese Aufgabe wird gelöst durch eine als Motor oder Pumpe betreibbare Rotationsscheibenmaschine,

a) mit einem Gehäuse, in dem eine Welle als Antriebs welle bzw. Abtriebswelle für die Verwendung als Motor bzw. als Pumpe gelagert ist,
b) mit einem zur Welle exzentrisch angeordneten Zylinder raum, der von beidseitig mit Abstand zueinander in Längsrichtung der Maschine gesehen angeordneten und gegenüberliegenden Seitenwänden sowie von einem exzen trisch zur Welle angeordneten Kreisring gebildet ist,
c) mit in der Rotationsscheibe radial angeordneten Boh rungen, in denen Stößel mit je einem Gleitschuh am freien Ende der Stößel und mit einem Längenausgleichs stück im Zentrum vorgesehen sind und
d) mit Anschlüssen für die Maschine und Kanälen inner halb des Kreisringes der Maschine für die Zufuhr und Abfuhr des Arbeitsmediums,
e) wobei der Kreisring gegenüber der Welle in seiner ex zentrischen Lage fest oder verschiebbar ist und
f) wobei in der Rotationsscheibenmaschine ein hydrauli sches oder ein pneumatisches Arbeitsmedium einsetzbar ist.

Auf diese Weise gelangt man zu einer Rotationsmaschine, deren Stößel nicht als Kolben wirken und in axialer Rich tung keine Arbeitskräfte aufnehmen müssen. Die Stößel mit den Gleitschuhen unterteilen den Zylinderraum in einen Zufuhr- und einen Abfuhrraum, in denen unterschiedliche Drücke herrschen. Die Rotationsscheibe wird durch ihre exzentrische Lagerung zum Zylinderraum in Drehung ver setzt. Die Gleitschuhe werden an der Innenwand des Zylin derraumes geführt und machen je Umdrehung der Rotations scheibe in ihr eine axiale Bewegung mit einem Hub, der der doppelten Exzenterverstellung entspricht. Diese Axialbewegung pro Zeit ist im Verhältnis zur Axialbewe gung eines Hubkolbenmotors sehr klein. Es ergaben sich daraus im Verhältnis zum Hubkolbenmotor sehr kleine Be schleunigungs- bzw. Verzögerungskräfte. Zudem wirken an den Stößeln mit Gleitschuhen Fliehkräfte, die den Be schleunigungs- bzw. Verzögerungskräften entgegengesetzt wirken, so daß diese Maschine vergleichsweise geringe in nere Verluste aufweist. Damit verbunden ist ein günstiger Wirkungsgrad der Maschine. Hinzu kommt, daß die Maschine aus vergleichsweise wenig Bauteilen besteht und daher entsprechend störunanfällig und wenig aufwendig bezüglich der Konstruktion und der Herstellung ist.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, daß in der Rotationsscheibe vier radiale Bohrungen in einer gemeinsamen Ebene innerhalb der Rotationsscheibe jeweils in einem Winkel von 90° aufeinander stehend vor gesehen sind, in denen je ein Stößel mit je einem Gleit schuh radial beweglich angeordnet ist und wobei zentral im Bereich der inneren Enden der Stößel ein Längenaus gleichsstück vorgesehen ist.

Außerdem empfiehlt es sich, daß zwischen dem Einlaßkanal und dem Kreisring ein Zuströmbereich und zwischen dem Auslaßkanal und dem Kreisring ein Abströmbereich vorgese hen sind.

Es können auch mehrere Kreisringe auf der gleichen Achse mit Abstand zueinander nebeneinander angeordnet sein.

Der Motor bzw. die Pumpe können mit einem konstanten Schluckvolumen oder mit einem variablen Schluckvolumen ausgestattet sein. Für die Ausführung mit einem konstan ten Schluckvolumen ist eine fest eingebaute Exzentrizi tät zwischen Welle und Zylindergehäuse vorgesehen.

Für die Ausführung mit variablem Schluckvolumen sind vor teilhafterweise auf dem Gehäuse zwei diametral in Rich tung der Exzenterverschiebung gegenüberliegende Verstell kolben in zugeordneten Verstellzylindern vorgesehen, die von außen mit Druckmedium über ein Mengenverteilventil beaufschlagbar sind.

Das Gehäuse kann mit dem Kreisring gegenüber der Welle eine konstante Exzentrizität einnehmen. - Das führt zu Vorteilen bei Verwendung von Gas als Arbeitsmedium.

An den Stößeln kann je ein Gleitschuhhalter vorgesehen sein, der eine zylindrische Lagerfläche für den zugeord neten Gleitschuh hat, in der der Gleitschuh mit passender zylinderförmiger umgekehrt orientierter Gleitfläche gleitbeweglich und gleichzeitig schwenkbeweglich gelagert ist.

Zweckmäßig weisen die Gleitschuhe eine dem Kreisring zu gewandte Gleitfläche auf, deren Durchmesser dem Durchmes ser des Kreisringes entspricht.

In zweckmäßiger Ausgestaltung der Erfindung kann des wei teren vorgesehen sein, daß das Längenausgleichsstück in der Mitte innerhalb des durch die Exzentrizität definier ten Bereiches angeordnet ist und entsprechend der durch die Exzentrizität definierten radialen Bewegungen der einzelnen Stößel diese Bewegungen entsprechend mitmacht.

Außerdem empfiehlt es sich, daß die nach innen orientier ten Enden der Stößel eine zylindrische Fläche mit jeweils gleichem Radius aufweisen, und daß das Längenausgleichs stück vier den Enden der Stößel zugeordnete zylindrische Außenflächen mit jeweils gleichen zylindrischen Außenflä chen mit dem Radius R aufweisen.

Zweckmäßig kann die Rotationsscheibenmaschine so ausge bildet sein, daß der Einlaufbereich und der Auslaufbe reich des Rotationszylinders einander diametral gegen überliegen und sich über einen Bereich von jeweils ge ringfügig mehr als einen Winkel von etwa 90° erstrecken und daß zwischen dem Einlaufbereich und dem Auslaufbe reich jeweils zwei diametral gegenüberliegende Dichtflä chen vorgesehen sind, die sich über einen Bereich von ge ringfügig weniger als einen Winkel von etwa 90° er strecken.

Beim Rotieren der Rotationsscheibe kann eine Überlappung zwischen dem aus der Dichtfläche auslaufenden Gleitschuh und der Dichtfläche sowie zwischen dem nachfolgenden in die Dichtfläche einlaufenden Gleitschuh und der Dichtflä che gegeben sein.

Zweckmäßig sind zwischen benachbarten Radialbohrungen Ausgleichsbohrungen vorgesehen.

Des weiteren empfiehlt es sich, daß in einer Bohrung ein kreisrunder Stößel vorgesehen ist, der mit einem vier eckigen Gleitschuhhalter verbunden ist, in dem ein Gleit schuh schwenkbeweglich und gleichzeitig gleitbeweglich gelagert ist.

In Weiterbildung der Erfindung kann die Rotationsschei benmaschine so ausgebildet sein, daß in der Rotations scheibe mehr als vier Stößel mit zugehörigen Gleitschu hen, beispielsweise acht Stößel mit zugehörigen Gleit schuhen vorgesehen sind, wobei die radialen Bohrungen in der Rotationsscheibe gleiche Winkelabstände zueinander haben.

