WO2010115625A2

WO2010115625A2 - Verfahren zur steuerung der ventile einer umlaufkolben-dampfmaschine

Info

Publication number: WO2010115625A2
Application number: PCT/EP2010/002197
Authority: WO
Inventors: Axel Ahnert; Peter Ahnert
Original assignee: Axel Ahnert; Peter Ahnert
Priority date: 2009-04-08
Filing date: 2010-04-08
Publication date: 2010-10-14
Also published as: WO2010115624A1; WO2010115625A3; WO2010115624A4

Abstract

Ein Verfahren zum Steuern der Ventile einer Umlaufkolben-Dampfmaschine, die eine ringförmige Kammer, zwei in dieser voneinander unabhängig umlaufende Kolben (4, 6; 4a, 4b, 6a, 6b), die zwischen sich Freiräume einschließen, die in aufeinander folgenden Teilzyklen alternierend als Arbeitsräume (7; 7a, 7b) bzw. Auslassräume (8; 8a, 8b) fungieren, jeweils aus einer Dampfzuführöffnung (27, 29, 31) und einer Entlüftungsöffnung (28, 30, 32) bestehende, die Kammer mit der Außenseite verbindende Öffnungspaare, die durch ihre Positionen die Anfangs-Winkelstellungen der Teilzyklen definieren, und eine elektronische Steuereinheit umfasst, welche die jeweils einer der Öffnungen zugeordneten Ventile so betätigt, dass in jedem Teilzyklus wenigstens einem Arbeitsraum Dampf zugeführt und wenigstens ein Auslassraum entlüftet wird, ist dadurch gekennzeichnet, dass zur ständigen Erfassung von Bewegungsparametern der Umlaufkolben-Dampfmaschine optische und/oder magnetische Markierungen abtastende Sensoren vorgesehen sind, aus deren Ausgangssignalen die Steuereinheit die Zeitpunkte ermittelt, in denen sie die Dampfzufuhr zum Arbeitsraum bzw. die Entlüftung des Auslassraums beginnt und beendet.

Description

Verfahren zur Steuerung der Ventile einer Umlaufkolben-Dampfmaschine

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung der Ventile einer Umlaufkolben- Dampfmaschine

Da die Arbeitsweise einer solchen Umlaufkolben-Dampfmaschine weitgehend der eines Umlaufkolbenmotors entspricht, wie er beispielsweise in der DE 10 2005 042 539 B4 beschrieben ist, wird dessen Funktionsweise im Folgenden unter Bezugnahme auf die schematischen Schnittdarstellungen der Fig 1a bis 1c erläutert, die jeweils von links nach rechts die Ausgangssituation, eine Zwischenphase und die Endsituation von drei aufeinander folgenden Teilzyklen wiedergeben, die gemeinsam einen Vollzyklus bilden, nach dessen Durchlaufen der Umlaufkolbenmotor wieder in seinen Anfangszustand zurückgekehrt ist

Wie man den Fig 1 a bis 1 c entnimmt, besitzt ein Umlaufkolbenmotor 1 zwischen einer zentralen, sich in der durch den Pfeil D angedeuteten Richtung drehenden Abtriebswelle 2 und einem diese Abtriebswelle 2 konzentrisch umgebenden, feststehenden zylindrischen Gehäuse 3 eine ringförmig geschlossene, rotationssymmetrische Kammer, die durch drei Offnungspaare, deren Winkelpositionen durch die mit 0°, 120° und 240° bezeichneten Pfeile angedeutet sind, mit der Außenseite in Verbindung steht Wie im Folgenden noch genauer erläutert wird, umfasst jedes der Offnungspaare eine Gaszufuhr- und eine Entluftungsoffnung wobei jeder dieser Offnungen ein Steuerbares Ventil zugeordnet ist In der Kammer sind zwei im Wesentlichen torusformige Kolben 4, 6 so angeordnet, dass sie unabhängig voneinander umlaufen können Jeder der beiden Kolben 4, 6 erstreckt sich in etwa über ein Drittel der Umfangslange der Kammer, d h in etwa über einen Bogen von 120° Zwischen den beiden Kolben 4, 6 sind zwei Freiraume vorhanden, deren Winkelerstreckungen sich alternierend und gegensinnig zwischen einem Minimalwert (nahezu 0°) und einem Maximalwert (nahezu 120°) verandern können Wie im Folgenden noch genauer erläutert wird, verlagern sich wahrend der Rotation des Umlaufkolbenmotors sowohl die Winkelpositioπen der Kolben 4, 6 als auch die der Freiraume

Wahrend des in Fig 1a dargestellten ersten Teilzyklus dient der sich ausgehend von 0° entgegen dem Uhrzeigersinn erstreckende Freiraum als expandierender Arbeitsraum 7 und der Kolben 6, der ihn in Drehrichtung vorauslaufend begrenzt, ist über eine nicht im einzelnen dargestellte Kupplung mit der Abtriebswelle 2 drehfest verbunden, wahrend sich der den Arbeitsraum 7 nachlaufend begrenzende Kolben 4 über eine weitere, ebenfalls nicht im einzelnen dargestellte Kupplung an dem als Widerlager dienenden Gehäuse 3 abstutzt Dadurch wird verhindert, dass er sich entgegen der Drehrichtung bewegt

Wie in Fig 1 a ganz links gezeigt, beginnt der erste Teilzyklus damit, dass dem zunächst die minimale Winkelerstreckung aufweisenden Arbeitsraum 7 durch die bei 0° liegende Gaszufuhroffnung ein Gas zugeführt wird, durch dessen Ausdehnung der vorauslau- fende Kolben 6 unter Mitnahme der Abtriebswelle 2 in Drehrichtung vorwärts bewegt wird, da die bei 0° liegende Entlüftungsöffnung geschlossen ist.

In dem Maße, in dem sich die Winkelerstreckung des expandierenden Arbeitsraums 7 vergrößert, nimmt die des gegenüberliegenden, einen Auslassraum 8 bildenden Freiraums ab, aus dem das bisher vorhandene Gas durch die bei 240° liegende, geöffnete Entlüftungsöffnung abgeführt wird. Dabei wird unter anderem auch die in Fig. 1a in der Mitte gezeigte Position durchlaufen.

Die Umlaufbewegung des vorauslaufenden Kolbens 6 setzt sich so lange fort, bis der Arbeitsraum 7 die maximale und der Auslassraum 8 die minimale Winkelerstreckung erreicht hat, wie in Fig. 1a ganz rechts dargestellt.

Zu diesem Zeitpunkt werden die drehfesten Verbindungen der beiden Kolben 4, 6 vertauscht, sodass sich die Abtriebswelle 2 gegen den bisher mit ihr verbundenen Kolben 6 frei weiterdrehen kann, der sich nun am Gehäuse 3 gegen eine Rückwärtsbewegung abstützt, während der sich bisher am Gehäuse 3 abstützende Kolben 4 mit der Abtriebswelle 2 drehfest verbunden wird, sodass er diese aufgrund seiner nunmehr beginnenden Vorwärtsbewegung antreiben und der nächste Teilzyklus beginnen kann.

