DE102004061235A1

DE102004061235A1 - Trockenlaufender Taumelscheibenverdichter mit einer wälzgelagerten Taumelscheibe

Info

Publication number: DE102004061235A1
Application number: DE102004061235A
Authority: DE
Inventors: Dieter Spurny
Original assignee: Knorr Bremse Systeme fuer Nutzfahrzeuge GmbH; Knorr Bremse Systeme fuer Schienenfahrzeuge GmbH
Current assignee: Knorr Bremse Systeme fuer Nutzfahrzeuge GmbH; Knorr Bremse Systeme fuer Schienenfahrzeuge GmbH
Priority date: 2004-12-20
Filing date: 2004-12-20
Publication date: 2006-07-06
Also published as: WO2006066831A1; ATE393313T1; EP1831553A1; EP1831553B1; DE502005003880D1

Abstract

Trockenlaufender Taumelscheibenverdichter, insbesondere zur Drucklufterzeugung in Nutzfahrzeugen, mit einer an einer Antriebswelle (1) befestigten Taumelscheibe (2), die über eine mit dem außenradialen Randbereich zusammenwirkende Lageranordnung (3) die antreibende Drehbewegung in eine oszillierende Hubbewegung umsetzt, die mindestens eine an der Lageranordnung (3) angebrachte Kolbenstange (4) an in einem zugeordneten Zylinder (6) laufenden Kolben (5) zur Erzeugung der Druckluft weiterleitet, wobei die Taumelscheibe (2) über mindestens ein Axial- und Radialkräfte aufnehmendes Wälzlager an der Antriebswelle (1) befestigt ist, das koaxial zur Taumelscheibe (2) angeordnet ist, so dass die Taumelscheibe (2) entlang der Längsachse um die Antriebswelle (1) drehbar ist.

Description

Die Erfindung betrifft einen trockenlaufenden Taumelscheibenverdichter, insbesondere zur Drucklufterzeugung in Nutzfahrzeugen, mit einer an einer Antriebswelle befestigten Taumelscheibe, die über eine mit dem außenradialen Randbereich zusammenwirkende Lageranordnung die antreibende Drehbewegung in eine oszillierende Hubbewegung umsetzt, die mindestens eine an der Lageranordnung angebrachte Kolbenstange an in einem zugeordneten Zylinder laufenden Kolben zur Erzeugung der Druckluft weiterleitet.
Das Einsatzgebiet eines derartigen Taumelscheibenverdichters erstreckt sich vornehmlich auf die Nutzfahrzeugtechnik. In Nutzfahrzeugen kommen Verdichter zum Einsatz, welche meist direkt über den Motor des Nutzfahrzeuges angetrieben werden und Druckluft zur Speisung des Druckluft-Bordnetzes liefern. Bei Nutzfahrzeugen wird die so erzeugte Druckluft beispielsweise zum Betrieb einer Druckluft-Bremsanlage genutzt.

In allgemein bekannter Weise werden für die Drucklufterzeugung in Nutzfahrzeugen vornehmlich ölgeschmierte Kolbenverdichter eingesetzt. Die Schmierung dieser Verdichter erfolgt meist aus dem Ölkreislauf des Motors. Hierbei gelangt allerdings zwangsläufig Öl über die Kolben des Verdichters in die erzeugte Druckluft. Je nach Alter und Wartungszustand des Verdichters können erhebliche Ölmengen über die Druckluft in die Umwelt gelangen, nämlich über diverse Entlüftungsöffnungen des Druckluft-Bordnetzes. Ein weiteres Problem ölgeschmierter Kolbenverdichter im Nutzfahrzeugbereich besteht darin, dass immer höhere Betriebsdrücke vom Verdichter abverlangt, womit recht hohe thermische Beanspruchungen einhergehen, welche zu Verkokungen eines Teils des in die Druckluft gelangten Öls führt. Diese Ölkohle lagert sich innerhalb des Innenraums des Zylinders im Verdichter und nachgeschalteten Druckluftgeräten ab und beeinflusst dort sehr nachhaltig deren Standzeit.