Der Erfindung liegt die weitere Aufgabe zugrunde, eine Wärmekraftanlage bzw. eine Niedrigtemperatur-Wärmekraft anlage mit Hilfe von zwei vorstehend beschriebenen Rota tionsscheibenmaschinen als Motor und als Pumpe und mit weiteren erforderlichen Anlageteilen, mit der es möglich ist, Abfallwärme bzw. nicht oder nur unzureichend ver wendbare Sonnenenergie zu nutzen, so daß bisher ungenutzt in die Umgebung wegen zu niedriger Temperatur abgegebene Energie und derzeit noch nicht sinnvoll genug einsetzbare regenerierbare Naturenergien in brauchbare, d. h. verwert bare Energie umzuwandeln.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Wär mekraftanlage mit einem Motor, einer Pumpe, einem elek trischen Generator, Wärmetauschern und einem Flüssiggas behälter,

g) wobei zwei Rotationsscheibenmaschinen der in den vor hergehenden Ansprüchen beschriebenen Art vorgesehen sind, deren eine als Motor und deren andere als Pumpe ausgebildet und geschaltet ist,
h) wobei der Motor und die Pumpe und der Generator über Kupplungen auf einer gemeinsamen Welle drehfest mitei nander verbunden sind,
i) wobei zwischen dem Ausgang des Motors und dem Eingang der Pumpe ein erster Wärmetauscher und ein zweiter Wärmetauscher geschaltet sind,
j) wobei zwischen dem Ausgang der Pumpe und dem Eingang des Motors der zweite Wärmetauscher und ein dritter Wärmetauscher geschaltet sind,
k) wobei der dritte Wärmetauscher mit einem Warmwasser kreislauf und der erste Wärmetauscher mit einem Kalt wasserkreislauf verbunden ist,
l) wobei der erste Wärmetauscher mit einem Flüssiggasbe hälter, insbesondere einem Behälter mit flüssigem Koh lendioxid (CO₂) verbunden ist und
m) wobei Regeleinrichtungen vorgesehen sind, die eine konstante Drehzahl der gemeinsamen Welle zwischen Mo tor, Pumpe und Generator gewährleisten.

Auf diese Weise gelangt man zu einer Wärmekraftanlage, mit der es möglich ist, Abfallwärme bzw. nicht oder nur unzureichend verwendbare Sonnenenergie zu nutzen. Hierdurch ergibt sich die Möglichkeit, bisher ungenutzte in die Um gebung wegen zu niedriger Temperatur abgegebene Energie und derzeit noch nicht sinnvoll genug einsetzbare regenerier bare Naturenergien in brauchbare, d. h. verwertbare Ener gie umzuwandeln.

Zweckmäßig kann Kohlendioxid (CO₂) als Arbeitsmedium vor gesehen sein, wobei das Arbeitsmedium oberhalb der kri tischen Temperatur von etwa 31°C und des kritischen Druc kes von etwa 76 bar gasförmig und unterhalb der kriti schen Temperatur und des dazu erforderlichen Druckes flüs sig vorliegt.

Da die kritische Temperatur 31°C und der kritische Druck 76 bar ist, bedeutet dies, daß oberhalb der kritischen Temperatur von 31°C die Verflüssigung von CO₂ allein mit Druck nicht möglich ist. Der Druck, der aufzuwenden ist, um das CO₂ bei der kritischen Temperatur von 31°C zu verflüssigen, ist der kritische Druck von 76 bar.

Nur bei Unterschreiten der kritischen Temperatur von 31°C läßt sich CO₂ durch Druck verflüssigen. Das Arbeitsmedium CO₂ wird periodisch in den Zustand flüssig - gasförmig - flüssig usw. überführt und verrichtet dabei Arbeit.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung kann die Wärme kraftanlage so ausgebildet sein, daß ein Drehzahlmesser, ein Speicher für das flüssige Kohlendioxid, Wegeventile, wenigstens ein Rückschlagventil, wenigstens ein Druck begrenzungsventil und ein Servoventil für die Exzenter verstellung an der Pumpe vorgesehen sind.

Der Wärmetauscher besteht zweckmäßig aus einem ersten Wärmetauscher, einem zweiten Wärmetauscher und einem dritten Wärmetauscher, wobei der erste Wärmetauscher mit dem Flüssig-Kohlendioxid-Behälter und einem Kaltwasser kreislauf verbunden ist.

Der dritte Wärmetauscher kann mit einem Warmwasserkreis lauf verbunden sein.

In zweckmäßiger Weitergestaltung der Erfindung kann die Wärmekraftanlage so ausgebildet sein, daß zwischen dem Ausgang der Pumpe und dem Eingang des Motors der zweite und dritte Wärmetauscher sowie zwischen dem Ausgang des Motors und dem Eingang der Pumpe der zweite und erste Wärmetauscher geschaltet sind.

Zweckmäßigerweise kann zur Einstellung der Exzentrizität der Pumpe ein Servoventil vorgesehen sein.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand mehrerer in der Zeichnung dargestellter Ausführungsbeispiele des weiteren erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine Draufsicht auf die erfindungsgemäß aus gebildete Rotationsscheibenmaschine,

Fig. 2 eine Seitenansicht auf Fig. 1 in Richtung des Pfeiles II,

Fig. 3 eine Stirnansicht auf Fig. 1 in Richtung des Pfeiles III,

Fig. 4 einen Schnitt längs der Linie IV-IV der Fig. 2,

Fig. 5 einen Schnitt längs der Linie V-V der Fig. 4,

Fig. 6 einen Schnitt längs der Linie VI-VI der Fig. 4,

Fig. 7 eine vergrößerte Einzelheit aus Fig. 6,

Fig. 8 ein Schema zur Erklärung der Umlaufgeometrie des Rotationsprinzips,

Fig. 9 eine Darstellung, die die Rotationsscheibe in der größtmöglichen Exzenterverstellung e zeigt,

Fig. 10 eine Darstellung, die die Rotationsscheibe in Exzenterverstellung e=0 zeigt,

Fig. 11 eine der Fig. 6 ähnliche Darstellung, jedoch ohne Exzenterverstellung,

Fig. 12 eine Schaltung der Rotationsscheibenmaschine als Pumpe bzw. als Motor,

Fig. 13 ein Hydraulikgetriebe, bestehend aus einer Pumpe und einem Motor,

Fig. 14 eine Wärmekraftanlage unter Verwendung von einem Motor mit konstantem Schluckvolumen und einer Pumpe mit variablem Schluckvolu men,

Fig. 15 eine Ansicht auf Fig. 14 in Richtung des Pfeiles XV und

Fig. 16 ein Schema der Wärmetauscher, die zu der in Fig. 14 dargestellten Wärmekraftanlage gehö ren.

Die in den Fig. 1 bis 3 dargestellte Rotationsschei benmaschine hat ein Gehäuse 1, in dem eine Antriebswelle 14a, 14b gelagert ist, deren beide Wellenstummel 2, 3 um einen bestimmten Betrag aus dem Gehäuse 1 herausragen. Außerdem sind eine Zufuhrleitung 4 und eine Abfuhrleitung 5 dargestellt, sowie auch Kolbengehäuse 6 und 7, in denen die Kolben für die Einstellung der Exzentrizität e der Maschine untergebracht sind. An dem in den Fig. 1 bis 3 dargestellten, aber im einzelnen nicht weiter bezeich neten Schrauben ist zu erkennen, wie das Pumpengehäuse zusammengeschraubt ist.

