Die vorliegende Erfindung betrifft eine Axialkolbenmaschine mit einer Welle, die drehfest mit einer Schrägscheibe verbunden ist, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 . Die Erfindung betrifft außerdem ein Wärmerückgewinnungssystem mit einer derartigen Axialkolbenmaschine.

Bei Verbrennungsmotoren ist es bekannt, dass lediglich 40% der in Kraftstoff gespeicherten Energie zur Bewegung des Kolbens und damit zum Antrieb des Verbrennungsmotors genutzt werden. Die restliche im Rahmen der Verbrennung erzeugte Energie wird hauptsächlich durch entweichende Verbrennungsabgase in Form von Wärme aus dem Verbrennungsmotor abgeleitet. Zur Reduzierung derartiger Wärmeverluste und damit auch zur Steigerung der Effizienz des Verbrennungsmotors ist es bekannt, eine Axialkolbenmaschine mit dem Verbrennungsmotor zu koppeln.

Aus der DE 10 2010 036 917 A1 ist beispielsweise eine gattungsgemäße Axialkolbenmaschine mit einer Welle bekannt, welche drehfest mit einer Schrägscheibe verbunden ist. Koaxial zur Welle und ringförmig um diese sind dabei mehrere Zylinder angeordnet, in welchen jeweils gebaute und hohle Kolben translatorisch verstellbar angeordnet sind. Jeder dieser Kolben ist über ein zugehöriges Kalottenlager und einen Gleitstein mit der Schrägscheibe gekoppelt, wodurch eine Bewegung des jeweiligen Kolbens einen Antrieb der Schrägscheibe und damit ein Antreiben der Welle bewirkt. Über eine Steuerscheibe mit einer exzentrisch angeordneten Durchgangsöffnung wird dabei jede Einlassöffnung eines Zylinders bei jeder Umdrehung einmal überstrichen und dabei dem jeweiligen Zylinderarbeitsmedium zugeführt. Hierdurch soll insbesondere eine kompaktbauende Axialkolbenmaschine geschaffen werden können. Nachteilig bei der aus dem Stand der Technik bekannten Axialkolbenmaschine ist indes deren vergleichsweise aufwendige Fertigung.

Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich daher mit dem Problem, für eine Axialkolbenmaschine der gattungsgemäßen Art eine verbesserte oder zumindest eine alternative Ausführungsform anzugeben, welche sich insbesondere durch einen vereinfachten Aufbau und eine vereinfachte Montage auszeichnet.

Dieses Problem wird erfindungsgemäß durch die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.

Die vorliegende Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, einen Zylinderkopf einer Axialkolbenmaschine offen zu gestalten, so dass in diesen vergleichsweise einfach eine Zylinderlaufbuchse eingesetzt werden kann, wobei diese Zylinderlaufbuchse nicht nur einen Zylindermantel, sondern auch eine Stirnwand und eine Einlassöffnung besitzt. Die Zylinderlaufbuchse schließt somit den gesamten Zylinderraum ab, wodurch die bisher sehr aufwendige Fertigung des Zylinderkopfs bzw. der Zylinder umgangen werden kann. Die erfindungsgemäße Axialkolbenmaschine besitzt dabei eine Welle, welche drehfest mit einer Schrägscheibe verbunden ist und bei welcher zumindest vier kranz-/ringförmig um und koaxial zur Welle angeordnete Zylinder vorgesehen sind, in welchen insbesondere gebaute und hohle Kolben translatorisch verstellbar angeordnet sind. Jeder dieser Kolben ist dabei über ein eigenes Kalottenlager und einen Gleitstein mit der Schrägscheibe des Antriebs verbunden. In dem Zylinder ist darüber hinaus eine Einlassöffnung geordnet, die periodisch von einer Steuerscheibe mit einer exzentrisch angeordneten Durchgangsöffnung überstrichen wird. Bei jeder Umdrehung der Steuerscheibe überstreicht somit die Durchgangsöffnung genau einmal die zugehörige Einlassöffnung des Zylinders und ermöglicht dadurch einen Eintritt von Arbeitsmedium in den zugehörigen Zylinder. Durch die erfindungsge- mäß in den Zylinder eingesetzte Zylinderlaufbuchse, die zugleich eine Stirnwand und die Einlassöffnung aufweist, müssen diese nicht mehr wie bisher im Zylinderkopf, d.h. im Gehäuse, vorgesehen werden, wodurch nicht nur die Fertigung des Zylinderkopfes bzw. des Gehäuses vereinfacht wird, sondern auch deutlich höhere Qualitätsansprüche bei der separaten Fertigung der Zylinderlaufbuchse verwirklicht werden können.