Aus der EP 0 859 151 A2 geht ein Verdichter zur Drucklufterzeugung in Nutzfahrzeugen hervor, welcher dieses Problem dadurch löst, in dem der Verdichter hier weitestgehend trockenlaufend konstruiert ist. Der Verdichter ist nach Art eines Taumelscheibenverdichters aufgebaut und weist lediglich ein herkömmliches ölgeschmiertes Triebwerk auf, welches im Wesentlichen aus einer auf einer Antriebswelle angeordneten Taumelscheibe mit Halbkugeln in Lagerpfannen besteht, die eine Lageranordnung zu Übertragung der Drehbewegung in eine oszillierende Hubbewegung bilden. Von der Lageranordnung aus verlaufen Kolbenstangen zu diversen Kolben, welche durch eine Hin- und Herbewegung in zugeordneten Zylindern in an sich bekannter Weise die Druckluft erzeugen. Gewöhnlich sind mehrere Kolben auf einem Umfangskreis benachbart zueinander angeordnet, um eine möglichst hohe Förderleistung des Taumelscheibenverdichters zu realisieren.

Die Befestigung der Taumelscheibe an der Antriebswelle erfolgt gewöhnlich über eine Nabe-Welle-Verbindung oder durch Aufschrumpfen der eine zentrale Bohrung aufweisenden Taumelscheibe auf die Antriebswelle. Ersterenfalls ist die Verbindung zu Reparaturzwecken lösbar. Letzerenfalls liegt eine unlösbare Verbindung vor. Stets erfolgt beim Stand der Technik jedoch eine ortsfeste Befestigung der Taumelscheibe gegenüber der Antriebswelle.

Ein kritischer Punkt bei der bekannten Konstruktion des Triebwerks eines Taumelscheibenverdichters besteht in der Gestaltung der mit dem außenradialen Randbereich der Taumelscheibe zusammenwirkenden Lageranordnung. Wegen der relativen Bewegung der Taumelscheibe gegenüber den Halbkugeln der Lageranordnung entsteht hier eine besonders hohe Reibbeanspruchung, welche bisher durch Schmiermaßnahmen auf ein erträgliches Maß reduziert wird. Insbesondere in Folge der durch einen Anlauf der Antriebswelle aus dem Stillstand hervorgerufenen Ruckbewegungen wird die Lageranordnung zusätzlich stark belastet. Die Lageranordnung ist außerdem starken Belastungen dann ausgesetzt, wenn die Kolben ihre Arbeitsbewegungen gegen einen hohen Gegendruck ausführen.

Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Belastung der Lageranordnung eines Taumelscheibenverdichters der vorstehenden Art zu reduzieren.

Die Aufgabe wird ausgehend von einem trockenlaufenden Taumelscheibenverdichter gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 in Verbindung mit dessen kennzeichnenden Merkmalen gelöst. Die nachfolgenden abhängigen Ansprüche geben vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung wieder.

Die Erfindung schließt die technische Lehre ein, dass die Taumelscheibe über mindestens ein Axial- und Radialkräfte aufnehmendes Wälzlager an der Antriebswelle befestigt ist, das koaxial zur Taumelscheibe angeordnet ist, so dass die Taumelscheibe entlang ihrer Längsachse um die Antriebswelle drehbar ist.

Der Vorteil der erfindungsgemäßen Lösung besteht insbesondere darin, dass über das Wälzlager eine günstigere Kräfteverteilung der Antriebskraft hin zu der Lageranordnung realisiert wird. Ruckbewegungen der Antriebswelle werden durch ein entsprechendes Verschwenken der relativen Lage der Taumelscheibe zur Antriebswelle ausgeglichen. Hierdurch entsteht weniger Reibung an der mit dem außenradialen Randbereich der Taumelscheibe zusammenwirkenden Lageranordnung, was letztendlich zu weniger Wärmeentwicklung führt. Das bildet die Voraussetzung dafür, dass der erfindungsgemäße Verdichter nicht mehr nur durch den kräftigen Fahrzeugmotor antreibbar ist, sondern auch durch einen separaten Hilfsmotor oder durch eine vom Antriebsstrang abgezweigte Antriebsenergie.