Wie sich insbesondere aus Fig. 4 ergibt, hat das Gehäuse 1 einen linken Gehäusehauptteil 8 und einen rechten Ge häusehauptteil 9, die mit gegenseitigem axialen Abstand parallel zu einander angeordnet sind. In einer Vertiefung 10 des linken Gehäusehauptteiles 8 ist eine linke Seiten wand 11 vorgesehen. An der äußeren Seite des linken Gehäusehauptteiles 8 ist ein Abschlußdeckel 12a angeord net. Des weiteren ist in dem linken Gehäusehauptteil 8 ein Kegelrollenlager 13 vorgesehen, in dem der linke Wel lenteil 14a drehbeweglich gelagert ist.

Das rechte Gehäusehauptteil 9 ist spiegelbildlich zum linken Gehäusehauptteil 8 aufgebaut und hat ebenfalls eine Vertiefung 15, in der eine rechte Seitenwand 16 vor gesehen ist. Desgleichen ist an der Außenseite des rech ten Gehäusehauptteiles 9 ein Abschlußdeckel 12b vorge sehen. In dem rechten Gehäusehauptteil 9 ist ebenfalls ein Kegelrollenlager 17 vorgesehen, in dem der Wellenteil 14b drehbeweglich gelagert ist.

Zwischen den beiden Seitenwänden 11 und 16 ist ein Kreis ring 18 vorgesehen, der über Dichtungen 19a und 19b gegen die beiden benachbarten Seitenwände 11 und 16 abgedichtet ist. Die beiden Wellenteile 14a und 14b sind im Gehäuse 1 ortsfest, d. h. unverschieblich gelagert, so daß die Achse 21 der beiden Wellenteile 14a und 14b mit Bezug auf das Gehäuse 1 unverschieblich, mithin ortsfest angeordnet ist.

Die Längsachse 22 des Kreisringes 18 ist um die Exzentri zität e gegenüber der festen Achse 21 unter Bezugnahme auf die Darstellung in Fig. 4 nach unten verschoben. Zu beiden Seiten des Gehäuses 1 sind diametral gegenüberlie gend in Richtung der exzentrischen Verschiebung e bzw. der Exzentrizität e zwischen der festen Achse 21 und der verschieblichen Achse 22 die Kolbengehäuse 6 und 7 vorge sehen, in denen Kolben 23 und 24 über Bohrungen 25a und 25b mit einem Druckmedium beaufschlagbar sind. Hierdurch läßt sich der Kreisring 18 senkrecht zur festen Achse 21 um die Exzentrizität e in die exzentrische Position 22 verschieben.

Die Wellenteile 14a und 14b sind symmetrisch zur Schnitt ebene entlang des Schnittes VI-VI im mittleren Bereich der Fig. 4 ausgebildet. Zwischen den zwei Wellenteilen 14a und 14b ist eine Rotationsscheibe 26 vorgesehen, die drehfest mit den beiden Wellenteilen 14a und 14b verbunden ist.

In neutraler Stellung fallen die feste Achse 21 der bei den Wellenteile 14a und 14b mit der Achse 22 zusammen, so daß in diesem Falle die Exzentrizität e null ist. Bei Verschieben des Kreisringes 18 gegenüber den Wellenteilen 14a und 14b verschiebt sich die verschiebliche Achse 22 der Rotationsscheibe 26 nach unten in die in Fig. 4 dargestellte untere, d. h. exzentrische Position, so daß dadurch der Abstand e zwischen der festen Achse 21 und der verschieblichen Achse 22, mithin die Exzentrizität gebildet wird.

Die Fig. 5 zeigt einen Schnitt durch die Welle 14a vor der Seitenwand 11 und dem Kreisring 18 sowie durch die Kolbengehäuse 6 und 7 längs der Schnittebene V-V der Fig. 4.

An dem Gehäuse 1 sind diametral gegenüberliegend Ver stellgehäuse 6, 7 angeordnet, in denen Zylinder 23, 24 über Bohrungen 25a, 25b mit einem Druckmittel beaufschlagbar sind, wodurch die Exzentrizität e eingestellt werden kann.

Die Fig. 6 zeigt einen Schnitt durch die Rotationsschei be 26 längs der Schnittebene VI-VI der Fig. 4. In dem Zylinderraum 27 in dem Kreisring 18 und zwischen den be nachbarten Seitenwänden 11 und 16 ist die Rotationsschei be 26 vorgesehen.

Die Zufuhrleitung 4 mündet in einen Zufuhrkanal 62, der durch eine weitere Bohrung 63 zu einer Armaturenanordnung 64 führt. Zwischen dem Kanal 62 und dem Zylinderraum 27 ist ein Einströmbereich 65 vorgesehen, durch den das strömende Medium aus dem Kanal 62 in den Zylinderraum 27 gelangt.

Desgleichen mündet die Abströmleitung 5 in einen Abström kanal 66, der durch eine weitere Bohrung 67 zu einer Ar maturenanordnung 68 führt. Zwischen dem Kanal 66 und dem Zylinderraum 27 ist ein Ausströmbereich 69 vorgesehen, durch den das strömende Medium aus dem Zylinderraum 27 der Maschine in den Kanal 66 tritt.

Die Fig. 7 zeigt eine vergrößerte Einzelheit aus Fig. 6.

In der Rotationsscheibe 26 sind in Bohrungen 28, 29, 30, 31 Stößel 32, 33, 34, 35 vorgesehen, an denen Gleitschuhhalter 36, 37, 38, 39 befestigt sind. An den Gleitschuhhaltern 36, 37, 38, 39 sind zylinderförmige Gleitflächen 40, 41, 42, 43 vorgesehen, in denen Gleitschuhe 44, 45, 46, 47 mit passen den zylinderförmigen Lagerflächen 48, 49, 50, 51 gelagert sind. Die Gleitschuhe 44, 45, 46, 47 haben an ihrer gegen überliegenden Seite Gleitflächen 52, 53, 54, 55, die zylin derförmig ausgebildet sind und den gleichen Radius haben wie der Kreisring 18 an seiner Innenfläche 56. Die Stößel 32, 33, 34, 35 liegen mit ihren inneren Enden 57, 58, 59, 60 gegen ein in der Mitte angeordnetes Längenausgleichsstück 61 an.

In dem Gleitschuhhalter 36 ist der Gleitschuh 44 so gela gert, das die zylindrische Aufnahmefläche 48 des Gleit schuhhalters und die mit dieser Fläche korrespondierende Abstützfläche 40 des Gleitschuhes 44 genau miteinander korrespondieren. Für die übrigen Gleitschuhhalter 37, 38, 39 sowie für die übrigen Gleitschuhe 45, 46, 47 gilt das gleiche wie vorstehend zu dem Gleitschuhhalter 36 und dem Gleitschuh 44 beschrieben.

