DE102005023554B4

DE102005023554B4 - Taumelscheibengetriebe, insbesondere für einen Axialkolbenkompressor

Info

Publication number: DE102005023554B4
Application number: DE102005023554.9A
Authority: DE
Inventors: Dipl.-Ing. Abraham Uwe; Dipl.-Ing. Schnapp Wolfgang; Dipl.-Ing. Harry (FH) Pfundt
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2005-05-21
Filing date: 2005-05-21
Publication date: 2018-04-05
Anticipated expiration: 2025-05-22
Also published as: DE102005023554A1

Abstract

Taumelscheibengetriebe (3) insbesondere für einen Axialkolbenkompressor, mit einer Taumelscheibe (2), mehreren von dieser über Gleitschuhe (7) betätigten Axialkolben (1), sowie mindestens einem hydraulischen Spielausgleichselement (11), wobei jedem Axialkolben (1) ein gesondertes hydraulisches Spielausgleichselement (11) zugeordnet ist, welches im jeweiligen Axialkolben (1) angeordnet ist und einen im Axialkolben (1) verschieblich geführten Übertragungsbolzen (10) gegen den Gleitschuh (7) drückt, wobei das hydraulische Spielausgleichselement (11) mittels eines Nachsaugventils (25) mit einem im Axialkolben (1) eingeschlossenen Vorrat an Hydraulikflüssigkeit verbunden ist.