In diesem zweiten Teilzyklus, dessen Ausgangssituation in Fig. 1b ganz links dargestellt ist, vertauschen die beiden Freiräume ihre Funktion, d.h. aus dem bisherigen Auslassraum wird der neue Arbeitsraum 7 und aus dem bisherigen Arbeitsraum wird der neue Auslassraum, da die bei 240° liegende Entlüftungsöffnung geschlossen und die benachbarte Gaszuführöffnung geöffnet wird, sodass in den nunmehr die minimale Winkelerstreckung besitzenden „neuen" Arbeitsraum 7 Gas eintritt, durch dessen Ausdehnung der jetzt vorauslaufende Kolben 4 unter Mitnahme der Abtriebswelle 2 in Drehrichtung vorwärts bewegt wird. Das in dem sich dabei verkleinernden „neuen" Auslassraum 8 enthaltene Gas wird durch die bei 120° liegende, nunmehr geöffnete Entlüftungsöffnung abgeführt.

Der für den ersten Teilzyklus beschriebene Ablauf wiederholt sich mit dem Unterschied, dass, wie sich aus der Lage der im zweiten Teilzyklus aktiven Gaszufuhr- und Entlüftungsöffnungen ergibt, die Anfangs- und End-Winkelpositionen gegen die entsprechenden Winkelpositionen des ersten Teilzyklus in Drehrichtung um 240° versetzt sind.

Es folgt dann ein in gleicher Weise ablaufender, in Fig. 1c dargestellter dritter Teilzyklus, bei dem die Kolben 4 und 6 ebenso wie die Freiräume ihre Funktionen wieder tauschen, wobei die Anfangs- und End-Winkelpositionen um weitere 240°, d.h. insgesamt um 480° gegen die des ersten Teilzyklus versetzt sind.

Die Anfangsposition des hierauf folgenden weiteren Teilzyklus weist erneut einen Versatz um 240° auf, liegt also bei 720° und fällt somit mit der Anfangsposition des ersten Teilzyklus zusammen. Die Abtriebswelle hat sich somit in dem aus den drei beschriebenen Teilzyklen bestehenden Vollzyklus um zwei volle Umdrehungen gedreht. Bei aus der DE 10 2005 042 539 B4 bekannten Umlaufkolbenmotor, dessen Arbeitsweise soeben beschrieben wurde, handelt es sich um eine Brennkraftmaschine, bei welcher dem sich vergrößernden Arbeitsraum eines jeden Teilzyklus als Gas ein Luft-Kraftstoff-Gemisch zugeführt und zur Explosion gebracht wird, um die für den Antrieb der Abtriebswelle erforderliche Gasexpansion zu erzielen. Wie jede Brennkraftmaschine kann ein solcher Umlaufkolbenmotor aber auch als Dampfmaschine betrieben werden. In diesem Fall wird dem sich jeweils vergrößernden Arbeitsraum über ein Ventil überspannter Dampf zugeführt, der durch seine Ausdehnung diesen Arbeitsraum von seiner minimalen auf seine maximale Winkelerstreckung erweitert.

In der DE 10 2005 042 539 B4 werden die Existenz von Ventilen und deren Ansteuerung nur allgemein erwähnt aber nicht konkret beschrieben.

Somit liegt der Erfindung die Aufgabe zu Grunde ein Verfahren zur Steuerung der Ventile einer Umlaufkolben-Dampfmaschine zu schaffen.

Zur Lösung dieser Aufgabe sieht die Erfindung die im Anspruch 1 niedergelegten Merkmale vor.

Das erfindungsgemäße Verfahren zum Steuern der Ventile einer Umlaufkolben- Dampfmaschine zeichnet sich dadurch aus, dass die Ermittlung der richtigen Zeitpunkte für den Beginn bzw. die Beendigung der Dampfzufuhr und der Entlüftung nicht durch eine Erfassung der Drehstellung der Abtriebswelle sondern primär durch die Erfassung von Bewegungsparametern der Kolben, insbesondere deren Winkelstellung und/oder deren Winkelgeschwindigkeiten erfolgt. In Ergänzung hierzu kann auch noch die Winkelgeschwindigkeit der Abtriebswelle erfasst werden. Die erfassten Parameterwerte können dann nicht nur für die Auslösung und die Beendigung der Dampfzufuhr zu dem mindestens einen Arbeitsraum und den Beginn und die Beendigung der Entlüftung des wenigstens einen Auslassraums, sondern auch dazu verwendet werden, den zeitlichen Verlauf der Stärke der Dampfzufuhr und/oder des Ausmaßes der Entlüftung variabel zu gestalten, um den Wirkungsgrad der Umlaufkolben-Dampfmaschine zu verbessern und sowohl die Verschleißerscheinungen als auch die Geräuschentwicklung zu reduzieren.

So wäre es insbesondere ungünstig, wenn der dem jeweiligen Arbeitsraum in Drehrichtung vorauslaufende Kolben dann, wenn der diesem Kolben vorausgehende Auslassraum seine minimale Winkelerstreckung erreicht, mit voller Wucht und Geschwindigkeit auf den sich bis dahin am Gehäuse abstützenden, d.h. der Drehung der Abtriebswelle nicht folgenden Kolben und/oder in die nunmehr herzustellende drehfeste Verbindung mit dem Gehäuse einlaufen würde.

Erfindungsgemäß ist daher vorgesehen, den sich mit der Abtriebswelle mitbewegenden Kolben rechtzeitig vor Erreichen der eben beschriebenen Situation abzubremsen, wodurch er sich aus der Drehverbindung mit der Abtriebswelle löst und in einem stetigen Übergang in die Ruhelage übergeht, die er einnehmen muss, um beim nächsten Teilzyklus die sich am Gehäuse abstützende „Rückwand" des „neuen" Arbeitsraums bilden zu können. Das aus Effizienzgründen zu erreichende Ideal ist, dass der Arbeitskolben beim Erreichens des Zeitpunktes, in dem er mit dem Gehäuse drehfest verbunden werden muss, die Geschwindigkeit Null erreicht hat. Dann hat der Arbeitskolben seine Bewegungsenergie vollständig abgegeben.

Die erfindungsgemäß für einen „weichen" Übergang eines gerade die Abtriebswelle antreibenden Kolbens in seine Abstütz-Ruhelage vorgesehene Abbremsung dieses Kolbens kann vorteilhafter Weise durch eine oder mehrere der folgenden Maßnahmen erzielt werden:

- rechtzeitige Verminderung des Dampfdrucks in dem diesem Kolben in Drehrichtung vorausgehenden Arbeitsraum durch Drosselung der Dampfzufuhr,

- rechtzeitige Verminderung des Dampfdrucks in dem diesem Kolben in Drehrichtung vorausgehenden Arbeitsraum durch dosierte Entlüftung des Arbeitsraums, rechtzeitiger Aufbau einer Gegenkraft durch Einschränkung der Entlüftung des diesem Kolben in Drehrichtung nachfolgenden Auslassraums, rechtzeitiger Aufbau einer Gegenkraft durch dosierte Dampfzufuhr zu dem diesem Kolben in Drehrichtung nachfolgenden Auslassraum.

Die Zeitpunkte zu denen eine oder mehrere dieser Maßnahmen durch die Steuerung durchgeführt werden und ihr Ausmaß werden erfindungsgemäß in Abhängigkeit von der Drehgeschwindigkeit der Umlaufkolben-Dampfmaschine und dem von ihr aufzubringenden Lastdrehmoment gesteuert bzw. geregelt.