Die Fig. 8 zeigt weitere Einzelheiten und Erklärungen zur Umlaufgeometrie des Rotationsprinzips. Die Rotations scheibe 26 ist in dem Zylinderraum 27 zwischen der Innen fläche 56 des Kreisringes 18 und den bei den Seitenwänden 11 und 16 um das Maß e, also um die Exzentrizität ver schoben dargestellt. Aufgrund dieser Exzentrizität e liegt die Kreisscheibe 26 im oberen Bereich der Fig. 8 gegen den Kreisring 18 dicht an, während im unteren Be reich der Fig. 8 zwischen der Rotationsscheibe 26 und dem Kreisring 18 ein Abstand 73 gebildet ist. Der untere Raum 74 zwischen der Rotationsscheibe 26 und dem Kreis ring 18 ist der Raum, der das Schluckvolumen der Pumpe bzw. des Motors pro Viertel-Umdrehung bildet, wenn die Winkelstellung = 45° ist. Die Räume 75, 76 und 77 haben Verbindungen zu dem Einströmbereich 65 und dem Ausström bereich 69.

In der Rotationsscheibe 26 sind vier senkrecht aufeinan derstehende Bohrungen vorgesehen, in denen vier Stößel längsverschieblich, also in Radialrichtung verschieblich angeordnet sind. Am inneren Ende des Stößels 32 hat dieser zwei gegenüberliegende konische Abflachungen 78 und am inneren Ende eine zylinderförmige Fläche 79a. In der gleichen Weise sind auch die übrigen Stößel 33, 34, 35 ausgebildet und haben je zwei gegenüberliegende konische Abflachungen und an ihren inneren Enden je eine zylinder förmige Fläche, wobei die zylinderförmigen Flächen aller vier Stößel gleich sind und den gleichen Krümmungsradius haben.

Zwischen den inneren Enden der Stößel 32, 33, 34, 35 ist ein Längenausgleichsstück 61 vorgesehen, das näherungsweise viereckig ausgebildet ist und zwischen je zwei benachbar ten Kanten eine Zylinderfläche 79b aufweist, die den gleichen Radius hat, wie die Zylinderflächen 79a der vier Stößel 32, 33, 34, 35. Der Radius der Zylinderflächen 79a der vier Stößel 32, 33, 34, 35 und der Radius der Zylinder flächen 79b des Längenausgleichsstückes 61 entsprechen dem Radius R/2.

Um einen Rundlauf der Rotationsscheibe 26 mit den einge bauten Gleitschuhen 44 bis 47, den Gleitschuhhaltern 36 bis 39 und den Stößeln 32 bis 35 zu erreichen, müssen zwei Bedingungen erfüllt sein. Diese Bedingungen werden an einem Gleitschuh, Gleitschuhhalter, Stößel und einer Zylinderfläche des Längenausgleichsstücks erklärt und gelten für alle anderen auch.

Gemäß der ersten Bedingung muß bei der Drehung der Rota tionsscheibe 26 eine Schwenkbewegung zwischen dem Gleit schuh 44 mit seiner Zylinderfläche 48 und dem Gleitschuh halter 36 mit seiner Zylinderfläche 40 möglich sein.

Gemäß der zweiten Bedingung muß ein Längenausgleich zwi schen dem Gleitschuh 44 und der Zylinderfläche 52 und dem Kreisring 18 mit seiner Innenfläche 56 möglich sein.

Diese beiden Bedingungen werden durch die Exzentrizität e der Achse 21 zur Achse 22 erforderlich. Die Strecken x und e cos sowie y und e sin sind in Abhängigkeit vom Drehwinkel veränderlich.

Der Stößel 32 mit dem Radius R/2 des Kreisbogens 79a und das Längenausgleichsstück 61 mit dem Radius R/2 des Kreisbogens 79b haben eine Linienberührung, die sich bei jeder Änderung des Drehwinkels gleitend verändert. Die se Linienberührung wird an jedem Stößel mit dem Längen ausgleichsstück 61 gebildet.

Aufgrund dieser veränderlichen Linienberührung bleibt die Strecke 2 R/2 = R stets erhalten. Die Strecke R ist für alle Drehwinkel die Hypothenuse der Katheten x und e·cos α sowie der Katheten y und e·sin α.

Mit der Erfüllung der vorher genannten Bedingungen wird erreicht, daß die Gleitschuhe 44 bis 47 im Kreisring 18 an: der Innenfläche 56 bei der Drehung der Rotationsschei be 26 anliegen und gleitend den Einströmbereich vom Ab strömbereich abdichten.

Die Führungsflächen zwischen der Rotationsscheibe 26 und den Gleitschuhhaltern 36 bis 39 und den Stößeln 32 bis 35 sind so bemessen, daß eine genaue Führung der Bauteile erreicht wird und diese vom Arbeitsmedium geschmiert werden und im Innenraum 80 der Rotationsscheibe 26 eine Druckentlastung an den Krümmungsradien 79a und 79b bewir ken, wobei die Leckverluste aber möglichst gering sein sollen.

Außerdem sind zwischen den Führungsräumen der Gleitschuh halter die Ausgleichsbohrungen 81 bis 84 erforderlich.

Nachfolgend wird anhand der Fig. 9 und 10 die Funk tionsweise der vorstehend beschriebenen Rotationsschei benmaschine am Beispiel eines Motors erläutert.

In Fig. 9 ist ein Motor mit der Exzenterverstellung e = max und in Fig. 10 mit der Exzenterverstellung e = 0 dargestellt.

In Richtung des Pfeiles 85 strömt Druckmittel in den Zu strömkanal 62, von diesem aus durch den Verbindungsbe reich 65 in den Zylinderraum 27 der Maschine. In der in Fig. 9 dargestellten Situation dichten die Gleitflächen 52 und 53 der Gleitschuhe 44 und 45 an der Innenfläche 56 des Kreisringes 18 in den Bereichen 86a und 87a ab. In dem Zylinderraum 27 herrscht der Druck des Druckmediums, der gegen die Fläche 90 ansteht und durch die Exzentrizi tät e ein rechtsdrehendes Moment ausübt. Dadurch dreht sich die Rotationsscheibe rechtsherum, wobei sich die Gleitfläche 54 des Gleitschuhes 46 von der Innenfläche 56 des Kreisringes 18 im Bereich 89b entfernt und das im Volumen 91 zwischen den zwei Gleitschuhhaltern mit Gleit schuhen 45 und 46 eingeschlossene Druckmittel in den Übergang 69 strömt und von hieraus in den Auslaßkanal 66, um diesen in Richtung des Pfeiles 92 zu verlassen.

Die Abdichtverhältnisse der Gleitflächen 52 bis 55 der Gleitschuhe 44 bis 47 an der Innenfläche 56 des Kreisrin ges 18 verändern sich bei jeder Exzenterverstellung e. Die Abdichtzonen 86a, 86b und 87a, 87b sind so gestaltet, daß zwischen dem Zuströmkanal 62 und dem Abströmkanal 66 stets eine Abdichtung erfolgt. Um diese Abdichtung bei jeder Exzentereinstellung e zu erreichen, sind die Über lappungszonen 88a, 88b und 89a, 89b erforderlich. Somit wird durch den gemäß der Darstellung in den Fig. 9 und 10 rechts anstehenden Druck die Rotationsscheibe 26 im Uhrzeigersinn gedreht. Das Schluckvolumen und das Drehmo ment sind von der Exzenterverstellung e abhängig.