Description

Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Taumelscheibengetriebe für eine Axialkolbenmaschine, insbesondere einen Axialkolbenkompressor oder eine Axialkolbenpumpe.
Hintergrund der Erfindung
Ein Taumelscheibengetriebe mit einer Taumelscheibe, mehreren von dieser über Gleitschuhe betätigten Axialkolben, sowie mindestens einem hydraulischen Spielausgleichselement ist beispielsweise aus der DE 103 08 430 A1 bekannt. Dieses Taumelscheibengetriebe ist Bestandteil eines Mehrzylinder-Axialkolbenkompressors. Die Bewegung der Axialkolben vom unteren Totpunkt zum oberen Totpunkt wird direkt mittels der Taumelscheibe bewirkt, während die umgekehrte Kolbenbewegung vom oberen Totpunkt zum unteren Totpunkt indirekt über einen Kippbügel bewirkt wird. Zum Ausgleich von Fertigungstoleranzen und zur Einstellung des Axialspiels ist der Kippbügel an einem hydraulischen Spielausgleichselement gelagert. Im Vergleich zur Taumelscheibe ist der Kipphebel zur Übertragung wesentlich geringerer Kräfte ausgelegt, so dass insbesondere bei höheren Drehzahlen trotz des hydraulischen Spielausgleichselementes ein Abheben einer Kolbenstange von der Taumelscheibe nicht ausgeschlossen ist. Des Weiteren kann ein sich durch Verschleiß einstellendes Spiel zu Geräuschen und Wirkungsgradreduzierung führen.
Die DE 44 27 943 A1 offenbart ein hydraulisches Spielausgleichselement für die Ventilsteuereung von Brennkraftmaschinen.
Die DE 41 24 184 A1 beschreibt einen hydraulischen Tassenstößel, der eine variable Ventilsteuerzeit ermöglicht.
Die DE 102 31 212 A1 offenbart einen Taumelscheibenkompressor mit wenigstens einem Kolben und wenigstens einem ersten und einem zweiten Backen zur Aufnahme wenigstens eines Gleitsteins, der mit einer Taumelscheibe in Kontakt steht. Wenigstens einer der Backen ist beweglich am Kolben angeordnet, um die Schmierung zu verbessern.
Die US 2 980 077 A beschreibt hydraulische Taumelscheibeneinrichtungen.
Die DE 35 11 501 A1 offenbart einen hydraulischen Tassenstößel für Verbrennungsmotoren mit obenliegender Nockenwelle, in dem sich ein hydraulisches Spielausgleichselement befindet. Das hydraulische Spielausgleichselement weist einen beweglichen Kolben in einem geschlossenen Ölsystem auf, wobei ein Faltenbalgsystem vorgesehen ist, um Längen- und Volumenänderungen in dem geschlossenen System auszugleichen.
Aufgabe der Erfindung
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Taumelscheibengetriebe, insbesondere für einen Axialkolbenkompressor, anzugeben, welches sich durch eine besondere Verschleißunempfindlichkeit sowie über einen weiten Drehzahlbereich durch eine besonders präzise Führung der Axialkolben auszeichnet.
Zusammenfassung der Erfindung
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Taumelscheibengetriebe mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Dieses Taumelscheibengetriebe ist insbesondere für einen Axialkolbenkompressor, ebenso jedoch auch für eine Axialkolbenpumpe oder eine sonstige Axialkolbenmaschine, vorzugsweise mit verstellbarem Hub, geeignet. Eine, in bevorzugter Ausgestaltung verstellbare, Taumelscheibe betätigt über Gleitschuhe mehrere Axialkolben. Jeweils ein hydraulisches Spielausgleichselement drückt in jedem Axialkolben einen zumindest geringfügig axialverschieblich gelagerten Übertragungsbolzen gegen den Gleitschuh und damit gegen die Taumelscheibe. Dabei ist das hydraulische Spielausgleichselement mittels eines Nachsaugventils mit einem im Axialkolben eingeschlossenen Vorrat an Hydraulikflüssigkeit verbunden. Tritt zwischen dem Übertragungsbolzen und dem Gleitschuh Verschleiß auf, so stellt das hydraulische Spielausgleichselement sicher, dass nicht nur der bestimmungsgemäße Spielausgleich bewirkt wird, sondern auch die axiale Position des Kolbens in Relation zur Taumelscheibe unverändert bleibt. Die hydraulischen Spielausgleichselemente sind sowohl in Axialkolbenmaschinen mit zwei Kolben als auch in Axialkolbenmaschinen mit einer höheren Zahl an Kolben verwendbar. Durch die Integration der Spielausgleichselemente in den einzelnen Axialkolben ist in jedem Fall eine sehr kompakte Bauweise gegeben.
In vorteilhafter Ausgestaltung umgreifen die Axialkolben den Rand der Taumelscheibe, wobei der Gleitschuh sowie die Taumelscheibe zwischen einem Fußstück des Axialkolbens und dem Übertragungsbolzen gelagert sind. Hierbei ermöglicht das einstückig an den Axialkolben angeformte Fußstück eine Zwangsführung des Axialkolbens, so dass bei der Bewegung des Axialkolbens vom oberen Totpunkt zum unteren Totpunkt keine Gefahr eines Abhebens des Axialkolbens von der Taumelscheibe besteht. Des Weiteren werden für die Bewegung des Axialkolbens vom oberen Totpunkt zum unteren Totpunkt keine gesonderten Bauteile, etwa ein Kippbügel, wie beispielsweise nach der DE 103 08 430 A1 vorgesehen, benötigt.
Zur Erhöhung der Verschleißfestigkeit können die Taumelscheibe und/oder die Gleitschuhe mit einer geeigneten Beschichtung versehen sein. Eine derartige Beschichtung weist in der Serienfertigung häufig eine nicht bei jedem Einzelteil identische Dicke auf. Dies ist im vorliegenden Fall tolerierbar, da das hydraulische Spielausgleichselement in jedem einzelnen Axialkolben eine genaue Spieleinstellung gewährleistet.
Nach einer vorteilhaften Weiterbildung ist der Übertragungsbolzen im Axialkolben mittels einer koaxial zum hydraulischen Spielausgleichselement wirkenden Feder gegenüber dem Axialkolben verspannt. Ein besonders raumsparender Aufbau wird dadurch erreicht, dass die Feder als Schraubenfeder ausgebildet ist, welche das hydraulische Spielausgleichselement zumindest teilweise umgibt.
Das im Axialkolben angeordnete hydraulische Spielausgleichselement ist erfindungsgemäß mittels eines Nachsaugventils mit einem im Axialkolben eingeschlossenen Vorrat an Hydraulikflüssigkeit verbunden. Dieser Hydraulikflüssigkeitsvorrat ist in jedem einzelnen Axialkolben isoliert, weist also keine Verbindung mit sonstigen Ölvorräten in dem Gerät, insbesondere Kompressor, welcher das Taumelscheibengetriebe umfasst, auf. Insbesondere arbeitet das hydraulische Spielausgleichselement nicht mit demjenigen Öl, das zur Schmierung des Taumelscheibengetriebes verwendet wird. Durch die Trennung des Öls für das hydraulische Spielausgleichselement von sonstigen Ölvolumina ist die Gefahr einer Verunreinigung des Öls im hydraulischen Spielausgleichselement prinzipbedingt ausgeschlossen. Die Eigenschaften des hydraulischen Spielausgleichselements im Axialkolben sind somit praktisch keinen zeitlichen Veränderungen unterworfen.