Die Erfindung wird im Folgenden anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnung beschrieben; in dieser zeigen:

Fig. 1a bis 1c schematische Radialschnitte durch einen aus dem Stand der Technik bekannten Umlaufkolbenmotor mit zwei Einfachkoben in jeweils drei Stellungen von drei aufeinander folgenden Teilzyklen,

Fig. 2 einen schematischen Schnitt durch ein mechanisch betätigbares Ventil für die Steuerung einer Umlaufkolben-Dampfmaschine,

Fig. 3a bis 3c eine schematische Darstellung einer Ventilanordnung für eine dem Umlaufkolbenmotor aus den Fig. 1a bis 1c entsprechende Umlaufkolben- Dampfmaschine mit Ventilen gemäß Fig. 2 mit den für die drei Teilzyklen erforderlichen Ventilstellungen,

Fig. 4a bis 4c schematische Radialschnitte durch eine Umlaufkolben-Dampfmaschine mit zwei Doppelkolben jeweils in der Anfangs- und der Endstellung von drei aufeinander folgenden Teilzyklen,

Fig. 5 ein Flussdiagramm zur Erläuterung der Arbeitsweise einer erfindungsgemäßen elektronischen Ventilsteuerung, und Fig. 6 einen schematischen Schnitt durch ein Drehventil, das unmittelbar in die zu steuernde Öffnung in der Kammerwand eingebaut ist.

Die Fig. 1a bis 1c wurden bereits bei der Beschreibung des Standes der Technik erläutert.

In Fig. 2 ist ein schematischer Schnitt durch ein mechanisch betätigbares Ventil 10 dargestellt, das ein zylindrisches Ventilgehäuse 11 umfasst, das eine axiale, als Sackloch ausgebildete Bohrung 12 und drei senkrecht zu dieser axialen Bohrung 12 durch es hindurch verlaufende Dampfdurchgangskanäle 14, 15 und 16 aufweist.

In der axialen Bohrung 12 ist ein als Schieber ausgebildeter Ventilkörper 18 angeordnet, der in axialer Richtung zwischen einer Ruhelage und einer Arbeitsstellung hin und her verschoben werden kann.

Die Feder 19 spannt den Ventilkörper 18 in die in der Fig. 2 dargestellte Ruhelage vor, in welcher ein erster, einen verringerten Durchmesser aufweisender Abschnitt 20 des Ventilkörpers 18 mit dem Dampfdurchgangskanal 14 fluchtet, wodurch dieser geöffnet ist.

Der Ventilkörper 18 weist zwei weitere Bereiche 21 , 22 mit verringertem Querschnitt auf, die in der in Fig. 2 gezeigten Ruhestellung des Ventils 10 jedoch nicht mit den Dampfdurchgangskanälen 15, 16 fluchten, so dass diese geschlossen sind.

Ist der Ventilkörper 18 gegen die Kraft der Feder 19 genügend weit in die axiale Bohrung 12 hinein geschoben, so ist die Fluchtung seines ersten, einen verringerten Durchmesser aufweisenden Abschnitts 20 mit dem Dampfdurchgangskanal 14 aufgehoben, so dass dieser geschlossen wird, während gleichzeitig die beiden Abschnitte 21 , 22 mit verringertem Durchmesser mit den Dampfdurchgangskanälen 15 bzw. 16 fluchten, so dass diese geöffnet sind.

Es versteht sich von selbst, dass die Dampfdurchgangskanäle 14, 15, 16 auf beiden Seiten (der Einfachheit halber nicht dargestellte) Anschlusseinrichtungen aufweisen, die es ermöglichen, sie mit entsprechenden Rohrleitungen zu verbinden.

Außerhalb der axialen Bohrung 12 setzt sich der Ventilkörper 18 in einem Ventilstößel 23 fort, der zur Betätigung des Ventils entweder durch eine entsprechende Bohrung in der Umfangs-Außenwand der Kammer der Umlaufkolben-Dampfmaschine hindurch nach innen ragt und somit durch die radial außen liegenden Mantelflächen der Kolben direkt betätigt werden kann, oder an einer Nockenkurvenbahn anliegt, die an einem sich mit der Bewegung der Kolben mitdrehenden Teil der Umlaufkolben-Dampfmaschine ausgebildet ist.

In jedem Fall ist es möglich, derartig ausgebildete Ventile so zu steuern, dass den in der Kammer der Umlaufkolben-Dampfmaschine auszubildenden Arbeitsräumen 7 in den erforderlichen Zeiträumen Dampf zugeführt wird und gleichzeitig eine Entlüftung der ent- sprechenden Auslassräume 8 stattfindet, wie dies nun unter Bezugnahme auf die Figuren 3a bis 3c noch genauer erläutert wird.

In jeder dieser Figuren ist die Ventilstellung einer erfindungsgemäßen Ventilanordnung 25 für eine Umlaufkolben-Dampfmaschine mit zwei Einfachkolben in einem von drei Teil- zyklen dargestellt. Die Ventilanordnung 25 umfasst drei Ventile, von denen jedes einem in das Innere der Kammer der Umlaufkolben-Dampfmaschine führenden Öffnungspaar 27, 28 bzw. 29, 30 bzw. 31 , 32 zugeordnet ist, um die durch die Öffnungen 27 bzw. 29 bzw. 31 mögliche Dampfzufuhr zu einem Arbeitsraum 7 bzw. die durch die Öffnungen 28 bzw. 30 bzw. 32 mögliche Entlüftung eines Auslassraumes 8 zu steuern.

Die zu diesem Zweck vorgesehenen Ventile 10 besitzen beispielsweise den in Fig. 2 gezeigten Aufbau und umfassen insbesondere einen ersten Dampfdurchgangskanal 14, dessen Eingang mit der Entlüftungsöffnung 28 bzw. 30 bzw. 32 des zugehörigen Öffnungspaares und dessen Ausgang mit einer allen Ventilen gemeinsamen Dampfabführleitung 35 verbunden ist.

Der Ausgang eines jeden zweiten Dampfdurchgangskanals 15 ist mit der Dampfzuführöffnung 27 bzw. 29 bzw. 31 des zugehörigen Öffnungspaares verbunden, während der Eingang eines jeden Dampfdurchgangskanals 15 mit dem Ausgang des Dampfdurchgangskanals 16 des Nachbarventils 10 verbunden ist, das dem in Drehrichtung nachfolgenden Öffnungspaar zugeordnet ist.

Bezeichnet man die Position des in den Figuren 3a bis 3c ganz rechts dargestellten Öffnungspaares 27, 28 willkürlich mit 0°, so ist der Eingang des Dampfdurchgangskanals 15 des diesem Öffnungspaar zugeordneten ersten Ventils mit dem Ausgang des Dampfdurchgangskanals 16 des zweiten Ventils verbunden, das dem in Drehrichtung nachfolgenden, d.h. bei einer Position von 120° angeordneten Öffnungspaar 29, 30 zugeordnet ist, während der Eingang des Dampfdurchgangskanals 15 dieses zweiten Ventils mit dem Ausgang des Dampfdurchgangskanals 16 des dem bei 240° liegenden Öffnungspaar 31 , 32 zugeordneten dritten Ventils verbunden ist, das einen Dampfdurchgangskanal 15 aufweist, dessen Eingang mit dem Ausgang des Dampfdurchgangskanals 16 des ersten Ventils in Verbindung steht.