Eine Pumpe funktioniert ebenso wie der vorstehend be schriebene Motor, wobei lediglich bei der Pumpe alle Vor gänge umgekehrt ablaufen.

In Fig. 11 ist ein Motor bzw. eine Pumpe dargestellt, der bzw. die keine Exzenterverstellung e hat. Das bedeu tet, daß der Motor bzw. die Pumpe ein konstantes Schluck volumen hat. Bei dieser Ausführung wird der Kreisring 18 mit dem Gehäuse 1, bestehend aus dem linken Gehäusehaupt teil 8 und dem rechten Gehäusehauptteil 9 mit der Exzen trizität e fest verschraubt.

Dadurch entfallen alle Bauteile, die zur Exzenterverstel lung erforderlich sind, nämlich die Kolbengehäuse 6 und 7 sowie die dazu gehörenden Kolben 23 und 24.

In Fig. 12 ist die Rotationsscheibenmaschine als Pumpe bzw. als Motor dargestellt. Die Rotationsscheibenmaschine ist mit einer Leitung 95 und mit einer Leitung 96 für das zu pumpende Medium verbunden.

Im Falle des Betriebes der Rotationsscheibenmaschine als Pumpe stellt die Leitung 95 die drucklose Tankleitung dar, während es sich bei der Leitung 96 um die abgehende Druckleitung handelt.

Zum Betrieb der Rotationsscheibenmaschine 1 als Motor han delt es sich bei der Leitung 95 um die Druckleitung und bei der Leitung 96 um die vom Motor abführende drucklose Tankleitung.

Zur Steuerung der Rotationsscheibenmaschine sind ein Ser voventil 97, ein Speicher 98 und eine Rückschlagventilan ordnung 99 vorgesehen.

Das Servoventil 97 hat drei Schaltstellungen. Im darge stellten Ausführungsbeispiel steht das Servoventil 97 auf der mittleren Schaltstellung, in der der Speicher 98 über die Leitungen 100 und 101 mit dem Druckanschluß 102 des Servoventils 97 verbunden ist. Von dem Servoventil 97 zweigen eine Leitung 103 zu dem linken Plunger 104 und eine Leitung 105 zu dem rechten Plunger 106 ab.

Die Ventilanordnung 99 besteht aus den Rückschlagventilen 107, 108, 109 und 110, wobei die Rückschlagventile 107 und 108 nach der einen Richtung und die Rückschlagventile 109 und 110 nach der entgegengesetzten Richtung orientiert sind. Die Rückschlagventile liegen in einer Leitung 111, die über Leitungen 112 und 100 mit dem Speicher 98 ver bunden ist und die zu dem Tankanschluß 113 des Servoven tils 97 geführt ist. Von der Leitung 111 zweigt zwischen den zwei Rückschlagventilen 107 und 108 eine Leitung 114 zur Rotationsscheibenmaschine 1 und zwischen den Rück schlagventilen 109 und 110 eine Leitung 115 zur Rota tionsscheibenmaschine 1 ab.

Die Rotationsscheibenmaschine 1 hat ein stufenlos regel bares Schluckvolumen.

Sie hat eine Rotationskolbenwelle, die in dem Gehäuse 1 gelagert ist. Im Gehäuse 1 ist eine Zylinderscheibe 26 vorgesehen, die mit zwei Plungern 104 und 106 exzentrisch zur Rotationskolbenwelle verschiebbar ist. Die Zylinder scheibe wird nach Programm geregelt. Das Programm ver gleicht ständig das Ist-Schluckvolumen mit dem Soll- Schluckvolumen und errechnet daraus die erforderliche Ex zentrizität bzw. die erforderliche Exzenterverstellung der Rotationskolbenwelle gegenüber der zugeordneten Kreisscheibe. Die Exzenterverstellung wird mit dem Öl druck und dem Ölvolumen aus dem Speicher 98 und dem Ser voventil 97 hydraulisch betätigt. Der Druck im Speicher 98 wird von der Pumpe 1 erzeugt. Bei sinkendem Pumpen druck verhindert die Rückschlagventilanordnung 99 einen Druckabfall im Speicher 98.

In der Leitung 114 ist der Druckmeßanschluß 116 und in der Leitung 115 der Druckmeßanschluß 117 angeordnet. Bei Betrieb der Maschine als Pumpe ist der Druckmeßanschluß 116 in der Druckleitung und der Druckmeßanschluß 117 in der Tankleitung angeordnet, während bei Betrieb als Motor der Druckmeßanschluß 117 in der Druckleitung und der Druckmeßanschluß 116 in der Tankleitung liegt.

Das in Fig. 1 3 dargestellte Hydraulikgetriebe besteht aus einer Pumpe 118, einem Motor 119, zwei Servoventilen 120, 121, einem Speicher 122a, einem Rückschlagventil 123, einem Tank mit Ölstandsanzeige 122b und einer Vielzahl von Leitungen.

Von dem Speicher 122a führt eine Leitung 124 zu den Druckanschlüssen 125 bzw. 126 der Servoventile 120 bzw. 121. Eine Leitung 127 zweigt von der Leitung 124 ab und ist über ein Rückschlagventil 123 und einen Druckmeßan schluß 128b mit dem Druckanschluß 128a der Pumpe 118 ver bunden. Auf der anderen Seite der Pumpe 118 führt vom Druckanschluß 128c eine Druckleitung 129 zur Druckseite bzw. zum Druckanschluß 130a des Motors 119. Auf der ande ren Seite des Motors 119 führt vom Druckanschluß 130b eine Leitung 130c zum Druckmeßanschluß 130d. Auf dersel ben Seite des Motors 119 führt vom drucklosen Tankan schluß 131a eine Leitung 131b zum Druckmeßanschluß 131c und zum Tank mit Ölstandsanzeige 122b. Auf der anderen Seite des Motors 119 führt vom Tankanschluß 131d eine Saugleitung 132 zur Saugseite bzw. zum Tankanschluß 133a der Pumpe 118. Von der anderen Seite der Pumpe 118 führt vom Tankanschluß 133b eine Leitung 134 mit dem Druckmeß anschluß 133c zu den Tankanschlüssen 135 bzw. 136 der Servoventile 120 bzw. 121.

Vom Servoventil 120 führt eine Leitung 137 zum Plunger 138 der Pumpe 118 und eine Leitung 139 zum Plunger 140 der Pumpe 118. Desgleichen führt vom Servoventil 121 eine Leitung 141 zum Plunger 142 den Motors 119 und eine Lei tung 143 zum Plunger 144 des Motors 119. Die Pfeile 145 und 146 geben die Strömungsrichtung des Arbeitsmediums an.

Das Hydraulikgetriebe hat drei verschiedene Leerlaufstel lungen, nämlich eine Leerlaufstellung für die Pumpe 118, eine weitere Leerlaufstellung für den Motor 119 und eine andere Leerlaufstellung für das Hydraulikgetriebe.

Bei der Leerlaufstellung für die Pumpe 118 ist die Exzen terverstellung der Pumpe Null, während die Exzenterver stellung des Motors größer als Null oder gleich Null ist.

Das bedeutet Leerlauf für den Antrieb und Stillstand für den Abtrieb.