Um eventuelle, in geringem Maß auftretende Leckverluste ausgleichen zu können, befindet sich im Axialkolben ein Vorrat an Hydraulikflüssigkeit, insbesondere Öl, welcher ein veränderliches Volumen aufweist, das in Teilbereichen insbesondere durch einen elastischen geschlossen-porigen Schaum begrenzt ist. Die veränderliche Geometrie des Vorratsbehälters für das Öl im Axialkolben stellt auch sicher, dass der Übertragungsbolzen zumindest eine geringfügige axiale Beweglichkeit innerhalb des Axialkolbens hat, wobei der Ölvorratsraum stets vollständig mit Hydraulikflüssigkeit gefüllt bleibt.
Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert.
Kurze Beschreibung der Zeichnung
Die einzige Figur stellt schematisch in einem Ausschnitt ein Taumelscheibengetriebe eines Axialkolbenkompressors dar.
Ausführliche Beschreibung der Zeichnung
Die Figur zeigt im Querschnitt einen Axialkolben 1, welcher zusammen mit mehreren weiteren, gleichartig aufgebauten Axialkolben sowie einer ausschnittsweise angedeuteten Taumelscheibe 2 ein Bauteil eines Taumelscheibengetriebes 3 in einem nicht weiter dargestellten Axialkolbenkompressor bildet. Der Axialkolbenkompressor findet beispielsweise als Kältemittelkompressor in einer Klimaanlage eines Kraftfahrzeugs Verwendung und wird zum Beispiel mit R134a oder CO₂ als Kältemittel betrieben. Die Verdichtungsrichtung des Axialkolbens 1, d. h. die Bewegung in Richtung zum oberen Totpunkt, ist in der Figur mit V gekennzeichnet.
Der Axialkolben 1 weist einen im Wesentlichen hülsenförmigen Aufbau mit einer dem oberen Totpunkt zugewandten stirnseitigen Druckscheibe 4 auf. Auf der der Druckscheibe 4 gegenüber liegenden Seite weist der Axialkolben 1 ein den Rand 5 der Taumelscheibe 2 umgreifendes Fußstück 6 auf. Die Kopplung zwischen der Taumelscheibe 2 und dem Axialkolben 1 wird mittels Gleitschuhen 7 hergestellt, die auf der Taumelscheibe 2 gleitgelagert sind und auf der dem unteren Totpunkt zugewandten Seite eine Kugelkalotte 8 des Fußstücks 6 sowie auf der dem oberen Totpunkt zugewandten Seite eine ebenfalls hohlkugelige Kalotte 9, die an der Oberfläche eines in den Axialkolben 1 eingesetzten Übertragungsbolzens 10 gebildet ist, kontaktieren. Der Übertragungsbolzen 10 befindet sich koaxial im Axialkolben 1 und grenzt axial einerseits, wie beschrieben, an den Gleitschuh 7 und andererseits an ein hydraulisches Spielausgleichselement 11, das zur Druckscheibe 4 hin abgestützt ist.
Der Übertragungsbolzen 10 weist drei axial hintereinander angeordnete Abschnitte auf: Einen dem unteren Totpunkt und damit der Taumelscheibe 2 zugewandten ersten Abschnitt 12, einen diesem gegenüber verdickten mittleren Abschnitt 13 sowie einen dem hydraulischen Spielausgleichselement 11 und damit dem oberen Totpunkt zugewandten dritten Abschnitt 14. Sämtliche Abschnitte 12, 13, 14 haben eine im wesentlichen zylindrische Form, wobei der dritte Abschnitt 14 den geringsten und der mittlere Abschnitt 13 den größten Durchmesser aufweist. Dem mittleren Abschnitt 13 liegt, dem unteren Totpunkt zugewandt, ein ringförmiger Absatz 16 innerhalb des Axialkolbens 1 beabstandet gegenüber, so dass ein Ausgleichsraum 15 für den Spielausgleich innerhalb des Axialkolbens 1 gebildet ist. Der Übertragungsbolzen 10 hat in Axialrichtung kein Spiel, was durch das hydraulische Spielausgleichselement 11 sichergestellt ist.
Auf der dem Ausgleichsraum 15 abgewandten Seite des mittleren Abschnitts 13, d. h. auf der dem oberen Totpunkt zugewandten Seite des Übertragungsbolzens 10 ist ein mit Öl als Hydraulikflüssigkeit gefüllter Vorratsraum 17 gebildet, welcher den dritten Abschnitt 14 sowie teilweise das hydraulische Spielausgleichselement 11 ringförmig umgibt. Innerhalb des Vorratsraums 17 befindet sich eine Schraubenfeder 18, die die Wirkung des hydraulischen Spielausgleichselements 11 unterstützt und zwischen den mittleren Abschnitt 13 des Übertragungsbolzens 10 und einer Gegenplatte 19 eingespannt ist. Die Gegenplatte 19, welche zur Innenwandung des Axialkolbens 1 hin mittels einer umlaufenden Dichtung 20 abgedichtet ist, dient zugleich der Halterung des hydraulischen Spielausgleichselements 11. Die Gegenplatte 19 weist insgesamt im Wesentlichen eine Topfform mit einem zylindermantelförmigen Ringabschnitt 21 und einem daran anschließenden scheibenförmigen Stirnabschnitt 22 auf. In letztgenanntem Stirnabschnitt 22 befindet sich ein Befüllstutzen 23, durch welchen bei der Herstellung Öl in das hydraulische Spielausgleichselement 11 füllbar ist. Nach dem Befüllen bildet der Übertragungsbolzen 10 zusammen mit dem hydraulischen Spielausgleichselement 11 eine quasistarre Einheit, welche ausschließlich auftretenden Verschleiß ausgleicht. Innerhalb des hydraulischen Spielausgleichselements 11 schließt sich an den Befüllstutzen 23 ein Vorraum 24 und daran, durch ein als Nachsaugventil 25 fungierendes Kugelrückschlagventil getrennt, eine Druckkammer 26 an. Verlagert sich der Übertragungsbolzen 10, insbesondere aufgrund von Verschleiß, in Richtung zum unteren Totpunkt, so befüllt sich die Druckkammer 26 aus dem Vorratsraum 17 über den Vorraum 24 mit zusätzlichem Öl, um das entstandene Spiel auszugleichen. Innerhalb der Druckkammer 26 befindet sich eine Schraubenfeder 27, welche koaxial zur im Vorratsraum 17 angeordneten Schraubenfeder 18 eingebaut ist und in derselben Richtung wirkt.
Sofern Öl durch definierte Spalte oder Kanäle aus dem Druckraum 26 austritt, was gleichbedeutend mit einer Verringerung der axialen Abmessung des hydraulischen Spielausgleichselements 11 ist, fließt dieses Öl ausschließlich in den Vorraum 24 und/oder den Vorratsraum 17 zurück. Die einzelnen Volumina 17, 24, 26, in denen sich Öl befindet, bilden also ein geschlossenes System. Einen Ausgleich von Volumenänderungen in diesem System ermöglicht ein elastisches Element 28, welches an der Innenwandung des Axialkolbens 1, den Vorratsraum 17 begrenzend, angeordnet ist und aus einem geschlossenporigen elastischen Schaum gefertigt ist.
Bezugszeichenliste