Bei einer vorteilhaften Weitungsbildung der erfindungsgemäßen Lösung weist die Einlassöffnung zur Steuerscheibe hin eine Beschichtung auf, insbesondere eine Polymerbeschichtung, eine DLC-Beschichtung, eine Kohlenstoffbeschichtung o- der eine Polytetrafluorethylen-Beschichtung. Bereits diese nicht abschließende Aufzählung der Beschichtungsmaterialien lässt erahnen, welch mannigfaltige Möglichkeiten hinsichtlich der Verbesserung der Verschleißbeständigkeit und der Reduzierung des Reibungswiderstandes bestehen. Sämtliche genannte Be- schichtungen ermöglichen dabei ein vergleichsweise reibungsarmes Gleiten der Steuerscheibe auf der Einlassöffnung und reduzieren zudem den dabei auftretenden Verschleiß.

Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Lösung sind zwischen der Zylinderlaufbuchse und dem Gehäuse bzw. dem Zylinderkopf der Axialkolbenmaschine wärmeisolierende Hohlräume angeordnet. Da Wärmeverluste generell Energieverluste darstellen und direkt den Wirkungsgrad der Axialkolbenmaschine negativ beeinflussen, ist durch das erfindungsgemäße Vorsehen von wärmeisolierenden Hohlräumen eine Wärmeabfuhr zumindest reduziert, wodurch der Wirkungsgrad der Axialkolbenmaschine erhöht werden kann. Zumindest einer dieser Hohlräume ist dabei mit Luft und/oder einem wärmeisolierenden Material gefüllt, was die Wärmeisolierung insgesamt verbessert. Bereits das Vorsehen von lediglich Luft als wärmeisolierendem Material stellt einen nahezu opti- malen Wärmeisolator dar, der nicht nur eine hohe Wärmeisolierung gewährleistet, sondern zudem auch kein Gewicht aufweist.

Zweckmäßig ist das Gehäuse der Axialkolbenmaschine, d.h. der Zylinderkopf, aus zumindest zwei Gehäuseteilen zusammengesetzt, wobei zwischen zumindest zwei Gehäuseteilen zumindest ein wärmeisolierender Hohlraum angeordnet ist. Das Zusammensetzen des Gehäuses bzw. des Zylinderkopfes der Axialkolbenmaschine aus zumindest zwei Gehäuseteilen erleichtert wiederum deren Fertigung bzw. Montage, wobei das Vorsehen des zumindest einen wärmeisolierenden Hohlraums wiederum einen unkontrollierten und insbesondere auch unerwünschten Wärmeabfluss zumindest minimiert und damit den Wirkungsgrad der Axialkolbenmaschine positiv beeinflusst. Durch das Herstellen des Gehäuses bzw. des Zylinderkopfes aus mehreren Teilen lassen sich diese aufgrund der verbesserten Zugänglichkeit leichter bearbeiten.

Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Lösung kann das Gehäuse bzw. der Zylinderkopf aus einem Gussmaterial hergestellt sein und einen integrierten Auslasskanal aufweisen oder aber aus mehreren Gehäuseteilen zusammengesetzt sein, wovon zumindest zwei Gehäuseteile zusammen einen Auslasskanal bilden. Besonders die zuletzt genannte Alternative ermöglicht dabei einen vergleichsweise konstruktiv einfachen Aufbau des Gehäuses bzw. des Zylinderkopfes, da beispielsweise Sand- oder Salzkerne, wie diese beim gegossenen Gehäuse zur Abbildung des Auslasskanals vorgesehen werden müssen, nun nicht mehr erforderlich sind. Durch den Entfall eines vergleichsweise komplizierten Gießkerns kann ein deutlicher Fertigungsvorteil realisiert werden.