Für die Leerlaufstellung des Motors ist die Exzenter verstellung des Motors Null und die Exzenterverstellung der Pumpe größer als Null oder gleich Null. Das bedeutet Stillstand für den Antrieb und Leerlauf für den Abtrieb.

Bei der Leerlaufstellung für das Hydraulikgetriebe, also für Pumpe und Motor gemeinsam, ist die Exzenterver stellung für die Pumpe Null und die Exzenterverstellung für den Motor Null. Das bedeutet Leerlauf für Antrieb und Abtrieb.

Das in Fig. 13 dargestellte Hydraulikgetriebe hat ein stufenlos regelbares Übersetzungsverhältnis. Bei variab ler Antriebsdrehzahl kann eine konstante Abtriebsdrehzahl erreicht werden. Entsprechend kann umgekehrt bei konstan ter Abtriebsdrehzahl eine variable Antriebsdrehzahl er reicht werden.

Das stufenlose Übersetzungsverhältnis wird nach Programm geregelt. Das Programm vergleicht ständig die Ist-Dreh zahl mit der Soll-Drehzahl zwischen Antrieb und Abtrieb und errechnet daraus die erforderliche Exzenterverstel lung für die Pumpe und ebenfalls die erforderliche Exzen terverstellung für den Motor.

Das Übersetzungsverhältnis des Hydraulikgetriebes wird vom Schluckvolumen der Pumpe und des Motors bestimmt. Bei einem Übersetzungsverhältnis von kleiner als Eins (i<1) ist die Exzenterverstellung der Pumpe kleiner als die Exzen terverstellung des Motors, während bei einem Überset zungsverhältnis größer als Eins (i<1) die Exzenterverstel lung der Pumpe größer als die Exzenterverstellung des Motors ist. Bei einem Übersetzungsverhältnis von Eins (i=1) sind die Exzenterverstellungen der Pumpe und des Motors gleich. Das Hydraulikgetriebe hat ein zur Drehzahl rezi prok proportionales Drehmoment.

Die Exzenterverstellung der Pumpe und die Exzenterver stellung des Motors werden mit dem Öldruck und dem Ölvo lumen aus dem Speicher 122a und den Servoventilen 120a und 121 hydraulisch betätigt. Der Druck im Speicher 122a wird von der Pumpe 118 erzeugt. Bei sinkendem Pumpendruck verhindert das Rückschlagventil 123 einen Druckabfall im Speicher 122a.

Der Tank mit Ölstandsanzeige gleicht die eventuellen Leckverluste aus, damit keine Luft in die Ölleitungen ge langt.

Die in den Fig. 14, 15 und 16 dargestellte Wärmekraft anlage besteht aus einem Motor 150, einer Pumpe 151, ei nem elektrischen Generator 152 und drei Wärmetauschern 153, 154 und 155, sowie den erforderlichen Kupplungen, Speichern, Ventilen und Leitungen sowie einem Drehzahl messer.

Während der Motor 150 ein konstantes Schluckvolumen hat und somit keine Exzenterstellung aufweist, hat die Pumpe 151 ein variables Schluckvolumen und weist somit eine Exzenterverstellung e auf.

Der Motor 150 ist über eine Kupplung 156 mit einer Pumpe 151 und über eine Kupplung 157 mit dem elektrischen Ge nerator 152 verbunden. Auf der gemeinsamen Welle 158 ist ein Drehzahlmesser 159 angeordnet. Dabei bilden der Motor 150, die Pumpe 151 und die Wärmeaustauscher 153, 154 und 155 einen Kreisprozeß, in dem das Arbeitsmedium Kohlen dioxid-Gas (CO₂) ist.

Der erste Wärmeaustauscher 153 ist über eine Leitung 160 mit dem zweiten Wärmetauscher 154 verbunden, während der zweite Wärmeaustauscher 154 über eine Leitung 161 mit dem dritten Wärmetauscher 155 verbunden ist. Außerdem steht der erste Wärmetauscher 153 über eine Leitung 162 mit ei nem Flüssiggasbehälter 163 sowie über die Leitungen 164 und 165 mit einem Kaltwasserkreislauf 166 in Verbindung. Der dritte Wärmetauscher 155 ist über Leitungen 167 und 168 mit einem Warmwasserkreislauf 169 verbunden.

Vom Ausgang 170 der Pumpe 151 führt eine Leitung 171 zu dem Eingang 172 des zweiten Wärmetauschers 154, während der Ausgang 173 des Motors 150 über eine Leitung 174 mit dem Eingang 175 des zweiten Wärmetauschers 154 verbunden ist. Der Eingang 176 der Pumpe 151 steht über eine Lei tung 177 mit dem Flüssiggasbehälter 163 in Verbindung. Der Eingang 178 des Motors 150 ist über eine Leitung 179 mit dem Ausgang 180 des dritten Wärmetauschers 155 ver bunden.

Von der Druckseite 170 der Pumpe 151, bzw. von der Lei tung 171 zweigt eine Druckleitung 181 ab, die über ein Rückschlagventil 182 zu einem Wegeventil 183 geführt und von diesem über eine Leitung 184 über einen Speicher 185 und eine weitere Leitung 186 zu einem weiteren Wegeventil 187 geführt ist und von diesem aus über eine Druckleitung 188 mit dem Druckeinlaß 189 verbunden ist.

Ähnlich ist die Seite 176 der Pumpe 151 über eine Leitung 192 mit dem Wegeventil 183 und über eine Leitung 193 mit dem Speicher 194 sowie mit der Leitung 195 und dem Wege ventil 187 und über eine Leitung 196 mit dem Tankanschluß 197 des Servoventils 191 verbunden. Zwischen den Leitun gen 181 und 192 ist das Druckbegrenzungsventil 202 ge schaltet.

Das Servoventil 191 ist über eine Leitung 198 mit dem einen Plunger 199 und über eine Leitung 200 mit dem ande ren Plunger 201 verbunden. Zum Betrieb der vorstehend im einzelnen beschriebenen Niedrigtemperatur-Wärmekraftan lage gehören ein Motorkreislauf 203 und ein Pumpenkreis lauf 204. Der Motorkreislauf 203 beginnt am Ausgang 170 der Pumpe 151 und endet am Eingang 178 des Motors, wäh rend der Pumpenkreislauf 204 am Ausgang 173 des Motors 150 beginnt und am Eingang 176 der Pumpe 151 endet.

Im zweiten Wärmetauscher 154 wird vom Pumpenkreislauf 204 an den Motorkreislauf 203, im ersten Wärmetauscher 153 vom Pumpenkreislauf 204 an den Kaltwasserkreislauf 166 und im dritten Wärmetauscher 155 vom Warmwasserkreislauf 169 an den Motorkreislauf 203 Wärme übertragen.

Der Motorkreislauf 203 hat die Zustände p₁ und T₃ + ΔTv< T₄<T₅ = T₁, während der Pumpenkreislauf 204 die Zustände p₂ und T₁-ΔT_E<T₂<T₃ hat.

