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Title:
VALVE-CONTROLLED EXPANSION MACHINE
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2005/073511
Kind Code:
A1
Abstract:
Disclosed is a valve-controlled axial piston expansion machine (10) comprising a system of two or more cylinders (12,14) that are grouped around a common central axis (16). Said expansion machine (10) encompasses cylinders (12, 14) with a respective valve-controlled inlet or outlet (86) for a working medium that expands under operation, pistons (18, 20) which travel inside the cylinders (12, 14) and are connected to a joint shaft (38) via a gear (36), a valve stem (82) for opening and closing the valves (86, 94) in accordance with the working stroke of the piston, and a cam plate (52) for transmitting forces from the shaft (38) to the valve stem (82; 116). The inventive machine is characterized in that the valves (86, 94) and the valve stem (82; 116) are disposed on the side of the cylinders (12, 14) facing away from the common central axis (16). The cam plate (52) can be provided with radial cams (56) and elements (60, 62, 74; 106, 108, 114) for transforming a radial movement into an axial movement, with the aid of which a radial movement generated by the radial cams (56) of the cam plate (52) can be transmitted to the valve stem (82; 116), thus allowing the valves and the valve stem to be placed in the cold external zone of the system and reducing thermal expansion of the components.

Inventors:
Kelbel, Andreas (Ulricistrasse 39, Berlin, 14109, DE)
Thienemann, Henning (Kyffhäuserstrasse 20, Berlin, 10781, DE)
Application Number:
PCT/EP2004/014731
Publication Date:
August 11, 2005
Filing Date:
December 27, 2004
Export Citation:
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Assignee:
ENGINION AG (Gustav-Meyer-Allee 25, Berlin, 13355, DE)
Kelbel, Andreas (Ulricistrasse 39, Berlin, 14109, DE)
Thienemann, Henning (Kyffhäuserstrasse 20, Berlin, 10781, DE)
International Classes:
F01B3/02; F01B3/10; F01B17/04; F02B75/26; (IPC1-7): F01B17/04; F01B3/02; F01B3/10
Domestic Patent References:
WO2002077415A1
Foreign References:
US4262579A
US2206871A
US4066049A
EP1367218A1
FR2079555A5
GB1594347A
US1364508A
Attorney, Agent or Firm:
Weisse, Renate (Bleibtreustr. 38, Berlin, 10623, DE)
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Claims:
Patentansprüche
1. Mit Heißdampf betriebene, ventilgesteuerte AxialkolbenDampfinaschine (10) mit einer Anordnung aus zwei oder mehr Zylindern (12,14), welche um eine gemeinsame axiale Mittelachse (16) gruppiert sind, enthaltend (a) Zylinder (12,14) mit jeweils Ventilgesteuertem Einlaß bzw. Auslaß (86) für den Dampf zur Expansion des Dampfes unter Arbeitsleistung, (b) in den Zylindern (12,14) laufende Kolben (18,20), welche über ein Getriebe (36) mit einer gemeinsamen Welle (38) verbunden sind, (c) Ventilschaft (82) zum Öffnen bzw. Schließen der Ventile (86,94) entsprechend dem Arbeitstakt des Kolbens, und (d) eine Nockenscheibe (52) zum Übertragen von Kräften von der Welle (38) auf die Ventilschaft (82 ; 116), dadurch gekennzeichnet, daß (e) die Ventile (86, 94) und die Ventilschaft (82 ; 116) auf der der gemeinsamen Mittelachse (16) abgewandten Seite der Zylinder (12,14) angeordnet sind.
2. Darnpfmaschine (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Nockenscheibe (52) radiale Nocken (56) aufweist, und Übertragungselemente (60, 62,74 ; 106, 108,114) zum Übertragen einer Radialbewegung in eine Axialbewegung, mit welchen eine durch die radialen Nocken (56) der Nockenscheibe (52) hervorgerufene Radialbewegung auf die Ventilschaft (82 ; 116) übertragbar ist.