Eine besonders vorteilhafte Lösung der erfindungsgemäßen Axialkolbenmaschine zeichnet sich dadurch aus, dass eine Gehäuse im Bereich des Auslasskanals überziehende Abdeckung vorgesehen ist. Eine derartige Abdeckung dient dabei ebenfalls der Wärmeisolierung und kann beispielsweise mit Abstand zum Gehäu- se bzw. zum Zylinderkopf angeordnet sein. In diesem Abstand ist beispielsweise ein Isolator, insbesondere Luft oder ein wärmeisolierendes Material, vorgesehen, welches einen unerwünschten Wärmeabfluss zusätzlich zumindest erschwert. Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus den Zeichnungen und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnungen.

Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.

Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert, wobei sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder ähnliche oder funktional gleiche Komponenten beziehen.

Es zeigen, jeweils schematisch

Fig. 1 eine Schnittdarstellung durch eine erfindungsgemäße Axialkolbenmaschine im Bereich eines Zylinders mit eingesetzter Zylinderlaufbuchse,

Fig. 2 eine Darstellung wie in Figur 1 , jedoch bei anders ausgebildeten Zy- linderkopf/-gehäuse,

Fig. 3 eine Darstellung wie in Figur 1 , jedoch mit zusätzlich angeordneter

Abdeckung über einem Auslasskanal, Fig. 4 eine Darstellung der erfindungsgemäßen Axialkolbenmaschine bei

Schnitt durch einen Zylinder ohne Zylinderlaufbuchse und gegossenem Gehäuse, jedoch mit mechanisch nachbearbeitetem Auslass.

Entsprechend den Figuren 1 und 2, weist eine erfindungsgemäße Axialkolbenmaschine 1 , welche beispielsweise Bestandteil eines nicht näher gezeigten Wärmerückgewinnungssystems 2 eines Kraftfahrzeuges ist, eine Welle 3 auf, welche drehfest mit einer Schrägscheibe 4 verbunden ist. Um die Welle 3 herum und koaxial zu dieser angeordnet sind vorzugsweise zumindest vier Zylinder 5, in welchen gebaute und hohle Kolben 6 translatorisch verstellbar angeordnet sind. Jeder dieser Kolben 6 ist dabei über ein Kalottenlager 7 und einen Gleitstein 8 mit der Schrägscheibe 4 zum Antrieb der Welle 3 gekoppelt. Jedem Zylinder 5 ist darüber hinaus eine Einlassöffnung 9 zugeordnet, die je von einer Steuerscheibe 10 abgedeckt ist. Diese Steuerscheibe 10 besitzt eine exzentrisch angeordnete Durchgangsöffnung 1 1 und ist zudem drehfest mit der Welle 3 verbunden. Bei jeder Umdrehung der Steuerscheibe 10 überstreicht deren Durchgangsöffnung 1 1 jeweils einmal jede Einlassöffnung 9 und ermöglicht dadurch einen Zutritt von Arbeitsmedium in den zugehörigen Zylinder 5. Das Arbeitsmedium wird dabei in einem Sammelraum 12 unter Druck gesammelt, wobei dieser Sammelraum 12 beispielsweise mit einem Abgasstrang eines Verbrennungsmotors verbunden ist.

Erfindungsgemäß ist nun in zumindest einem Zylinder 5 eine Zylinderlaufbuchse 13 eingesetzt, die nicht nur eine Mantelfläche, sondern zudem auch eine Stirnwand 14 und die darin integrierte Einlassöffnung 9 aufweist. Hierdurch ist es insbesondere möglich, einen Zylinderkopf bzw. ein Gehäuse 15, in welchem die einzelnen Zylinder 5 angeordnet sind, mehrteilig und damit fertigungstechnisch deutlich einfacher aufzubauen. Betrachtet man dabei die Figuren 1 bis 3, so ist erkennbar, dass die Zylinderlaufbuchse 13 von unten in einen Zylinderhohlraum des Zylinders 5 einschiebbar ist, bis sie mit ihrer (Zylinderbuchsen-)Stirnwand 14 an einer Abdeckung 16 anstößt. Die Abdeckung 16 ragt dabei kragen artig und als Anschlag ausgebildet nach innen, so dass sich die Zylinderlaufbuchse 13 mit ihrer Stirnwand 14 daran abstützen kann.