Beim Betrieb der in den Fig. 14, 15 und 16 dargestell ten Niedrigtemperatur-Wärmekraftmaschine strömt flüssiges Kohlendioxid-Gas von der Pumpe 151 über die Leitung 171 mit einem Druck p₁ und einer Temperatur T₃+ ΔT_V in den zweiten Wärmetauscher 154 und wird hier erwärmt und schließlich verdampft bzw. vergast. Hierbei bedeuten T₃ die kritische Temperatur von etwa 31°C von Kohlendioxid und ΔT_V die Temperaturdifferenz bei der Druckerhöhung des flüssigen Kohlendioxid-Gases in der Pumpe 151. Das Kohlendioxid vergrößert durch das Verdampfen sein Volumen entsprechend, strömt in den Motor 150 und entspannt sich auf den Druck p₂. Hierbei wird die Arbeit
E_M = Q_M·Δp·t,
verrichtet, wobei
E_M die Arbeit,
Q_M das Fördervolumen des Motors 150 pro Zeit und
Δp = p₁-p₂ die Druckdifferenz im Motor und in der Pumpe sowie,
t = Zeit darstellen.

Vom Motor 150 aus strömt das dampf- bzw. gasförmige Kohlendioxid-Gas mit dem Druck p₂ und der Temperatur T₁- ΔT_E in den zweiten Wärmetauscher 154. Hierbei bedeutet T₁ < T₃ und ΔT_E die Temperaturdifferenz bei der Entspan nung des Gases im Motor 150.

Das dampf- bzw. gasförmige Kohlendioxid-Gas wird abge kühlt und verflüssigt. Dadurch verkleinert es entspre chend sein Volumen, strömt in die Pumpe 151, wird in der Pumpe auf den Druck p₁ erhöht und verbraucht dabei die Arbeit,
E_P = Q_P·Δp·t,
wobei
E_P die verbrauchte Arbeit,
Q_p das Fördervolumen der Pumpe pro Zeit und
Δp = p₁-p₂ die Druckdifferenz im Motor und in der Pumpe sowie
t = Zeit darstellen.

Die sich auf Grund dieses Kreisprozesses ergebende nutz bare Arbeit bzw. nutzbare Energie der Wärmekraftanlage ist,
E = E_M-E_P = (Q_M-Q_p)·Δpt = ΔQ·Δp·t,
wobei ΔQ die Differenz des Fördervolumens pro Zeit zwi schen dem Motor und der Pumpe darstellt. Die nutzbare Ar beit bzw. die durch diesen Kreisprozeß umwandelbare Energie ist bestimmt durch ΔQ und Δp. Diese nutzbare Arbeit wird von dem elektrischen Generator 152 in elektri schen Strom umgewandelt.

Aufgrund der Regelung der Drehzahlüberwachung mittels des Drehzahlmessers 159 am elektrischen Generator 152 wird ein elektrischer Strom mit konstanter Frequenz erzeugt. Dabei sind folgende Regelgrößen zu verarbeiten. Die Dreh zahl des Motors wird von dem Drehmoment des Generators 152 bestimmt. Die Feldstärke des elektrischen Generators 152 wird so geregelt, daß die Solldrehzahl des Motors konstant bleibt. Die Exzenterstellung der Pumpe wird von der Flüssiggasmenge bestimmt, die in den Motorkreislauf zurückgepumpt werden muß.

In dem Wärmewasserkreislauf 169 erfolgt Wärmezufuhr. Hier wird die Wärmemenge Q = m·c_p·(T₅-T₄) zugeführt. Die Wärme kann aus regenerativen Quellen oder aus Abwärme zu geführt werden.

In dem Kaltwasserkreislauf 166 erfolgt die Wärmeabfuhr. Dabei wird die Wärmemenge Q = m·c_v·(T₂-T₃) abgeführt. Die Wärme kann an das Grundwasser abgeführt werden.

Das Arbeitsmedium im Motor- bzw. Pumpenkreiskauf ist Koh lendioxid-Gas (CO₂). Es wird periodisch in den Zustand flüssig - gasförmig - flüssig usw. überführt und verrich tet dabei Arbeit. Die angenäherten kritischen Werte für Kohlendioxid sind T_krit = 31°C sowie P_krit = 76 bar.

Das bedeutet, daß oberhalb der kritischen Temperatur von 31°C die Verflüssigung von CO₂ allein mit Druck nicht möglich ist. Der Druck, der aufzuwenden ist, um das CO₂ bei der kritischen Temperatur von 31°C zu verflüssigen, ist der kritische Druck von 76 bar. Nur bei Unterschrei ten der kritischen Temperatur von 31°C läßt sich CO₂ durch Druck verflüssigen. Im Zusammenwirken von Motor, Pumpe, Wärmetauschern und Hilfsaggregaten ist es möglich, Wärmeenergie niedriger Temperatur oberhalb von ungefähr 50°C in kinetische und anschließend in elektrische Ener gie unzuwandeln und nutzbar zu machen.

Claims

1. Als Motor oder Pumpe betreibbare Rotationsscheibenma schine,

a) mit einem Gehäuse (1), in dem eine Welle (14a, 14b) als Antriebswelle bzw. Abtriebswelle für die Ver wendung als Motor bzw. als Pumpe gelagert ist,
b) mit einem zur Welle exzentrisch angeordneten Zylin derraum, der von beidseitig mit Abstand zueinander in Längsrichtung der Maschine gesehen angeordneten und gegenüberliegenden Seitenwänden (11, 16) sowie von einem exzentrisch zur Welle angeordneten Kreis ring (18) gebildet ist,
c) mit in der Rotationsscheibe (26) radial angeordne ten Bohrungen (28, 29, 30, 31), in denen Stößel (32, 33, 34, 35) mit je einem Gleitschuh (44, 45, 46, 47) am freien Ende der Stößel (32, 33, 34, 35) und mit ei nem Längenausgleichsstück (61) im Zentrum vorgese hen sind und
d) mit Anschlüssen (4, 5) für die Maschine und Kanälen (62, 66) innerhalb des Kreisringes (18) der Maschine für die Zufuhr und Abfuhr des Arbeitsmediums,
e) wobei der Kreisring (18) gegenüber der Welle (14a, 14b) in seiner exzentrischen Lage fest oder verschiebbar ist und
f) wobei in der Rotationsscheibenmaschine ein hydrau lisches oder ein pneumatisches Arbeitsmedium ein setzbar ist.

2. Rotationsscheibenmaschine nach Anspruch 1 , dadurch ge kennzeichnet, daß in der Rotationsscheibe (26) vier radiale Bohrungen (28, 29, 30, 31) in einer gemeinsamen Ebene innerhalb der Rotationsscheibe (26) jeweils in einem Winkel von 90° aufeinander stehend vorgesehen sind, in denen je ein Stößel (32, 33, 34, 35) mit je ei nem Gleitschuh (44, 45, 46, 47) radial beweglich ange ordnet ist und wobei zentral im Bereich der inneren Enden der Stößel ein Längenausgleichsstück (61) vorge sehen ist.

3. Rotationsscheibenmaschine nach Anspruch 1 oder 2, da durch gekennzeichnet, daß zwischen dem Einlaßkanal (4) und dem Kreisring (18) ein Zuströmbereich (65) und zwischen dem Auslaßkanal (5) und dem Kreisring (18) ein Abströmbereich (69) vorgesehen sind.

4. Rotationskolbenmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Kreis ringe auf der gleichen Achse mit Abstand zueinander nebeneinander angeordnet sind.