3. Dampfmaschine (10) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Übertragungselemente von einem unter einer Vorspannung stehenden Rollenstößel (60, 62 ; 106,108) und einem Kipphebel (74 ; 114) gebildet sind, der um eine in einer Radialebene liegenden, senkrecht zur Bewegungsrichtung des Kolbens (18, 20) ausgerichteten Achse (80) beweglich angeordnet ist und mit dem Ventilschaft (82 ; 116) in Kontakt steht.
4. Dampfmaschine (10) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorspannung von einer Druckfeder (66 ; 112) gebildet ist, mit welcher ein ständiger Kontakt zwischen dem Rollenstößel (60 ; 106) und der Nockenscheibe (52) aufrechterhalten wird.
5. Dampfmaschine (10) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet dass die Druckfeder (66) innerhalb einer Führung (68) für den Rollenstößel (62) angeordnet ist, die Längsachse der Druckfeder (66) in einer Radialebene liegt, so dass ein Druck auf den Rollenstößel in Richtung auf die Nockenscheibe (52) vorliegt, und der Kipphebel (76) eine zur Radialebene senkrecht stehende Kante (74) aufweist, die an der Außenkante (72) des Rollenstößels (62) anliegt und eine zur Radialebene parallele Kante (78), die an der dem Ventil (86) abgewandten Unterseite des Ventilschafts (82) anliegt.
6. Dampfrnaschine (10) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Längsachse der Druckfeder (112) parallel zur Längsachse des Ventilschafts (116) verläuft, die Druckfeder (112) einen Druck auf die dem Ventil (118) abgewandten Unterseite des Ventilschafts (116) ausübt, und der Kipphebel (114) eine zur Radialebene parallele Kante aufweist, die an der Außenkante eines an dem Rollenstößel vorgesehenen in axialer Richtung erstreckenden Vorsprungs (108) anliegt und eine zur Radialebene senkrecht stehende Kante, die an der dem Ventil (118) zugewandten Seite eines an dem Ventilschaft (116) vorgesehenen Vorsprungs (110) anliegt.
7. Dampftnaschine (10) nach einem der vorgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilkopf (84) und der Ventilschaft (82) voneinander getrennt sind und der Ventilkopf über einen Kontakt von dem Ventilschaft (82) bewegbar ist und eine Druckfeder (104) zur Erzeugung einer Vorspannung vorgesehen ist, mit welcher der Kontakt ständig aufrecht erhalten wird.
8. Dampfmaschine (10) nach einem der vorgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Mehrzahl von Nocken (56) an der Nockenscheibe (52) oder eine Mehrzahl von Nockenscheiben (52) vorgesehen ist.
9. Dampfmaschine nach einem der vorgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Getriebe ein Schrägscheibengetriebe (36) ist.
10. Dampfkreisprozess mit externer Verbrennung, gekennzeichnet durch eine Dampfmaschine (10) nach einem der vorgehenden Ansprüche.
Description:
Ventilgesteuerte Expansionsmaschine Die Erfindung betrifft eine mit Heißdampf betriebene ventilgesteuerte Axialkolben- Dampfmaschine mit einer Anordnung aus zwei oder mehr Zylindern, welche um eine gemeinsame axiale Mittelachse gruppiert sind, enthaltend (a) Zylinder mit jeweils ventilgesteuertem Einlaß bzw. Auslaß für den Dampf zur Expansion des Dampfes unter Arbeitsleistung, (b) in den Zylindern laufende Kolben, welche über ein Getriebe mit einer gemeinsamen Welle verbunden sind, (c) Ventilschaft zum Öffnen bzw. Schließen der Ventile entsprechend dem Arbeitstakt des Kolbens, und (d) eine Nockenscheibe zum Übertragen von Kräften von der Welle auf die Ventilschaft.