In Figur 4 ist die erfindungsgemäße Axialkolbenmaschine 1 in einer Schnittdarstellung durch einen Zylinder 5 gezeigt, der keine derartige Zylinderlaufbuchse 13 besitzt. Somit ist klar, dass nicht in sämtlichen Zylindern 5 derartige Zylinderlaufbuchsen 13 eingesetzt sein müssen.

Zur Steuerscheibe 10 hin besitzt die Einlassöffnung 9 eine Beschichtung 17, insbesondere eine Polymerbeschichtung, eine DLC-Beschichtung, eine Kohlenstoff- beschichtung oder eine Polytetrafluorethylen-Beschichtung (PTFE), welche nicht nur besonders verschleißbeständig ist, sondern auch eine Reibung zwischen der Steuerscheibe 10 und der Einlassöffnung 9 bzw. deren Rand zumindest minimiert.

Bei der Axialkolbenmaschine 1 gemäß der Figur 4 in dem dort geschnitten gezeigten Zylinder 5 ist die Einlassöffnung 9 in die Abdeckung 16 integriert, so dass die Beschichtung 17 an der Abdeckung 16 um die Einlassöffnung 9 herum angeordnet ist. Hierbei bildet die Abdeckung 16 einen integralen Bestandteil des Gehäuses 15 bzw. des Zylinderkopfs.

Um einen unerwünschten Wärmeabfluss und damit eine unerwünschte Reduzierung des Wirkungsgrades der erfindungsgemäßen Axialkolbenmaschine 1 möglichst zu minimieren, sind zwischen der Zylinderlaufbuchse 13 und dem Gehäuse 15 wärmeisolierende Hohlräume 18 angeordnet, die wahlweise mit Luft oder mit einem wärmeisolierenden Material gefüllt sind. Da bereits Luft ein vergleichsweise guter Wärmeisolator ist, zudem keinerlei Gewicht besitzt, ist ein luftgefüllter Hohlraum 18 bevorzugt eingesetzt. Selbstverständlich sind entsprechende Rippen und Stege zur Begrenzung der Hohlräume 18 einerseits und zur Abstützung der Zylinderlaufbuchse 13 andererseits vorgesehen, so dass die Zylinderlaufbuchse 13 zuverlässig gehalten ist.

Betrachtet man das Gehäuse 15 der Axialkolbenmaschine 1 gemäß den Figuren 1 bis 3, so kann man feststellen, dass dieses aus mehreren Gehäuseteilen zusammengesetzt ist, wobei zwischen dem Gehäuseteil 19 und dem Gehäuseteil 20, hier also der Abdeckung 16, wiederum ein wärmeisolierender Hohlraum 18' vorgesehen ist, welcher einen unerwünschten Wärmeabfluss zumindest reduzieren soll. Generell kann das Gehäuse 15 auch aus mehr als zwei Gehäuseteilen 19, 20 zusammengesetzt sein, wobei insbesondere bei der gemäß der Figur 2 gezeigten Variante ein weiteres Gehäuseteil 21 zusammen mit dem Gehäuseteil 19 einen Auslasskanal 22 bildet. Zur Abdichtung des Auslasskanals 22 können dabei zwischen den beiden Gehäuseteilen 19 und 21 Dichtungen 23 angeordnet sein. Eine Verbindung zwischen dem Gehäuseteil 21 und dem Gehäuseteil 19 kann beispielsweise durch eine nichtgezeigte Schraubverbindung bewerkstelligt werden. Zwischen dem Gehäuse 19 und der Abdeckung 16, das heißt dem Gehäuseteil 20 kann darüber hinaus eine nichtgezeigte Flachdichtung eingesetzt werden. Die Abdeckung 16 bzw. dieses Gehäuseteil 20 ist den Figuren 1 und 2 Bestandteil eines mehrteiligen Deckels 24, der neben dem Gehäuseteil 20 ein weiteres Gehäuseteil 25 sowie ein Abtrennblech 26 umfasst. Der dazwischen liegende Hohlraum 18" ist dabei zu Isolationszwecken ebenfalls mit Luft oder einem wärmeisolierenden Material gefüllt. Selbstverständlich ist auch denkbar, dass der Deckel 24 lediglich aus dem Gehäuseteil 25 besteht, welches in entsprechend modifizierter Form direkt auf dem Gehäuse 15 montiert wird wie dies gemäß den Figuren 3 und 4 dargestellt ist.