Die Eingänge der Dampfdurchgangskanäle 16 aller drei Ventile sind mit einer gemeinsamen Dampfhauptzuführleitung 36 verbunden.

In den Figuren 3a bis 3c sind die Ventile 10, die sich in ihrer Arbeitsstellung befinden, durch eine von unten nach oben weisende Pfeilspitze gekennzeichnet, und die geöffneten, d.h. für Dampf durchlässigen Dampfdurchgangskanäle sind schwarz ausgefüllt, während die gesperrten Dampfdurchgangskanäle als Doppellinie mit leerem Zwischenraum wiedergegeben sind.

In Fig. 3a ist ein erster Teilzyklus einer Umlaufkolben-Dampfmaschine dargestellt, in welchem sich das erste und zweite Ventil in der Arbeitsstellung und das dritte Ventil in der Ruhestellung befinden. Dadurch, dass der Dampfdurchgangskanal 15 des ersten Ventils, der zur Dampfzuführöffnung 27 an der Winkelposition 0° führt, über den geöffneten Dampfdurchgangskanal 16 des zweiten Ventils mit der Dampfhauptzuführleitung 36 verbunden ist, wird dem bei der Position 0° zu bildenden Arbeitsraum 7 Dampf zugeführt, der deswegen, weil die Entlüftungsöffnung 28 durch das Ventil 1 geschlossen ist, nicht entweichen kann und somit den in Drehrichtung nachfolgenden Kolben 6 veranlasst, sich unter Mitnahme der Abtriebswelle 2 in Drehrichtung D zu bewegen (siehe Fig. 1a). Sobald sich der Kolben 6 aus der in Fig. 1a ganz links gezeigten Stellung in Richtung der in der mittleren Figur wiedergegebenen Position herausbewegt hat, verschließt seine äußere Mantelfläche das Öffnungspaar 29, 30, so dass an dieser Stelle weder ein Arbeits- noch ein Auslassraum gebildet werden kann. Dies ist in Fig. 3a dadurch angedeutet, dass der die Möglichkeit eines Arbeits- oder Entlüftungsraumes darstellende rechteckige Kasten mit einem Diagonalkreuz versehen ist.

Damit sich der Kolben 6 in Drehrichtung vorwärts bewegen kann, ist es erforderlich, den im nachfolgenden Auslassraum 8 noch enthaltenen Restdampf abzuführen, was dadurch erfolgt, dass sich das dritte Ventil in Fig. 3a in seiner Ruhestellung befindet, so dass die zum Auslassraum 8 gehörende, bei 240° liegende Entlüftungsöffnung 32 über den Dampfdurchgangskanal 14 des dritten Ventils geöffnet und mit der Dampfabführleitung 35 verbunden ist.

Die in Fig. 3a gezeigte Ventilstellung wird für den gesamten ersten Teilzyklus, d.h. so lange beibehalten, bis der Arbeitsraum 7 seine maximale Umfangserstreckung und der Auslassraum 8 seine minimale Umfangserstreckung erreicht hat, wie dies in Fig. 1a ganz rechts dargestellt ist.

Für den nachfolgenden zweiten Teilzyklus werden die Ventile so umgesteuert, dass sich nunmehr das zweite Ventil in seiner Ruhestellung und das erste und dritte Ventil in ihrer Arbeitsstellung befinden.

Dadurch ist zwar der zweite Dampfdurchgangskanal 15 des ersten Ventils, der mit der Dampfzuführöffnung 27 verbunden ist, nach wie vor geöffnet, doch wird ihm kein Dampf mehr zugeführt, weil der dritte Dampfdurchgangskanal 16 des zweiten Ventils geschlossen ist. Durch den nicht mehr geöffneten ersten Dampfdurchgangskanal 14 des ersten Ventils ist auch die an der 0° Position befindliche Entlüftungsöffnung 28 geschlossen, was aber ohne weitere Bedeutung ist, da diese Position unmittelbar nach Beginn des zweiten Teilzyklus ohnehin durch den sich vorwärts bewegenden Kolben 4 überfahren wird, wie man insbesondere der mittleren Darstellung in Fig. 1b entnehmen kann.

Das zweite Ventil befindet sich im zweiten Teilzyklus in seiner Ruhestellung, so dass die Dampfzuführöffnung 29 an der Position 120° geschlossen und die dort befindliche Entlüftungsöffnung 30 geöffnet ist, so dass sich zwischen den Kolben 4 und 6 in Drehrichtung gesehen ein Auslassraum 8 ausbilden kann, wie in Fig. 1b gezeigt. Auf der gegenüberliegenden Seite, d.h. ausgehend von der Position 240° wird erweitert sich ein neuer Arbeitsraum 7, weil sich das dritte Ventil in seiner Arbeitsstellung befindet, so dass durch seinen geöffneten zweiten Dampfdurchgangskanal 15 der bei 240° liegenden Dampfzuführöffnung Dampf zugeführt werden kann, den das dritte Ventil über den ebenfalls geöffneten dritten Dampfdurchgangskanal 16 des ersten Ventils erhält.

Beim Übergang vom zweiten zum dritten Teilzyklus werden die Ventile auf die in Fig. 3c gezeigte Stellung umgeschaltet, in welcher das erste Ventil sich in seiner Ruhestellung und das zweite und dritte Ventil in ihren Arbeitsstellungen befinden. Der geöffnete erste Dampfdurchgangskanal 14 des ersten Ventils ermöglicht es, den nunmehr gebildeten Auslassraum 8 (siehe ganz linke Darstellung in Fig. 1c) über die bei 0° liegende Entlüftungsöffnung 28 zu entlüften, während dem ausgehend von der Position 120° neu zu bildenden Arbeitsraum 7 über den zweiten Dampfdurchgangskanal 15 des zweiten Ventils Dampf zugeführt wird, den das zweite Ventil vom dritten Dampfdurchgangskanal 16 des ebenfalls in der Arbeitsstellung befindlichen dritten Ventils erhält. Das diesem Ventil zugeordnete, bei 240° liegende Öffnungspaar wird in diesem dritten Teilzyklus vom Kolben 6 überfahren.

Wie bereits erwähnt, bilden die eben geschilderten drei Teilzyklen einen Vollzyklus, während dessen Verlauf sich die Abtriebswelle 2 um zwei Umdrehungen dreht.

An den dritten Teilzyklus eines abgelaufenen Vollzyklus schließt sich dann unmittelbar der erste Teilzyklus des nächsten Vollzyklus an.

Aus der vorausgehenden Beschreibung wird ein wesentliches Grundprinzip der vorliegenden Erfindung deutlich, dass nämlich die Steuerung der Ventile zu jedem Zeitpunkt in Abhängigkeit von der Stellung beider Kolben 4, 6 erfolgt.

Um die Ventile zu den richtigen Zeitpunkten zwischen ihren beiden Positionen umzuschalten, können prinzipiell die Mantelflächen der Kolben 4, 6 direkt über die Ventilstößel 23 abgetastet werden. In diesem Fall muss sich jedes der Ventile 10 an der gleichen Winkelposition wie das ihm zugeordnete Öffnungspaar befinden.