Vorzugsweise ist das Wälzlager nach Art eines Rillenkugellagers ausgebildet. Das Rillenkugellager vermag sowohl axiale als auch radiale Kräfte aufzunehmen und gewährleistet somit eine besonders kompakte Bauform für das Wälzlager.

Alternativ hierzu ist es jedoch auch möglich, das Wälzlager aus einer Kombination eines Radiallagers mit einem Axiallagers zu bilden. Diese getrennte Lagerung erweist sich im Vergleich zu einem Rillenkugellager als erheblich kostengünstiger. Weiterhin ist eine derartige Lagerkombination robuster, so dass eine längere Lebensdauer erzielt werden kann.

Als Axiallager für ein solches kombiniertes Wälzlager eignet sich beispielsweise ein Axialrillenkugellager. Es ist jedoch auch möglich, dass andere geeignete Axiallager zum Einsatz gebracht werden. Als Radiallager eignet sich vornehmlich ein Nadellager, da dieses sich platzsparend mit einem Axiallager kombinieren lässt. Gemäß einer weiteren, die Erfindung verbessernden Maßnahme sollte das mindestens eine Wälzlager über eine durch die Antriebswelle zum Wälzlager hin verlaufende Druckölversorgung geschmiert werden. Dies bedingt, dass durch die Antriebswelle entsprechende Ölkanäle verlaufen. Alternativ hierzu ist es jedoch auch möglich, dass mindestens eine Wälzlager über Spritzöl zu schmieren, das beispielsweise aus der Eintrittsstelle der Antriebswelle in die druckluftseitige Führungsbohrung im Gehäuse austritt. Ferner ist es auch denkbar, dass mindestens eine Wälzlager zwischen Antriebswelle und Taumelscheibe als dauergeschmiertes Wälzlager auszubilden.

Weitere die Erfindung verbessernde Maßnahmen werden nachstehend gemeinsam mit der Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung anhand der Figuren näher dargestellt. Es zeigt:
1 einen Längsschnitt durch einen trockenlaufenden Taumelscheibenverdichter,
2 einen Längsschnitt als Detailvergrößerung im Bereich der Taumelscheiben gemäß eines ersten Ausführungsbeispiels, und
3 einen Längsschnitt als Detailvergrößerung im Bereich der Taumelscheiben gemäß eines zweiten Ausführungsbeispiels.
Der in der 1 dargestellte trockenlaufende Taumelscheibenverdichter weist seitens des Triebwerks eine Antriebswelle 1 auf, welche durch einen – hier nicht weiter dargestellten – Motor in Drehbewegung versetzt wird. An der Antriebswelle 1 ist einen Taumelscheibe 2 über ein – hier nicht erkennbares – Wälzlager befestigt. Die Taumelscheibe 2 setzt über eine Lageranordnung 3 die Drehbewegung einer Antriebswelle 1 in eine oszilierende Hubbewegung um. Die Hubbewegung wird auf eine an der Lageranordnung 3 angebrachten Kolbenstange 4 übertragen. Neben der Kolbenstange 4 sind noch weitere Kolbenstangen mit zugeordneten Lageranordnungen vorhanden; die nachfolgende Beschreibung ist also exemplarisch zu verstehen. Die Kolbenstange 4 leitet die aufgrund der Drehung der Taumelscheibe 2 erzeugte Hin- und Herbewegung an einen Kolben 5 weiter, welcher an dem der Lageranordnung 3 gegenüberliegenden Ende der Kolbenstange 4 koaxial befestigt ist. Der Kolben 5 läuft innerhalb eines zugeordneten Zylinders, in welchem die Druckluft aufgrund der Bewegung des Kolbens 5 erzeugt wird. Eine Ansaugung von Luft aus der Atmosphäre erfolgt durch den Kolben 5 hindurch, welcher zu diesem Zwecke eine Rückschlagventilanordnung 7 besitzt. Die komprimierte Luft verlässt den Zylinder 6 über eine weitere entsprechend gestaltete Rückschlagventilanordnung 8 am Zylinderkolben 9, die an das Ventilgehäuse 10 angebracht ist. Über eine Führungsbohrung 11 ist die Kolbenstange 4 axial gegenüber dem Verdichtergehäuse 10 geführt.
Gemäß 2 ist die Taumelscheibe 2 über nach Art eines Rillenkugellagers 12 ausgebildetes Wälzlager befestigt, welches koaxial zur Taumelscheibe 2 angeordnet ist und eine sogenannte Vierpunktlagerung gewährleistet. Hieraus resultiert, dass die Taumelscheibe 2 entlang ihrer Längsachse um die Antriebswelle 1 drehbar ist. Das Rillenkugellager 12 ist über eine durch die Antriebswelle 1 zu dem Rillenkugellager 12 hin verlaufende Druckölversorgung 15 geschmiert.
Gemäß der in der 3 schematisch dargestellten Ausführungsform besteht die Wälzlagerung zwischen Antriebswelle 1 und Taumelscheibe 2 aus einer Kombination eines Radiallagers 13 mit einem Axiallager 14. Das Radiallager 13 ist hier nach Art eines Kugellagers ausgebildet, wogegen das Axiallager 14 nach Art eines Axialrillenkugellagers ausgebildet ist.
Die Erfindung beschränkt sich nicht auf die vorstehend beschriebenen beiden bevorzugten Ausführungsbeispiele. Es sind vielmehr auch Abwandlungen hiervon denkbar, die vom Schutzbereich der nachfolgenden Ansprüche umfasst sind. So ist es beispielsweise auch denkbar, die Wälzlagerung der Taumelscheibe an der Antriebswelle über andere Wälzlagertypen durchzuführen, solange die an dieser Stelle auftretenden Axial- und Radialkräfte hierdurch ausreichend abgefangen werden.