In einer Expansionsmaschine wird ein Arbeitsmittel unter Arbeitsleistung expandiert. Bei Expansionsmaschinen mit externer Verbrennung, wie bei einem Dampf-Kreisprozeß, wird dem Arbeitsmittel in einem Wärmeübertrager Energie in Form von Wärme aus einem Brenner zugeführt. Als Arbeitsmittel wird üblicherweise Wasser verwendet. Es kann aber auch ein anderes Arbeitsmittel, wie zum Beispiel Methylpyridin verwendet werden. Dies ist sinnvoll um ggf. eine Schmierung im Getriebebereich zu bewirken. Der entstehende Wasserdampf steht dann unter hohem Druck und ist sehr heiß. Dabei können Temperaturen von einigen hundert Grad und besonders hohe Drücke auftreten. Der Hochdruck-Dampf wird über einen Einlass in einen Zylinder überführt. In dem Zylinder befindet sich ein beweglicher Kolben. Wenn der Dampf in dem Expansionsraum innerhalb des Zylinders expandiert, wird der Kolben von einem oberen Totpunkt (OT) in

Richtung des unteren Totpunkts (UT) bewegt. Der expandierte Dampf verläßt den Expansionsraum durch einen Auslaß. Die Wärmeenergie des Arbeitsmittels wird dabei in eine Bewegung des Kolbens, d. h. in mechanische Arbeit umgewandelt. Die mechanische Arbeit wird z. B. mittels Pleuel und Kurbelwelle oder einem Schrägscheibengetriebe in eine Rotationsbewegung einer Welle überführt. Diese Rotationsbewegung kann als Kraftfahrzeugantrieb, als Antrieb für einen Generator oder als Antrieb einer Maschine dienen.

Bei einer Axialkolben-Expansionsmaschine sind mehrere Zylinder um eine gemeinsame Mittelachse herum angeordnet. Die Zylinderachsen verlaufen parallel zu der gemeinsamen Mittelachse. Die Kräfte der in den Zylindern laufenden Kolben werden auf eine gemeinsame Welle übertragen, welche koaxial zu der gemeinsamen Mittelachse verläuft. Bei dem beschriebenen Beispiel eines Dampfkreisprozesses wird der Einlass abwechselnd im Takt geöffnet und geschlossen, um die Zufuhr von Arbeitsmittel zu steuern. Dadurch wird Arbeitsmittel nur dann in den Expansionsraum eingeführt, wenn sich der Kolben im Bereich des Oberen Totpunktes befindet.

Zum Öffnen und Schließen des Einlasses sind unterschiedliche Mechanismen bekannt.

Neben der Schieber-oder Drehschiebersteuerung sind auch ventilgesteuerte Axialkolben- Expansionsmaschinen bekannt.

Stand der Technik Dampfloks wurden mit linearen Schiebern betrieben. Aus der WO 02/077415 ist es bekannt, den Gaswechselvorgang in Kolbenexpansionsmaschinen mit Drehschiebern zu steuern.

Der Nachteil dieser Schieber besteht darin, daß sie bei hohen Drücken Undichtigkeiten aufweisen. Bei Ventilen mit definiertem Ventilsitz treten diese Undichtigkeiten nicht auf.

Sie haben konstruktionsbedingt eine höhere Steuerungsgenauigkeit.

Ein Beispiel für eine bekannte ventilgesteuerte Axialkolben-Expansionsmaschine mit einem Kolben 33 ist schematisch in Figur 1 dargestellt. In der gezeigten Anordnung 11

hat jeder Einlaß bzw. Auslaß 13 ein Ventil mit Ventilsitz 15 und Ventilkopf 17, mit welchem der Einlaß bzw. Auslaß verschließbar ist. Der Ventilkopf 17 ist beweglich. Auf der gemeinsamen Welle 19 der Expansionsmaschine 11 sitzt eine axiale Nockenscheibe 21, die von der Welle 19 angetrieben wird. Eine axiale Nockenscheibe weist ein Profil in Form von kleinen, kantenlosen Vorsprüngen 23 in axialer Richtung auf der Oberfläche 25 auf. Der Ventilkopf 17 ist mit einem Ventilschaft 27 verbunden. Die dem Ventil abgewandte Seite 29 des Ventilschafts 27 liegt lose auf der Nockenscheibe 21 auf. Wenn sich die Nockenscheibe 21 mit der Welle 19 dreht, wird der Ventilschaft 27 jedesmal in Richtung Ventil und wieder zurück bewegt, wenn der Stößel einen Nocken 23 der Nockenscheibe 21 überstreicht. In diesem Zeitraum wird das Ventil durch diese Hubbewegung geöffnet und der Heißdampf tritt in den Expansionsraum 31. Die Einlaßzeiten werden also durch die Größe des Nockens bestimmt.

