Kolbenmaschine

Kolbenmaschinen sind Fluidenergiemaschinen mit einem Arbeitsraum, dessen Volumen durch einen meist periodisch bewegten Verdränger (Kolben) intermittierend verändert wird. Der Fluidstrom sowie Druckunterschiede zwischen Ein- und Auslauf sind bei Kolbenmaschinen infolge der intermittierenden Arbeitsweise veränderlich, was sie von kontinuierlich arbeitenden Strömungsmaschinen wie Gasturbinen unterscheidet, bei denen Fluidstrom und Druckverlauf stationär konstant bleiben.

Allgemein kann es sich dabei sowohl um Arbeitsmaschinen handeln (in der Sichtweise der Hydraulik: „Geber“), als auch um Kraftmaschinen (Motoren; in der Hydraulik: „Nehmer“), wobei manche Kolbenmaschinen auch reversibel in beide Richtungen arbeiten können, wie Hydraulikzylinder sowie manche Hydraulikpumpen, die umgekehrt als Hydraulikmotor funktionieren oder ein Stirling-Motor, der als Arbeitsmaschine angetrieben zur Wärmepumpe wird. Grundsätzlich zu unterscheiden sind zwei kinematische Prinzipien:[1]

  • Hubkolbenmaschinen, bei denen der Verdränger ein Kolben ist, der sich in einem Zylinder hin- und herbewegt. Im weitesten Sinn zählen auch mit einer Membran arbeitende Maschinen (Membranpumpe, Membranzylinder) zu den Kolbenmaschinen.
  • Rotationskolbenmaschinen, bei denen sich speziell geformte Verdränger entweder nur drehen oder dazu noch auf einer Kreisbahn umlaufen.

Hubkolbenmaschinen

Bei Hubkolbenmaschinen ist der Verdränger ein mehr oder weniger scheibenförmiger Kolben (engl. Piston), der sich in einem Zylinder hin- und herbewegt, oder ein zylindrischer Plunger, der zum Beispiel in einer Stopfbuchse läuft. Hubkolbenmaschinen gibt es sowohl als Arbeitsmaschine (Pumpe = Geber) wie auch als Kraftmaschine (Nehmer), die eine Last antreiben, wie ein Hydraulikzylinder. Ähnliche Prinzipien gelten in der Pneumatik, wobei dann jedoch zusätzlich die Kompressibilität des Arbeitsgases mit Verdichtung und Expansion zu berücksichtigen ist. Zu unterscheiden sind je nach Art der Kinematik:[1]

Rotationskolbenmaschinen

Drehkolbenpumpe
Als Kreiskolbenmaschine zählt auch der Wankel-Motor zu den Kolbenmaschinen

Bei Rotationskolbenmaschinen rotieren speziell geformte Verdränger, so dass der Kurbeltrieb entfällt. Zu unterscheiden sind hier nach der Art der Kinematik:[1]

Einteilung der Rotationskolbenmaschinen[1]
BezeichnungKürzelRotierende
Massenkräfte
Oszillierende
Massenkräfte
Beispiel
DrehkolbenmaschinenDKMRoots-Gebläse
KreiskolbenmaschinenKKM+Wankelmotor
Drehkolbenartige UmlaufkolbenmaschinenDUKM+
Kreiskolbenartige UmlaufkolbenmaschinenKUKM++Flügelzellenpumpe

Bei DUKM und KUKM sind in der Regel die Drehzahlen begrenzt, wenn die Massenkräfte nicht ausgeglichen werden können.

MaschinenartArbeitsmaschinenKraftmaschinen
Hydraulische Kolbenmaschinen
(≈ inkompressible Medien)
KolbenpumpenHydraulikmotoren
Thermische Kolbenmaschinen
(kompressible Medien)
KolbenverdichterVerbrennungsmotor
Gasexpansionsmotor
Dampfmaschine
Stirlingmotor

Siehe auch

Literatur

  • Wolfgang Kalide: Kolben und Strömungsmaschinen. 1. Auflage. Carl Hanser Verlag, München/Wien 1974, ISBN 3-446-11752-0.
  • Norm DIN 1940 „Verbrennungsmotoren“, verschiedene Ausgaben seit Juli 1946.
Wiktionary: Kolbenmaschine – Bedeutungserklärungen, Wortherkunft, Synonyme, Übersetzungen

Einzelnachweise

  1. a b c d H. Tschöke, K. Mollenhauer: Dubbel – Taschenbuch für den Maschinenbau. 24. Auflage. Springer-Verlag, Berlin/Heidelberg 2014, ISBN 978-3-642-38890-3, Abschnitt P1.1 Definition und Einteilung der Kolbenmaschinen.
  2. [1]

Auf dieser Seite verwendete Medien

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Piston VS Plunger Pump.png
Schematic of a piston and a plunger pump. This schematic is made for quick and easy comparison of both types. After http://www.fao.org/docrep/010/ah810e/AH810E06.htm#6.1.1
Pescara avec turbine.gif
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Funktionsschema einer de:Freikolbenmaschine, die als Gasgenerator zum Antrieb einer Gasturbine dient
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unbekannt

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Hubkolbenmotor: Prinzip

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Modifikation der Datei Wankel_Cycle_anim_de.gif Fixed
Lobbenpomp.gif
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De werking van een lobbenpomp geïlustreerd. Eigen werk.
Free-piston expander-compressor.gif
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Ein Fluid höheren Druckes (rot) wird in einem Arbeitsraum mit größerem Druchmesser entspannt. Über einen gemeinsamen Hubkolben wird ein zweites Arbeitsfluid (blau) in einem Arbeitsraum mit geringerem Druchmesser verdichtet. Die Steuerung erfolgt über endlagenausgelöste Magnetventile am Ein- und Auslass der Arbeitsräume.