Das Gehäuseteil 19 kann darüber hinaus als Gussteil ausgebildet werden, wie dies beispielsweise in den Figuren 1 sowie 3 und 4 gezeigt ist, wobei in diesem Fall der Auslasskanal 22 mittels eines Gießkerns, insbesondere mittels eines Salz- oder Sandkerns, hergestellt wird. Bei der Ausführungsform gemäß der Figur 2 entfällt dieser vergleichsweise aufwendige Gießkern zum Herstellen des Auslasskanals 22, da diese durch die beiden miteinander verbundenen Gehäuseteile 19 und 21 gebildet wird.

Betrachtet man die Figur 1 , so kann man erkennen, dass eine das Gehäuse 15 im Bereich des Auslasskanals 22 überziehende Abdeckung 27 vorgesehen ist, die ebenfalls der Wärmeisolierung dient und die beispielsweise mit Abstand, das heißt mit einem Spalt, zum Gehäuseteil 19, d.h. zum Gehäuse 15, angeordnet ist. Zwischen der Abdeckung 27 und dem Gehäuse 15 kann entweder Luft oder ebenfalls ein wärmeisolierendes Material angeordnet werden. Verbunden wird die Abdeckung 27 beispielsweise mittels einer Schweißverbindung mit dem Gehäuseteil 19.

Um eine möglichst präzise Auslasssteuerung erreichen zu können, kann eine Auslassöffnung 28 mechanisch nachbearbeitet werden, insbesondere sofern das Gehäuse 15 bzw. das Gehäuseteil 19 als Gussteil ausgebildet ist. Die vergleichsweise enge Toleranz der Maße der Auslassöffnung 28 sind insbesondere deshalb wichtig, dass der Auslass nicht zu früh geöffnet und damit der Wirkungsgrad reduziert wird. Dies kann beispielsweise dadurch erfolgen, dass im Gussteil zunächst kleinere Auslassöffnungen 28 ausgefräst werden und beim Einsetzen der Zylinderlaufbuchse 13 durch ein präzises Nachbearbeiten, beispielsweise durch Stanzen oder Laserschneiden gefertigt wird. Auch ist denkbar, dass die Zylinderlaufbuchse 13 als flaches Blechteil gestanzt/geschnitten wird und dann zur zylindrischen Zylinderlaufbuchse 13 aufgerollt bzw. umgeformt und verschweißt wird. Das mechanische Nachbearbeiten der Auslassöffnung 28 kann auch bei der Axialkolbenmaschine 1 gemäß der Figur 4 erfolgen, bei welcher in diesem Zylinder 5 jedoch keine Zylinderlaufbuchse 13 vorgesehen ist. Mit der erfindungsgemäßen Axialkolbenmaschine 1 ist ein deutlich einfacheres Herstellen derselben möglich, da der Zylinderkopf bzw. das Gehäuse 15 nach oben offen sind und dadurch ein vergleichsweise einfaches Einschieben der Zylinderlaufbuchse 13 ermöglichen. Zugleich ermöglichen sie auch ein vergleichsweise einfaches Nachbearbeiten des Gehäuses 15, insbesondere im Bereich der Auslassöffnung 28. Durch das Vorsehen von Hohlräumen 18 zwischen dem Gehäuse 15 und der eigentlichen Zylinderlaufbuchse 13 kann zudem eine wärmeisolierende Anordnung geschaffen werden, durch welche weniger Wärme abfließt und der Wirkungsgrad der Axialkolbenmaschine 1 gesteigert werden kann.