Fig. 2 zeigt eine Draufsicht auf die axiale Nockenscheibe 21 mit axialem Nocken 23.

Der Durchmesser der Nockenscheibe ist nur wenig größer als der Durchmesser der Welle. Die Nocken liegen auf dem äußeren Rand der Nockenscheibe. Entsprechend verlaufen die Ventilschaft in axialer Richtung in dem Zwischenraum 35 zwischen den Zylindern. Dies ist in dem Schnitt in Fig. 3 besonders deutlich erkennbar.

Bei einer thermischen Kolbenmaschine wird ein höherer Wirkungsgrad bei hohen Temperaturen des Arbeitsmittels und hohen Drücken erreicht. Entsprechend ist auch die thermische Belastung sehr hoch. Die Prozeßtemperaturen bedingen eine thermische Ausdehnung der verwendeten Werkstoffe. Üblicherweise werden für die einzelnen Komponenten, nämlich Kolben, Zylinder und Zylinderkopf, Werkstoffe mit dem gleichen Wärmeausdehnungskoeffizient verwendet. Dadurch werden die wesentlichen Effekte der Temperaturschwankungen ausgeglichen.

Die Ventilbetätigungsmechanik unterliegt jedoch besonders hohen Ansprüchen an die Steuerungsgenauigkeit, da hierdurch der Verlauf des Öffnungs-und Schließvorgangs und das komplette Schließen eines Ventils gesteuert wird. Eine Größenänderung ist hier daher von besonderem Nachteil.

Dieses Problem kann durch Verwendung von Werkstoffen mit einem sehr geringen Wärmeausdehnungskoeffizienten, zum Beispiel Keramik, gelöst werden. Solche Werkstoffe sind im allgemeinen sehr teuer und weisen nicht die gewünschten Festigkeitseigenschaften auf, da sie spröde sind.

Offenbarung der Erfindung Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Anordnung der eingangs genannten Art zu schaffen, welche auch bei hohen Temperaturen und Drücken eine genaue Steuerung und hohe Dichtigkeit des Einlasses bzw. Auslasses ermöglicht.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß die Ventile und die Ventilschaft auf der der gemeinsamen Mittelachse abgewandten Seite der Zylinder angeordnet sind.

Die Erfindung basiert auf der überraschenden Erkenntnis, daß das Temperaturfeld bei Axialkolben-Expansionsmaschinen um jeden Zylinder herum nicht symmetrisch ist. Die Temperatur fällt in dem der Mittelachse abgewandten Außenbereich der Zylinder sehr schnell ab, während sie im Bereich um die gemeinsame Mittelachse im wesentlichen gleichbleibend hoch ist.

Wenn nun die Ventilschaft und die Ventile in diesem kühleren Außenbereich liegen, bietet sich die Möglichkeit einer genaueren Ventilsteuerung. Es sind trotz der hohen Temperaturen und Drücke weder teure Materialien mit geringer Wärmeausdehnung, noch undichte Schiebersteuerungen erforderlich.

In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung weist die Nockenscheibe radiale Nocken auf, und Übertragungselemente zum Übertragen einer Radialbewegung in eine Axialbewegung, mit welchen eine durch die radialen Nocken der Nockenscheibe hervorgerufene Radialbewegung auf die Ventilschaft übertragbar ist. Unter radialen Nocken werden solche Nocken verstanden, die sich in radialer Richtung entlang des Umfangs der Nockenscheibe in der Scheibenebene erstrecken. Selbstverständlich können statt Nocken auch Ausnehmungen entlang des Umfangs der Nockenscheibe vorgesehen werden. Bei einer solchen Ausgestaltung der Erfindung kann die Kraft bei vergleichsweise kleinem Durchmesser der Nockenscheibe auf die Ventilschaft

übertragen werden. Dabei entstehen keine unerwünscht hohen Umfangsgeschwindigkeiten. Weiterhin wird durch die Hubbewegung der Stößel entstehende hohe Biegebelastung der Scheibe und eine daraus resultierende Biegeverformung durch diese Ausgestaltung vermieden. Es entstehen weniger Festigkeitsprobleme und Steuerungsungenauigkeiten.