Erfolgt die Steuerung der Ventile über zwei Nockenkurvenbahnen, von denen jede an einem sich mit einem der Kolben 4, 6 mitdrehenden Motorteil ausgebildet ist, können sich die Ventile 10 praktisch an beliebigen Positionen befinden. Lediglich die Winkellage der Öffnungspaare definiert dann die Stellen, von denen ausgehend bzw. bei denen endend die Arbeits- und Auslassräume gebildet bzw. entlüftet werden.

Durch die eben beschriebene, mechanisch gesteuerte Ventilanordnung wird eine UND- Verknüpfung zwischen Öffnungspaaren hergestellt, die in Drehrichtung der Umlaufkolben-Dampfmaschine aufeinander folgen, so dass durch eine vergleichsweise einfache Steuerung die Dampfzufuhr zu wenigstens einem als Arbeitsraum fungierenden Freiraum zwischen den Kolben und die gleichzeitige Entlüftung des wenigstens einem diesem Arbeitraum in Drehrichtung nachfolgenden, den Auslassraum bildenden Freiraums ermöglicht werden. Jedes der Ventile weist dabei einen gegen die Kraft einer Feder in einem Ventilgehäuse zwischen der Ruhestellung und der Arbeitsstellung hin und her bewegbaren Ventilkörper und drei Dampfdurchgangskanäle auf, von denen in der Ruhestellung nur der erste geöffnet ist, während der zweite und der dritte geschlossen sind. In der Arbeitsstellung sind dann der zweite und der dritte Dampfdurchgangskanal geöffnet, während der erste geschlossen ist.

Die Anordnung der Verbindungsleitungen ist dabei so getroffen, dass

- der Eingang des ersten Dampfdurchgangskanals mit der Entlüftungsöffnung des dem jeweiligen Ventil zugeordneten Öffnungspaares und der Ausgang des ersten Dampfdurchgangskanals mit einer gemeinsamen Dampfabführleitung

- der Eingang des zweiten Dampfdurchgangskanals mit dem Ausgang des dritten Dampfdurchgangskanals des dem in Drehrichtung nachfolgenden Öffnungspaar zugeordneten Ventils und der Ausgang des zweiten Dampfdurchgangskanals mit der Dampfzuführöffnung des zugehörigen Öffnungspaars, sowie

- der Eingang des dritten Dampfdurchgangskanals mit einer gemeinsamen Dampfversorgungsleitung und der Ausgang dritten Dampfdurchgangskanals mit dem Eingang des zweiten Dampfdurchgangskanals des dem in Drehrichtung vorausgehenden Öffnungspaar zugeordneten Ventils verbunden ist.

Da sich während eines jeden Teilzyklus immer wenigstens zwei Ventile in ihrer Arbeitsstellung und eines in seiner Ruhestellung befinden, wird über letzteres der jeweilige Auslassraum entlüftet, während seinem zugehörigen Arbeitsraum über die beiden in Arbeitsstellung befindlichen Ventile Dampf zugeführt wird.

Weist die Umlaufkolben-Dampfmaschine zwei Einfachkolben auf, so sind nur drei Öffnungspaare vorhanden, die um den Umfang der Kammer herum so angeordnet sind, dass sie voneinander jeweils einen Winkelabstand von 120° aufweisen. Während eine jeden Teilzyklus sind genau zwei durch die beiden Kolben voneinander getrennte Freiräume vorhanden, von denen alternierend und gegensinnig immer einer als Arbeitsraum und einer als Auslassraum fungiert, wie dies Eingangs im Zusammenhang mit dem Stand der Technik beschrieben wurde. Die Ventilanordnung umfasst drei Ventile, von denen jedes einem der Öffnungspaare zugeordnet ist.

Da die Massen einer solchen Einfachkolbenanordnung abgesehen von kurzen Momenten, die zur „Halbzeit" eines jeden Teilzyklus durchlaufen werden, nicht symmetrisch über die 360° des Kammergesamtumfangs verteilt sind, ist zur Vermeidung von Unwuchtproblemen eine Doppelkolbenanordnung bevorzugt, bei der jeder der Kolben aus zwei drehfest miteinander verbunden und einander bezüglich der Abtriebswelle diametral gegenüberliegenden Teilkolben besteht. Diese Teilkolben können gleiche Winkelerstreckungen und gleiche Massen aufweisen, sodass jede Unwucht vermieden wird.

Es werden daher Umlaufkolben-Dampfmaschinen bevorzugt, die zwei Doppelkolben 4a, 4b und 6a, 6b aufweisen. In den Figuren 4a bis 4c sind jeweils die Anfangs- und die Endposition eines von drei Teilzyklen dargestellt, die nacheinander von einer Umlaufkolben-Dampfmaschine mit zwei Doppelkolben 4a, 4b und 6a, 6b durchlaufen werden. Jeder der einen Kolben 4 bzw. 6 bildenden, drehfest miteinander verbundenen Teilkolben 4a, 4b bzw. 6a, 6b erstreckt sich über einen Winkel von ca. 60°, sodass die Summe der Winkelersteckungen der von Kolben erfüllten Volumina ebenso wie bei dem in Fig. 1a bis 1c gezeigten Umlaufkolbenmotor 240° und die Summe der Winkelerstreckungen der zwischen diesen Teilkolben möglichen Freiräume 120° beträgt. Ausgehend von sechs Öffnungspaaren, die hier beginnend mit der Position 0° in Winkelabständen von jeweils 60° gleichmäßig um den Kammerumfang herum verteilt angeordnet sind, können hier Doppel-Arbeits- raume 7a, 7b und Doppel-Auslassräume 8a, 8b gebildet werden, von denen sich während eines jeden Teilzyklus erstere ausgehend von einer Winkelerstreckung von nahezu zwei mal 0° bis auf ca. zwei mal 60° (also zusammen 120°) ausdehnen, während sich gleichzeitig letztere von ca. zwei mal 60° auf ca. zwei mal 0° verkleinern.

Eine für eine solche Umlaufkolben-Dampfmaschine mit zwei Doppelkolben vorgesehene Ventilanordnung kann entweder mit drei Ventilen ausgestattet und so aufgebaut sein, wie in den Fig. 3a bis 3c dargestellt, wobei dann der Ausgang eines jeden Dampfdurchgangskanals 15 zu den Dampfzuführöffnungen von zwei einender diametral gegenüberliegenden Öffnungspaaren führt und der Eingang eines jeden Dampfdurchgangskanals 14 mit den Entlüftungsöffnung von zwei einender diametral gegenüberliegenden Öffnungspaaren verbunden ist, sodass die diesen Öffnungspaaren zugeordneten Freiräume synchron mit Dampf beschickt bzw. entlüftet werden können. Alternativ können auch sechs Ventile verwendet werden, von denen dann wieder jedes einem Öffnungspaar zugeordnet ist und von denen jeweils zwei, die einander gegenüberliegenden Öffnungspaaren zugeordnet sind, synchron betrieben werden. Die Abläufe sind dann völlig analog zu denen bei einer Umlaufkolben-Dampfmaschine mit zwei Einfachkolben.