5. Rotationsscheibenmaschine nach einem der vorhergehen den Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß auf dem Ge häuse (1) zwei diametral in Richtung der Exzenterver schiebung gegenüberliegende Verstellkolben (23, 24) in zugeordneten Verstellzylindern (6, 7) vorgesehen sind, die von außen mit Druckmedium über ein Mengenverteil ventil beaufschlagbar sind.

6. Rotationsscheibenmaschine nach einem der vorhergehen den Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (1) mit dem Kreisring (18) gegenüber der Welle (14a, 14b) eine konstante Exzentrizität (e) einnimmt.

7. Rotationskolbenmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß an den Stößeln (32 bis 35) je ein Gleitschuhhalter (36 bis 39) vorge sehen ist, der eine zylindrische Lagerfläche (48 bis 51) für den zugeordneten Gleitschuh (44 bis 47) hat, in der der Gleitschuh (44 bis 47) mit passender zylin derförmiger umgekehrt orientierter Gleitfläche (40 bis 43) gleitbeweglich und gleichzeitig schwenkbeweglich gelagert ist.

8. Rotationsscheibenmaschine nach einem der vorhergehen den Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Gleit schuhe (44 bis 47) eine dem Kreisring (18) zugewandte Gleitfläche aufweisen, deren Durchmesser dem Durch messer des Kreisringes (18) entspricht.

9. Rotationsscheibenmaschine nach einem der vorhergehen den Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Län genausgleichsstück (61) in der Mitte innerhalb des durch die Exzentrizität (e) definierten Bereiches an geordnet ist und entsprechend der durch die Exzentri zität (e) definierten radialen Bewegungen der einzel nen Stößel (32 bis 35) diese Bewegungen entsprechend mitmacht.

10. Rotationsscheibenmaschine nach einem der vorhergehen den Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die nach innen orientierten Enden der Stößel (32 bis 35) eine zylindrische Fläche (57 bis 60) mit jeweils gleichem Radius (R) aufweisen, und daß das Längenausgleichs stück (61) vier den Enden der Stößel (32 bis 35) zu geordnete zylindrische Außenflächen mit jeweils glei chen zylindrischen Außenflächen mit dem Radius R auf weisen.

11. Rotationsscheibenmaschine nach einem der vorhergehen den Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Ein laufbereich und der Auslaufbereich des Rotationszy linders einander diametral gegenüberliegen und sich über einen Bereich von jeweils geringfügig mehr als einen Winkel von etwa 90° erstrecken und daß zwischen dem Einlaufbereich und dem Auslaufbereich jeweils zwei diametral gegenüberliegende Dichtflächen vorge sehen sind, die sich über einen Bereich von ge ringfügig weniger als einen Winkel von etwa 90° er strecken.

12. Rotationsscheibenmaschine nach einem der vorhergehen den Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß beim Ro tieren der Rotationsscheibe eine Überlappung (88a, 89a) zwischen dem aus der Dichtfläche auslaufen den Gleitschuh und der Dichtfläche sowie zwischen dem nachfolgenden in die Dichtfläche einlaufenden Gleit schuh und der Dichtfläche gegeben ist.

13. Rotationsscheibenmaschine nach einem der vorhergehen den Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen benachbarten Radialbohrungen Ausgleichsbohrungen vor gesehen sind.

14. Rotationsscheibenmaschine nach einem der vorhergehen den Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in einer Bohrung ein kreisrunder Stößel vorgesehen ist, der mit einem viereckigen Gleitschuhhalter verbunden ist, in dem ein Gleitschuh schwenkbeweglich und gleichzei tig gleitbeweglich gelagert ist.

15. Rotationsscheibenmaschine nach einem der vorhergehen den Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in der Ro tationsscheibe mehr als vier Stößel mit zugehörigen Gleitschuhen, beispielsweise acht Stößel mit zugehö rigen Gleitschuhen vorgesehen sind, wobei die radia len Bohrungen in der Rotationsscheibe gleiche Winkel abstände zueinander haben.

16. Wärmekraftanlage mit einem Motor, einer Pumpe, einem elektrischen Generator, Wärmetauschern und einem Flüssiggasbehälter,

g) wobei zwei Rotationsscheibenmaschinen der in den vorhergehenden Ansprüchen beschriebenen Art vorge sehen sind, deren eine als Motor (150) und deren andere als Pumpe (151) ausgebildet und geschaltet ist,
h) wobei der Motor (150) und die Pumpe (151) und der Generator (152) über Kupplungen auf einer gemein samen Welle drehfest miteinander verbunden sind,
i) wobei zwischen dem Ausgang (173) des Motors (150) und dem Eingang (176) der Pumpe (151) ein erster Wärmetauscher (154) und ein zweiter Wäremetauscher (153) geschaltet sind,
j) wobei zwischen dem Ausgang (170) der Pumpe (151) und dem Eingang (178) des Motors (150) der zweite Wärmetauscher (154) und ein dritter Wärmetauscher (155) geschaltet sind,
k) wobei der dritte Wärmetauscher (155) mit einem Warmwasserkreislauf (169) und der erste Wärmetau scher (153) mit einem Kaltwasserkreislauf (166) verbunden ist,
l) wobei der erste Wärmetauscher (153) mit einem Flüssiggasbehälter (163), insbesondere einem Be hälter mit flüssigem Kohlendioxid (CO₂) verbunden ist und
m) wobei Regeleinrichtungen vorgesehen sind, die eine konstante Drehzahl der gemeinsamen Welle zwischen Motor, Pumpe und Generator gewährleisten.

17. Wärmekraftmaschine nach Anspruch 16, dadurch gekenn zeichnet, daß Kohlendioxid (CO₂) als Arbeitsmedium vorgesehen ist, wobei das Arbeitsmedium oberhalb der kritischen Temperatur von etwa 31°C und des kriti schen Druckes von etwa 76 bar gasförmig und unterhalb der kritischen Temperatur und des dazu erforderlichen Druckes flüssig vorliegt.

18. Wärmekraftanlage nach Anspruch 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, daß ein Drehzahlmesser, ein Speicher für das flüssige Kohlendioxid, Wegeventile, wenig stens ein Rückschlagventil , wenigstens ein Druckbe grenzungsventil und ein Servoventil für die Exzenter verstellung an der Pumpe vorgesehen sind.

19. Wärmekraftanlage nach einem der Ansprüche 16 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmetauscher aus ei nem ersten Wärmetauscher, einem zweiten Wärmetauscher und einem dritten Wärmetauscher besteht, wobei der erste Wärmetauscher mit dem Flüssig-Kohlendioxid-Be hälter und einem Kaltwasserkreislauf verbunden ist.

20. Wärmekraftanlage nach einem der Ansprüche 16 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß der dritte Wärmetauscher mit einem Warmwasserkreislauf verbunden ist.

21. Wärmekraftanlage nach einem der Ansprüche 16 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Ausgang der Pumpe und dem Eingang des Motors der zweite und dritte Wärmetauscher sowie zwischen dem Ausgang des Motors und dem Eingang der Pumpe der zweite und erste Wärmetauscher geschaltet sind.

22. Wärmekraftanlage nach den Ansprüchen 16 bis 21, da durch gekennzeichnet, daß zur Einstellung der Exzen trizität der Pumpe ein Servoventil vorgesehen sind.