Alternativ kann die Nockenscheibe auch als axiale Nockenscheibe ausgebildet werden.

Dann kann auf die Elemente zur Kraftübertragung verzichtet werden. Eine so geartete axiale Nockenscheibe ist mit einem größeren Durchmesser versehen, um die außen liegenden Ventilschaft zu erreichen.

In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist der Ventilkopf über einen Punktkontakt von dem Ventilschaft bewegbar und es ist eine Druckfeder zur Erzeugung einer Vorspannung vorgesehen ist, mit welcher der Punktkontakt ständig aufrecht erhalten wird. Eine Teilung der Ventilkomponenten hat den Vorteil der leichteren Montage.

Weiterhin wird dadurch der Wärmeübergang am Ventilschaft verringert. Das Ventil ist durch den ständigen Kontakt mit dem heißen Arbeitsmedium heiß. Wärmeverluste an dem Ventilschaft würden den Wirkungsgrad der Maschine verringern.

Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche. Ein Ausführungsbeispiel ist nachstehend unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen Fig. 1 ist ein Querschnitt durch eine schematisch dargestellte Axialkolben- Expansionsmaschine nach dem Stand der Technik Fig. 2 ist eine Draufsicht auf eine Nockenscheibe nach dem Stand der Technik Fig. 3 ist ein Querschitt entlang der Schnittlinie A-A in Fig. 1

Fig. 4 ist ein Querschnitt durch eine schematisch dargestellte Axialkolben- Expansionsmaschine mit Nockenscheibe mit radialen Nocken nach einem ersten Ausführungsbeispiel Fig. 5 ist eine Draufsicht auf eine Nockenscheibe mit radialen Nocken und den Rollenstößel aus Fig. 4 Fig. 6 ist ein Querschnitt durch eine schematisch dargestellte Axialkolben- Expansionsmaschine mit Nockenscheibe mit radialen Nocken nach einem zweiten Ausführungsbeispiel Fig. 7 ist ein Querschnitt entlang der Schnittlinie B-B in Fig. 3 und Fig. 5 Beschreibung der Ausführungsbeispiele In Fig. 4 ist eine zweizylindrige Axialkolben-Expansionsmaschine 10 dargestellt. Zwei Zylinder 12 und 14 sind um eine gemeinsame Mittelachse 16 herum angeordnet. In den Zylindern 12 und 14 sind laufen Kolben 18 und 20. Die durch Pfeile 22 und 24 repräsentierte Bewegungsrichtung der Kolben 18 und 20 ist parallel zur Mittelachse 16.

Die Zylinder 12 und 14 sind in einem Gehäuseblock 26 angeordnet.

Die Linearbewegung der Kolben 18 und 20 wird über Pleuel 28 und 30 und Lagereinheiten 32 und 34 auf die Schrägscheibe 36 eines Schrägscheibengetriebes übertragen. Die Lagereinheiten 32 und 34 sind als Gleit-oder Wälzlager ausgebildet. Mit dieser Schrägscheibe 36 wird eine Welle 38 angetrieben. Auf diese Weise wird die Linearbewegung in eine Rotationsbewegung übersetzt. Das Gehäuse 26 mit den Zylindern 12 und 14 ist mit einer Wandung 50 von dem Getrieberaum 48 getrennt. Es wird mittels Dichtungen 40,42, 44 und 46 gegenüber dem Getrieberaum 48 abgedichtet.

Auf diese Weise wird der Wärmeübergang zwischen dem Gehäuse 26 und dem Getrieberaum gering gehalten.