Allerdings sieht man, dass die linke Darstellung in der Fig. 4a und die rechte Darstellung in der Fig. 4c zwar gleiche Zustände der Umlaufkolben-Dampfmaschine wiedergeben, dass aber in diesen Zuständen die Kolben 4a, 4b und 6a, 6b miteinender vertauscht sind. Lässt man diese Vertauschung wegen einer völligen Symmetrie und Äquivalenz der Kolben unberücksichtigt, so kann man sagen, dass auch bei dieser Umlaufkolben- Dampfmaschine ein Vollzyklus, an dessen Ende der gleiche Zustand erreicht wird, von am Anfang ausgegangen wurde, drei Teilzyklen umfasst, während derer die Abtriebswelle 2 allerdings nur um 180° weitergedreht wird.

Berücksichtigt man die eben erwähnte Vertauschung der Kolben, so umfasst ein Vollzyklus sechs Teilzyklen, welche die Abtriebswelle 2 um 360°, d.h. also um zwei volle Umdrehungen weiterbewegen.

Im Prinzip arbeitet die eben beschriebene Doppelkolbenanordnung genau so, wie es oben für zwei Einfachkolben dargestellt wurde. Die Hauptunterschiede bestehen darin, dass bei jedem Teilzyklus vier Freiräume gebildet werden, die zwei einander diametral gegenüberliegende Arbeitsräume und zwei einander diametral gegenüberliegende Auslassräume umfassen,

- sechs Öffnungspaare mit gegenseitigen Winkelabständen von 60° vorhanden sind und

- ein Vollzyklus je nach Betrachtungsweise aus drei oder sechs Teilzyklen besteht. Im erstgenannten Fall werden die beiden Teilkolben eines Doppelkolbens als identisch angesehen, so dass der Umlaufkolbenmotor bereits nach drei Teilzyklen in eine seiner Ausgangsstellung entsprechende Stellung gelangt. Allerdings ist die Abtriebswelle dann erst um 180° weitergedreht worden. Bezeichnet man einen Vollzyklus erst dann als vollständig, wenn die beiden Teilkolben eines jeden Doppelkolbens in ihre Ausgangsstellungen zurückgekehrt sind, so müssen hierfür sechs Teilzyklen durchlaufen werden, in denen sich die Abtriebswelle um 360° weiterdreht.

Von den bei einer Doppelkolbenanordnung immer vorhandenen sechs Öffnungspaaren werden immer zwei, die gegeneinander um 180° versetzt angeordnet sind, gleichzeitig in der gleichen Weise angesteuert, so dass im Prinzip auch hier nur drei der in Fig. 2 gezeigten Ventile erforderlich sind, von denen jedes zwei Öffnungspaare kontrolliert.

Vorzugsweise finden aber zwölf Ventile Verwendung, von denen jedes jeweils einer Dampfzuführöffnung 27, 29, 31 bzw. einer Entlüftungsöffnung 28, 30, 32 zugeordnet ist und die entsprechend den oben beschriebenen Abläufen gesteuert werden

Die Steuerung der Ventile erfolgt vorzugsweise auf elektrischem Weg, d.h. es sind Sensoren vorhanden, mit deren Hilfe ständig die Positionen der beiden Einfach- oder Doppelkolben erfasst werden, um dann aus den Ausgangssignalen dieser Sensoren die Steuerbefehle zum Öffnen bzw. Schließen der Ventile abzuleiten.

Um die Stellungen der Kolben erfassen zu können, müssen entweder an ihnen selbst oder an Teilen der Umlaufkolben-Dampfmaschine, die vorzugsweise außerhalb der Kammer angeordnet und mit den Kolben so verbunden sind, dass sie deren Bewegung abbilden, Markierungen angebracht sein, die von den Sensoren erfasst werden können. Dabei kann es sich um mechanische, optische, magnetische oder andere Markierungen handeln, wie sie dem Fachmann geläufig sind.

Vorzugsweise umfasst jede der axialen Seitenwände der Kammer zwei zur Abtriebswelle konzentrische Kreisringscheiben, von denen die eine einen Teil des feststehenden Gehäuses bildet, während die andere fest mit einem der Kolben verbunden ist und sich bei dessen Umlauf bewegung um die Abtriebswelle dreht. An der Außenseite dieser sich drehenden Kreisringscheiben können dann die Markierungen für die Sensoren in gut zugänglicher Weise angebracht werden.

Die zur Dampfzu- bzw. abführung erforderlichen Öffnungspaare sind vorzugsweise in den feststehenden Kreisringscheiben der axialen Seitenwände vorgesehen. Dies ermög- licht es, die Umlaufkolben-Dampfmaschine mit senkrecht stehender Abtriebswelle zu betreiben, wobei die Anordnung so getroffen ist, dass sich die Dampfabführöffnungen in der unten liegenden Seitenwand befinden, sodass eventuell entstehendes Kondenswas- ser gut abfließen bzw. abgeführt werden kann.

In besonders bevorzugter Weise handelt es sich bei den Ventilen um Drehventile, die durch eine Rotation des Ventilkörpers um beispielsweise 90° aus ihrem Schließ- in ihren Öffnungszustand übergeführt werden können. Dazwischen sind beliebige Zwischenstellungen möglich, in denen die Durchgangsöffnung unterschiedliche Querschnitte aufweist, sodass das die Menge des dem betreffenden Arbeitsraum je Zeiteinheit zugeführten Dampfes bzw. die Stärke bzw. Geschwindigkeit der Entlüftung des zugehörigen Auslassraumes sehr genau und kontinuierlich gesteuert werden können.

Diese Drehventile sind vorzugsweise unmittelbar in die betreffende Öffnung eingebaut und so konfiguriert und positioniert, dass sie im geschlossenen Zustand die Öffnung mit der Innenwand der Kammer fluchtend verschließen. Dadurch wird erreicht, dass diese Ventile von den Kolben in der Kammer problemlos überfahren werden können, und dass bei geschlossenen Ventilen die Kammerwände im Bereich der Öffnungen keinerlei Vertiefungen aufweisen, die zur Ablagerung von Verschmutzungen, zur Dampfkondensation und/oder zu Problemen bei der Kolbenschmierung führen könnten.

Die Drehventile werden durch eine elektronische Steuerung, welche permanent von Sensoren Informationen über die momentanen Kolbenstellungen erhält, so betätigt, dass sich grundsätzlich das gleiche Ansteuerschema ergibt, wie dies oben für die Ventile mit drei Dampfdurchgangskanälen beschrieben wurde. Ein „Vorventil", das dem in die Dampfzuführöffnung eingebauten Ventil den Dampf nur in bestimmten, durch die Kolbenstellungen definierten Zeiträumen zuführt, ist hier nicht erforderlich.

Bei der folgenden Beschreibung des Flussdiayramms der Fig. 5 werden die Ausdrücke „Arbeitskolben", „Abstützkolben" „Dampfzuführöffnung", „Entlüftungsöffnung", „Arbeitsraum" und „Auslassraum" der Einfachheit halber nur in der Einzahl verwendet, es versteht sich jedoch, dass auch immer mehrere dieser Teile bzw. Bereiche vorhanden sein können, die dann gleichzeitig in der beschriebenen Weise zum Einsatz kommen.