1: Antriebswelle
2: Taumelscheibe
3: Lageranordnung
4: Kolbenstange
5: Kolben
6: Zylinder
7: Rückschlagventileinrichtung
8: Rückschlagventileinrichtung
9: Zylinderkopf
10: Gehäuse
11: Führungsbohrung
12: Rillenkugellager
13: Radiallager
14: Axiallager
15: Druckölversorgung

Claims

Trockenlaufender Taumelscheibenverdichter, insbesondere zur Drucklufterzeugung in Nutzfahrzeugen, mit einer an einer Antriebswelle (1) befestigten Taumelscheibe (2), die über eine mit dem außenradialen Randbereich zusammenwirkende Lageranordnung (3) die antreibende Drehbewegung in eine oszillierende Hubbewegung umsetzt, die mindestens eine an der Lageranordnung (3) angebrachte Kolbenstange (4) an in einem zugeordneten Zylinder (6) laufenden Kolben (5) zur Erzeugung der Druckluft weiterleitet, dadurch gekennzeichnet, dass die Taumelscheibe (2) über mindestens ein Axial- und Radialkräfte aufnehmendes Wälzlager an der Antriebswelle (1) befestigt ist, das koaxial zur Taumelscheibe (2) angeordnet ist, so dass die Taumelscheibe (2) entlang der Längsachse um die Antriebswelle (1) drehbar ist.
Trockenlaufender Taumelscheibenverdichter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Wälzlager nach Art eines Rillenkugellagers (12) ausgebildet ist (2).
Trockenlaufender Taumelscheibenverdichter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Wälzlager aus einer Kombination eines Radiallagers (13) mit einem Axiallager (14) besteht (3).
Trockenlaufender Taumelscheibenverdichter nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Radiallager (13) nach Art eines Nadellagers ausgebildet ist.
Trockenlaufender Taumelscheibenverdichter nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Axiallager (14) nach Art eines Axialrillenkugellagers ausgebildet ist.
Trockenlaufender Taumelscheibenverdichter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Wälzlager über eine durch die Antriebswelle (1) zum Wälzlager hin verlaufende Druckölversorgung (15) geschmiert ist.
Trockenlaufender Taumelscheibenverdichter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Wälzlager über Spritzöl geschmiert ist, das aus Spritzölöffnungen im Bereich des triebwerseitigen Gehäuses (10) in Richtung der Taumelscheibe (2) austritt.
Trockenlaufender Taumelscheibenverdichter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Wälzlager dauergeschmiert ist.