Auf der Welle 38 ist eine Nockenscheibe 52 vorgesehen. Die Nockenscheibe 52 wird von der Welle 38 angetrieben. Eine Draufsicht auf die Nockenscheibe 52 ist in Fig. 5

dargestellt. Der Durchmesser der Nockenscheibe 52 ist nur wenig größer als der Durchmesser der Welle. Entlang des Umfangs 54 der Nockenscheibe 52 ist ein radialer Nocken 56 vorgesehen. Der Nocken 56 erstreckt sich über einen Winkelbereich von bis zu 45 Grad. Die Nockenscheibe 52 rotiert mit der Welle 38. Dies ist durch einen Pfeil 58 dargestellt.

Die im folgenden aufgeführten Konstruktionsdetails werden nur für eine Kolben- Zylinder-Anordnung beschrieben, da die Anordnung bis auf den Arbeitstakt vollständig symmetrisch ist.

Die Rolle 60 eines Rollenstößels 62 liegt an der Nockenscheibe 52 an. Mittels einer Druckfeder 66 wird eine Vorspannung erzeugt, die für einen ständigen Kontakt zwischen der Rolle 62 und dem äußeren Rand 54 der Nockenscheibe 52 sorgt. Die Druckfeder 66 und der Rollenstößel 62 sind in einer Führung 68 angeordnet. Wenn sich die Nockenscheibe 52 dreht, rollt die Rolle 60 auch über den Nocken 56. Die Rolle 60 ist um eine Achse 70 drehbar gelagert. Die Rolle 60 ist fest im Rollenstößel gelagert. Beim "Durchfahren"des Nockens 56 führt der Rollenstößel eine Linearbewegung in Richtung des Pfeils 64 aus. Dabei bewegt er sich entsprechend der Formgebung des Nockens zunächst gegen die Federkraft der Feder 66 nach außen und danach wieder zurück nach innen. Statt der dargestellten Rollen können auch feste Schlepphebel verwendet werden.

An der der Welle abgewandten Seite 72 des Rollenstößels 62 liegt eine erste Kante 74 eines Kipphebels 76 an. Der Kipphebel 76 weist eine weitere Kante 78 auf, die mit der ersten Kante einen Winkel von etwa 90 Grad bildet. Der Kipphebel 76 ist um eine Achse 80 drehbar gelagert. Die Achse 80 liegt in einer Radialebene und verläuft senkrecht zur Mittelachse 16 und Bewegungsrichtung 22 der Kolben. Die in Fig. 4 horizontal dargestellte Kante 78 steht in Kontakt mit einem Ventilschaft 82.

Der Ventilschaft 82 ist auf der, der Mittelachse 16 abgewandten Seite des Zylinders 12 angeordnet. Er steht mit dem Ventilkopf 84 eines Einlaßventils 86 in Verbindung. Wenn die Rolle 60 den Nocken 56 überstreicht, wird der Rollenstößel 62 wie oben beschrieben nach außen bewegt. Dadurch wird der Kipphebel 76 in Richtung des Pfeils 88 bewegt.

Der an der Kante 78 anliegende Ventilschaft 82 wird nach oben in Fig. 4 bewegt. Mit dem

Ventilschaft 82 wird der Ventilkopf 84 ebenfalls nach oben aus dem Ventilsitz bewegt.

Das Ventil 86 öffnet. Wenn der Nocken 56 vollständig überstrichen ist, bewegt sich der Ventilkopf 84 in umgekehrter Richtung nach unten und das Ventil schließt.

Sind mehrere Nocken an der Nockenscheibe vorgesehen, öffnet das Ventil entsprechend öfter pro Umdrehung. Auf diese Weise kann durch Anzahl, Größe und Formgebung der Nocken eine sehr genaue Ventilsteuerung erreicht werden. Es können auch mehrere Nockenscheiben eingesetzt werden. Mit dem Öffnen des Ventils 86 wird überhitzter, unter hohem Druck stehender Wasserdampf in den Expansionsraum 90 innerhalb des Zylinders 12 eingelassen. Der Dampf expandiert und drückt den Kolben 20 nach unten.

Diese Bewegung wird über die Schrägscheibe 36 auf die Welle 38 übertragen und die Welle dreht sich. Dabei wird der Kolben 18 des Zylinders 14 nach oben in Fig. 4 bewegt.