Der Ablauf beginnt mit dem Schritt 40, in welchem der Motor aus dem Stand gestartet wird. Hierfür ist es zunächst erforderlich, die Winkelpositionen der sich noch nicht bewegenden Kolben zu ermitteln (Schritt 41). Sobald die Steuerung Kenntnis über die Winkelpositionen der Kolben hat, kann sie im Schritt 42 durch Auswahl der Dampfzuführöffnung und der Entlüftungsöffnung den Startpunkt festlegen, die für den Motorstart geöffnet werden sollen.

Daraufhin schließt sie im Schritt 43 alle Ein- und Auslässe mit Ausnahme des Auslasses des Freiraums, der im ersten Teilzyklus als Auslassraum dienen soll.

Danach beginnt im Schritt 44 der erste Teilzyklus. Zunächst wird im Schritt 45 dem Arbeitsraum gedrosselt Dampf zugeführt, um den Arbeitskolben in dosierter Weise zu be- schleunigen. Während dieser Phase wird im Schritt 46 die Winkelgeschwindigkeit des Arbeitskolbens ermittelt und im Schritt 47 festgestellt, ob der Arbeitskolben in die Abtriebswelle eingerastet ist. Ist das Ergebnis dieser Überprüfung negativ, kehrt die Ablaufsteuerung zum Schritt 45 zurück und durchläuft diese Schleife so lange bis feststeht, dass der Arbeitskolben antriebsmäßig mit der Abtriebswelle verbunden ist.

Dann wird im Schritt 48 die Dampfzufuhr zum Arbeitsraum erhöht, um das gewünschte Drehmoment zu erzeugen.

Im Schritt 49 wird überprüft, ob die gewünschte Arbeitsraumfüllung erreicht ist. Ist dies nicht der Fall, kehrt die Steuerung zum Schritt 48 zurück und durchläuft diese Schleife so lange, bis das Ergebnis der Abfrage 49 positiv ist. Danach wird im Schritt 50 die Dampfzufuhr zum Arbeitsraum. Der Arbeitskolben, der im antriebsmäßigen Eingriff mit der Abtriebswelle steht, bewegt sich dann aufgrund der Expansion des im Arbeitsraum vorhandenen Dampfes in Drehrichtung vorwärts.

Um zu verhindern, dass der Arbeitskolben am Ende dieses Teilzyklus, d.h. dann, wenn der Arbeitsraum seine volle Winkelerstreckung erreicht hat und der Auslassraum auf eine minimale Winkelerstreckung reduziert worden ist, auf den in Drehrichtung vor ihm liegenden Abstützkolben aufprallt, ist ein erster Bremspunkt definiert, der in Abhängigkeit von der Laufgeschwindigkeit des Motors und/oder der erforderlichen Last variabel sein kann. Im Schritt 51 wird überprüft, ob der Arbeitskolben diesen ersten Bremspunkt erreicht hat. Diese Überprüfung läuft so lange, bis das Ergebnis positiv ist und eine Abbremsung des Arbeitskolbens im Schritt 52 dadurch eingeleitet wird, dass die Entlüftung des Auslassraumes gedrosselt oder beendet wird, und/oder dass eine dosierte Dampfzufuhr zu diesem Auslassraum erfolgt, um eine der Vorwärtsbewegung des Arbeitskolbens entgegen gerichtete Pufferwirkung zu erzielen. Außerdem kann eine dosierte Entlüftung des Arbeitsraumes stattfinden.

In dieser Phase wird dann im Schritt 53 weiter überprüft, ob ein zweiter Bremspunkt erreicht worden ist, in welchem sich der Arbeitskolben noch näher an den vor ihm liegenden Abstützkolben befindet. Ist dieser Punkt erreicht, so erfolgt im Schritt 54 eine vollständige Abbremsung des bisherigen Arbeitskolbens bis zum Stillstand und es ist das Teilzyklusende 55 erreicht, von welchem die Ablaufsteuerung zum Schritt 44 zurück kehrt, um den nächsten Teilzyklus zu durchlaufen.

In Fig. 6 ist in schematischer Weise ein Drehventil 60 dargestellt, dessen Ventilgehäuse von der Kammerwand 64 der Umlaufkolben-Dampfmaschine gebildet wird. Durch diese Kammerwand 64 erstreckt sich eine Durchgangsbohrung 65 von der unten liegenden Außenseite zu dem oben liegenden Innenraum der Kammer. Am äußeren Ende der Durchgangsbohrung 65 sind der Einfachheit halber nicht dargestellte Anschlusseinrichtungen vorhanden, die es ermöglichen, hier eine Rohrleitung anzuschließen, die, je nachdem, ob es sich bei der auf der Innenseite gebildeten Austrittsöffnung der Durchgangsbohrung 65 um eine Dampfzuführöffnung oder eine Entlüftungsöffnung handelt, eine Dampfzuführleitung oder eine Entlüftungsleitung sein kann. Zum Kammerinnenraum hin erweitert sich die Durchgangsbohrung 65 zu einem sphärischen Hohlraum, der an seiner Innenseite durch eine Kalotte 66 angeschnitten ist, die zur Führung der sich im Inneren der Kammer bewegenden Kolben dient. Die Senkrechte zur Zeichenebene der Fig. 6. verläuft tangential zu der gekrümmten Kolbenbewegungsbahn.

Im Inneren des eben beschriebenen sphärischen Hohlraums ist ein im Wesentlichen sphärischer Ventilkörper 68 angeordnet, der aus seiner in Fig. 6 gezeigten Schließstellung um eine senkrecht zur Zeichenebene durch seine Mitte X hindurch gehende Achse um 90° so geschwenkt werden kann, dass seine axiale Durchgangsbohrung 69 mit der Durchgangsbohrung 68 in der Kammerwand 64 fluchtet. In dieser Stellung ist das Ventil 60 dann geöffnet.

Der Ventilkörper 68 ist auf der in seiner Schließstellung dem Kammerinnenraum zugewandten Seite so abgeflacht, dass er der Kontur der Innenwand der Kammer exakt fluchtend folgt, d.h. weder in die kalottenförmige Ausnehmung 66 hinein vorsteht noch gegen diese zurückspringt.

Auf diese Weise wird einerseits ein problemloses Überfahren des Ventils 60 durch die Kolben ermöglicht und andererseits werden keinerlei Toträume gebildet, in denen sich Dampf kondensieren und/oder Schmutz und/oder Schmieröl ablagern könnte.

Die in Fig. 6 gezeigten Drehventile 60 sind insbesondere für einen Betrieb mit einer elektrisch/elektronischen Ventilsteuerung vorgesehen, die über entsprechende Sensoren die erforderlichen Informationen über die Kolbenstellungen, die Drehgeschwindigkeit des Motors und das aufzubringende Drehmoment Informationen erhält und auf deren Grundlage die exakten Zeitpunkte zum Öffnen und Schließen dieser Ventile 60 ermittelt und die entsprechenden Aktionen durchführt. Die im Zusammenhang mit den Fig. 3a bis 3c erläuterte Vor- Ventilanordnung, die die Verbindung jedes Dampfzuführventilkanals 15 (siehe Fig. 3a bis 3c) mit der Dampfhauptzuführleitung 36 zu den gegebenen Zeitpunkten öffnet bzw. unterbricht, ist in diesem Fall nicht erforderlich.

