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Teilhalogenierte Fluorchlorkohlenwasserstoffe (H-FCKW) und Fluorkohlenwasserstoffe (FKW), die überwiegend in Kältemaschinen verwendet werden, tragen bei Freisetzung zum vom Menschen verstärkten Treibhauseffekt und zum Teil zur Schädigung der stratosphärischen Ozonschicht bei. Aus diesen Gründen werden Kältemittel mit besonders günstigen umweltbezogenen Eigenschaften verstärkt als Ersatzstoffe diskutiert, unter anderem auch Kohlendioxid. Allerdings können energetische Nachteile im Vergleich zu den bisher benutzten Kältemitteln entstehen, speziell wenn die Rückkühltemperaturen des verdichtenden Kohlendioxid nicht niedrig genug sind. Daher wurde in den letzten Jahren verstärkt der Einsatz von Expansionsmaschinen zur arbeitsleistenden Entspannung untersucht, bisher sind aber keine marktreifen Maschinen verfügbar. Im Rahmen dieser Arbeit wurde ein Prototyp in Anlehnung an den Zweitakt-Prozess von Ottomotoren konstruiert und experimentell untersucht. Vorteil dieser Konstruktion ist, dass kein Steuermechanismus notwendig ist, da das Befüllen und Entleeren des Arbeitsraums über Bohrungen in der Mantelfläche des Zylinder bewerkstelligt wird. Damit eine effektive Nutzung der rückgewonnenen Energie möglich ist, wurde die Expansionsstufe in eine kombinierte Expansions-Kompressionsmaschine integriert. Zur Beurteilung des Expansionsprozesses wurde ein flexibles Simulationsprogramm entwickelt. Das Programm ermöglicht die Berechnung von Indikatordiagrammen, des indizierten Gütegrades und des Massenstroms. Während der experimentellen Untersuchungen konnte festgestellt werden, dass die Expansionseinheit das Kohlendioxid bis weit in das Nassdampfgebiet hinein entspannen kann, ohne dass dabei irgendwelche damit verbundenen Betriebsstörungen aufgetreten sind. Ein weiteres wesentliches Ergebnis dieser Arbeit ist, dass neben Leckage im besonderen Wärmeübertragung zwischen dem Fluid im Arbeitsraum und der Wandung des Zylinders den Expansionsprozess negativ beeinflussen kann und daher minimiert werden muss.