In Fig. 4 und Fig. 5 ist der obere Totpunkt des Kolbens 20 dargestellt. An diesem Punkt ist das Ventil 86 geöffnet und der Rollenstößel befindet sich in der Stellung, die sich am weitesten von der Welle weg befindet. Im vorliegenden Beispiel erfolgt die Öffnung vor dem oberen Totpunkt. Wenn der Nocken überstrichen ist, schließt das Ventil und der Dampf expandiert, während sich der Kolben 18 auf den oberen Totpunkt zu bewegt. Vor dessen Erreichen läuft der Nocken 56 auf die Rolle 92 zu und das zu dem Kolben 18 gehörige Einlaßventil 94 öffnet. Auf diese Weise wird das Arbeitsmittel abwechselnd in den Zylindern expandiert und die Energie auf die Welle 16 übertragen.

Bei thermischen Maschinen axialer Bauart und mindestens zwei Zylindern, wie dies in Fig. 4 und 5 dargestellt ist, hat der zentrale, die Drehachse 16 umgebende Bereich der Anordnung eine höhere Temperatur als der Randbereich der Maschine. Dies ist in dem schematischen Temperaturverlauf im oberen Teil von Fig. 4 dargestellt.

Bei der gezeigten Anordnung sind die Ventile 86 und 94 und Stößel 82 aus dem heißen, zentralen Bereich 96 der Anordnung in die kühleren Randbereiche 98 und 100 zu verlegen. Die Bauteile unterliegen dadurch erheblich weniger thermischen Belastungen und können genauer gesteuert werden.

In der in Fig. 4 gezeigten Anordnung ist die thermische Belastung des Ventilschafts 82 weiterhin dadurch verringert, daß das Ventil 86 und der Ventilschaft 82 zweiteilig ausgebildet ist. Die beiden Teile 102 und 82 weisen nur einen Punktkontakt auf. Dadurch wird der Wärmeübergang vom heißen Ventilkopf 84 in den Ventilschaft 82 reduziert.

Eine Feder 104 erzeugt eine Vorspannung, die den ständigen Kontakt zwischen Teilen 102 und 82 gewährleistet.

Im vorliegenden Beispiel wurde ein gedrückter Ventilbetätigungsmechanismus dargestellt, der mit Nocken positiver Ausbildung im Umfang der Nockenscheibe einhergeht. Selbstverständlich sind auch andere Kombinationen denkbar, etwa ein gezogener Ventilbetätigungsmechanismus, mit Nocken negativer Ausbildung (Ausbuchtung).

In Fig. 6 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel dargestellt. Prinzipiell arbeitet das Ausführungsbeispiel ähnlich wie das Ausführungsbeispiel nach den Figuren 4,5 und 7.

Der Rollenstößel 106 weist hier einen Vorsprung 108 in axialer Richtung auf. Der Vorsprung liegt an einer Kante des gegenüber dem obigen Ausführungsbeispiel um 90 Grad gedrehten Kipphebels 114 an. Die andere Kante des Kipphebels 114 liegt auf der Oberseite eines Vorsprungs 110 des Ventilschafts 116 an. Der Vorsprung 110 ist an der dem Ventil abgewandten Seite des Ventilstößesl 116 vorgesehen. Eine Feder 112 sorgt für eine Vorspannung, mit welcher der Rollenstößel 106 mittels des Kipphebels in ständigem Kontakt mit der Nockenscheibe gehalten wird. Die Kontakte zwischen dem Vorsprung 108 und dem Kipphebel bzw. dem Vorsprung 110 und dem Kipphebel sind durch eine gekrümmte Oberfläche der Vorsprünge als Punktkontakt ausgestaltet.

Dadurch werden Wärmeübergänge gering gehalten. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist der Ventilschaft 116 direkt mit dem Ventilkopf 118 verbunden und das Ventil schließt, wenn der Kopf nach oben in Fig. 6 bewegt wird. In Fig. 6 ist ein Querschnitt durch eine schematisch dargestellte Expansionsmaschine gezeigt. Im übrigen ist das Ausführungsbeispiel nach Fig. 6 identisch zu dem Ausführungsbeispiel nach den Figuren 4,5 und 7 und braucht daher hier nicht näher beschrieben werden.