Claims

Patentansprüche

1. Verfahren zum Steuern der Ventile einer Umlaufkolben-Dampfmaschine, die Folgendes umfasst: eine ringförmig geschlossene, rotationssymmetrische Kammer, zwei in dieser Kammer voneinander unabhängig umlaufende Kolben (4, 6; 4a, 4b, 6a, 6b), die durch Kupplungen alternierend mit der Abtriebswelle (2) bzw. dem Gehäuse (3) der Dampfmaschine verbindbar sind, um erstere in Drehrichtung anzutreiben bzw. sich an letzterem entgegen der Drehrichtung abzustützen, wobei diese Kolben (4, 6; 4a, 4b, 6a, 6b) zwischen sich Freiräume einschließen, die in aufeinander folgenden Teilzyklen dadurch alternierend als Arbeitsräume (7; 7a, 7b) bzw. Auslassräume (8; 8a, 8b) fungieren, dass sich ihre Winkelerstreckungen gegenläufig vergrößern bzw. verkleinem,

Öffnungspaare (27, 28; 29, 30; 31 , 32) welche die Kammer mit der Außenseite verbinden und durch ihre Positionen die Anfangs-Winkelstel- lungen der Teilzyklen definieren, wobei jedes Öffnungspaar aus einer Dampfzuführöffnung (27, 29, 31) und einer Entlüftungsöffnung (28, 30, 32) besteht, eine Vielzahl von steuerbaren Ventilen, von denen jeweils eines einer jeden der Dampfzuführöffnungen (27, 29, 31) und eines einer jeden der Entlüftungsöffnung (28, 30, 32) zugeordnet ist, und eine elektronische Steuereinheit, welche die Ventile in der Weise betätigt, dass in jedem der Teilzyklen wenigstens einem Arbeitsraum (7; 7a, 7b) der Kammer Dampf zugeführt und wenigstens ein Auslassraum (8; 8a, 8b) der Kammer entlüftet wird, dadurch gekennzeichnet, dass zur ständigen Erfassung von Bewegungsparametern der Kolben (4, 6; 4a, 4b, 6a, 6b) Sensoren vorgesehen sind, die optische und/oder magnetische Markierungen abtasten und deren Ausgangssignale der Steuereinheit zugeführt werden, die sie zur Ermittlung der Zeitpunkte heranzieht, in denen sie die Dampfzufuhr zu dem wenigstens einem Arbeitsraum (7; 7a, 7b) bzw. die Entlüftung des wenigstens ein Auslassraums (8; 8a, 8b) beginnt und beendet.

2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich Sensoren zur Erfassung der Winkelgeschwindigkeit der Abtriebswelle (2) vorgesehen sind, die optische und/oder magnetische Markierungen abtasten und de- ren Ausgangssignale der Steuereinheit zugeführt werden, die sie zur Ermittlung der Zeitpunkte heranzieht, in denen sie die Dampfzufuhr zu dem wenigstens einem Arbeitsraum (7; 7a, 7b) bzw. die Entlüftung des wenigstens ein Auslassraums (8; 8a, 8b) beginnt und beendet.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass durch Sensoren abgetastete Markierungen an den Kolben (4, 6; 4a, 4b; 6a, 6b) selbst angebracht sind.

4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die durch die Sensoren abgetasteten Markierungen an zwei außerhalb der Kammer angeordneten Bauteilen der Umkaufkolben-Dampfmaschine angebracht sind, von denen dich jedes mit einem der Kolben (4, 6; 4a, 4b; 6a, 6b) mitbewegt.

5. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit die Stärke der Dampfzufuhr zu dem wenigstens einen Arbeitsraum (7; 7a, 7b) und/oder das Ausmaß der Entlüftung des wenigstens einen Auslassraums (8; 8a, 8b) in Abhängigkeit von den Signalen der Sensoren zeitlich variabel steuert.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Dampfzufuhr zu dem wenigstens einen Arbeitsraum (7; 7a, 7b) und/oder die Entlüftung des wenigstens einen Auslassraums (8; 8a, 8b) so gesteuert werden, dass der dem Arbeitsraum (7; 7a, 7b) in Drehrichtung der Abtriebswelle (2) vorauslaufende Kolben zunächst nur so stark beschleunigt wird, dass er die vorauslaufende Rasteinrichtung an der Abtriebswelle (2) einholt, und dass die maximale Dampfzufuhr zum Arbeitsraum (7; 7a, 7b) frühestens bei dem antiebsmäßigen Eingreifen des vorauslaufenden Kolbens in die Abtriebswelle (2) erfolgt.

7. Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Stärke der Dampfzufuhr zu dem wenigstens einen Arbeitsraum (7; 7a, 7b) und/oder die Entlüftung des wenigstens einen Auslassraums (8; 8a, 8b) so gesteuert werden, dass der dem Arbeitsraum (7; 7a, 7b) in Drehrichtung vorauslaufende Kolben abgebremst wird, bevor der Arbeitsraum (7; 7a, 7b) seine maximale und der Auslassraum (8; 8a, 8b) seine minimale Winkelerstreckung erreicht hat.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Abbremsen des dem wenigstens einen Arbeitsraum (7; 7a, 7b) in Drehrichtung vorauslaufenden Kolbens durch eine Drosselung der Dampfzufuhr zum Arbeitsraum (7; 7a, 7b) erfolgt.

9. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Abbremsen des dem wenigstens einen Arbeitsraum (7; 7a, 7b) in Drehrichtung vorauslaufenden Kolbens durch eine dosierte Entlüftung des Arbeitsraums (7; 7a, 7b) erfolgt.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Abbremsen des dem wenigstens einen Arbeitsraum (7; 7a, 7b) in Drehrichtung vorauslaufenden Kolbens durch eine Drosselung der Entlüftung des Auslassraums (8; δa, 8b) erfolgt.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Abbremsen des dem wenigstens einen Arbeitsraum (7; 7a, 7b) in Drehrichtung vorauslaufenden Kolbens durch eine dosierte Dampfzufuhr zum Auslassraum (8; 8a, 8b) erfolgt.

12. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jedes der Ventile ein Drehventil (60) ist, das einen im Wesentlichen sphärischen Ventilkörper (68) mit einer axialen Durchgangsbohrung (69) aufweist, der in die zur zugehörigen Dampfzuführöffnung (27, 29, 31) bzw. Entlüftungsöffnung (28, 30, 32) führende, sich durch die Kammerwand (64) erstreckende Bohrung (65) eingebaut ist und durch elektrische Steuersignale der Steuereinheit zu einer Drehbewegung veranlasst werden kann, die ihn aus einer Schließ- in eine Öffnungsstellung und umgekehrt überführt, wobei der im Wesentlichen sphärische Ventilkörper (68) eine Abflachung derart aufweist, dass er in der Schließstellung bündig mit der Innenseite der Kammerwand (64) fluchtet.

13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der sphärische Ventilkörper (68) durch die Steuereinheit zur Einnahme einer Stellung gebracht werden kann, in der er die zugehörige Dampfzuführöffnung (27, 29, 31) bzw. Entlüftungsöffnung (28, 30, 32) nur teilweise verschließt