1: Axialkolben
2: Taumelscheibe
3: Taumelscheibengetriebe
4: Druckscheibe
5: Rand
6: Fußstück
7: Gleitschuh
8: Kugelkalotte
9: Kalotte
10: Übertragungsbolzen
11: hydraulisches Spielausgleichselement
12: erster Abschnitt
13: mittlerer Abschnitt
14: dritter Abschnitt
15: Ausgleichsraum
16: Absatz
17: Vorratsraum
18: Feder, insbesondere Schraubenfeder
19: Gegenplatte
20: Dichtung
21: Ringabschnitt
22: Stirnabschnitt
23: Befüllstutzen
24: Vorraum
25: Nachsaugventil
26: Druckkammer
27: Schraubenfeder
28: elastisches Element
V: Verdichtungsrichtung

Claims

Taumelscheibengetriebe (3) insbesondere für einen Axialkolbenkompressor, mit einer Taumelscheibe (2), mehreren von dieser über Gleitschuhe (7) betätigten Axialkolben (1), sowie mindestens einem hydraulischen Spielausgleichselement (11), wobei jedem Axialkolben (1) ein gesondertes hydraulisches Spielausgleichselement (11) zugeordnet ist, welches im jeweiligen Axialkolben (1) angeordnet ist und einen im Axialkolben (1) verschieblich geführten Übertragungsbolzen (10) gegen den Gleitschuh (7) drückt, wobei das hydraulische Spielausgleichselement (11) mittels eines Nachsaugventils (25) mit einem im Axialkolben (1) eingeschlossenen Vorrat an Hydraulikflüssigkeit verbunden ist.
Taumelscheibengetriebe (3) nach Anspruch 1, wobei der Axialkolben (1) die Taumelscheibe (2) an deren Rand (5) umgreift, wobei der Gleitschuh (7) sowie die Taumelscheibe (2) zwischen einem Fußstück (6) des Axialkolbens (1) und dem Übertragungsbolzen (10) gelagert sind.
Taumelscheibengetriebe (3) nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Taumelscheibe (2) verschleißhemmend beschichtet ist.
Taumelscheibengetriebe (3) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der Gleitschuh (7) verschleißhemmend beschichtet ist.
Taumelscheibengetriebe (3) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der Übertragungsbolzen (10) mittels einer koaxial zum hydraulischen Spielausgleichselement (11) wirkenden Feder (18) gegenüber dem Axialkolben (1) verspannt ist.
Taumelscheibengetriebe (3) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei ein, an einer Innenwandung des Axialkolbens (1) angeordnetes und einen Vorratsraum (17) für die Hydraulikflüssigkeit begrenzendes elastisches Element (28) aus einem geschlossen-porigen elastischen Schaum zum Volumenänderungsausgleich vorhanden ist.