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Die Erfindung betrifft einen Axialkolbenverdichter, insbesondere zur Fahrzeugklimatisierung, umfassend ein Verdichtergehäuse, einen in dem Verdichtergehäuse angeordneten Zylinderblock mit in dessen Zylinderbohrungen angeordneten Kolben und ein in dem Verdichtergehäuse angeordnetes Taumelantriebssystem für die Kolben mit einer Antriebswelle und einer von der Antriebswelle antreibbaren und gegenüber einer Achse der Antriebswelle verschwenkbaren Taumelscheibe, durch deren Schwenkstellungen relativ zu der Achse eine eine Hubbewegung der Kolben bestimmende Taumelbewegung einer um die Achse verlaufenden Führungsbahn einstellbar ist, und mit einem an der Antriebswelle angeordneten Bogensegment, an welchem die Taumelscheibe geführt und entlang von welchem die Taumelscheibe bewegbar ist.
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Derartige Axialkolbenverdichter sind beispielsweise aus der
FR 2 782 126 A1 bekannt.
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Bei diesen bekannten Lösungen besteht das Problem, dass die Bewegung der Taumelscheibe konstruktiv aufwendig gelöst ist.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Axialkolbenverdichter der gattungsgemäßen Art derart zu verbessern, dass eine möglichst einfache konstruktive Lösung einer Führung für die Taumelscheibe zur Verfügung steht.
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Diese Aufgabe wird bei einem Axialkolbenverdichter der eingangs beschriebenen Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass das Bogensegment zwei auf gegenüberliegenden Seiten des Bogensegments angeordnete, entsprechend der Form des Bogensegments gekrümmte Bogenflächen aufweist, dass durch die gekrümmte Form der Bogenflächen die von der Taumelscheibe einzunehmenden Schwenkstellungen festgelegt sind und dass die Taumelscheibe an dem Bogensegment durch mindestens eine Bogenfläche, die senkrecht zu einer Krümmungsebene des Bogensegments geradlinig verläuft, oder mindestens eine Flachseite des Bogensegments drehfest geführt ist.
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Der Vorteil der erfindungsgemäßen Lösung ist darin zu sehen, dass die Ausbildung des Bogensegments und die Führung der Taumelscheibe entlang dieses Bogensegments eine konstruktiv sehr einfache und zuverlässige Lösung darstellt, mit welcher sich die Schwenkstellungen der Taumelscheibe festlegen lassen.
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Besonders günstig ist es dabei, wenn die durch das Bogensegment geführte Taumelscheibe in jeder ihrer Schwenkstellungen jeweils durch mindestens einen Punkt der Führungsbahn einen oberen Totpunkt für die Kolben vorgibt. Das heißt, bereits die konstruktive Lösung des Bogensegments und der Taumelscheibe geben für jede der Schwenkstellungen einen oberen Totpunkt vor, so dass die für das Erreichen des oberen Totpunkts erforderlichen Kräfte über die Taumelscheibe und das Bogensegment und die Antriebswelle wirken und nicht durch einen Verstellmechanismus für die Taumelscheibe aufgebracht werden müssen.
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Besonders vorteilhaft lässt sich diese Lösung dann gestalten, wenn der den oberen Totpunkt vorgebende mindestens eine Punkt in allen Schwenkstellungen im Wesentlichen dieselbe Lage relativ zur Achse der Antriebswelle aufweist, wobei unter Lage dieses Punktes relativ zur Achse der Antriebswelle der radiale Abstand und die Position in Richtung parallel zur Achse zu verstehen ist.
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Damit ist sichergestellt, dass der obere Totpunkt der Kolben abhängig von den Schwenkstellungen im wesentlichen nicht variiert und somit das Taumelantriebssystem so konzipiert werden kann, dass die Zylinderkammern im oberen Totpunkt ein minimales, vorzugsweise vernachlässigbares Volumen aufweisen.
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Besonders günstig ist es, wenn der Punkt in allen Schwenkstellungen zur Achse der Antriebswelle exakt dieselbe Lage aufweist, so dass das Taumelantriebssystem unabhängig von der Schwenkstellung in der Lage ist, die Kolben in stets ein und denselben oberen Totpunkt zu bewegen, in welchem durch entsprechende konstruktive Maßnahme das Zylindervolumen vernachlässigbar klein gehalten werden kann. Dies ist insbesondere bei Verdichtern für Klimaanwendungen von großem Vorteil, um einen optimalen Wirkungsgrad beim Verdichten des Kältemittels zu erreichen.
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Erfindungsgemäß wurde im Zusammenhang mit den bisherigen Lösungen festgelegt, dass die Taumelscheibe hinsichtlich ihrer Schwenkstellungen durch das Bogensegment geführt sein soll. Damit ist noch nicht festgelegt, wie die Taumelscheibe von der Antriebswelle mitgenommen werden soll.
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Prinzipiell wäre es denkbar, hier einen separaten Mitnehmer für die Taumelscheibe vorzusehen, um auf diese das erforderliche Drehmoment zu übertragen.
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Diese drehfeste Führung der Taumelscheibe an dem Bogensegment ist konstruktiv durch mindestens eine Bogenfläche an dem Bogensegment zur drehfesten Führung der Taumelscheibe realisiert.
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Eine derartige Bogenfläche ist beispielsweise dadurch realisierbar, dass das Bogensegment mindestens eine entsprechend der Form des Bogensegments gekrümmte und senkrecht zu einer Krümmungsebene geradlinig verlaufende Bogenfläche aufweist.
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Noch vorteilhafter lässt sich die drehfeste Führung mit noch geringeren Flächenpressungen dann realisieren, wenn das Bogensegment zwei auf gegenüberliegenden Seiten des Bogensegments angeordnete, entsprechend der Form des Bogensegments gekrümmte und senkrecht zu der Krümmungsebene geradlinig verlaufende Bogenfläche aufweist.
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Alternativ oder ergänzend lässt sich die drehfeste Verbindung zwischen dem Bogensegment und der Taumelscheibe dadurch realisieren, dass das Bogensegment mindestens eine in allen Richtungen ebene Flachseite aufweist, die insbesondere parallel zu der Krümmungsebene des Bogensegments verläuft.
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Weiterhin läßt sich die Flächenpressung im Bereich dieser ebenen Flachseite noch zusätzlich dann reduzieren, wenn das Bogensegment einander gegenüberliegende in allen Richtungen ebene Flachseiten aufweist.
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Eine besonders, auch fertigungstechnisch günstige Form sieht vor, daß das Bogensegment eine rechteckige Querschnittsform aufweist.
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Hinsichtlich der Krümmung des Bogensegments wurden bislang keine näheren Angaben gemacht. Prinzipiell könnte das Bogensegment auch eine nicht einem Kreisbogen entsprechende beliebige Krümmung aufweisen.
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Besonders vorteilhaft ist jedoch der Einsatz eines derartigen Bogensegments, wenn das Bogensegment als Kreisbogensegment geformt ist, da sich dann in besonders vorteilhafter Form die Taumelbewegung der Führungsbahn festlegen läßt.
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Besonders zweckmäßig ist es dabei, wenn der Mittelpunkt des Kreisbogensegments auf der Führungsbahn liegt und den Punkt auf der Führungsbahn darstellt, der den oberen Totpunkt der Kolben festlegt. Bei einer derartigen Lösung ist zwangsläufig festgelegt, daß der den oberen Totpunkt der Kolben festlegende Punkt in jeder der Schwenkstellungen dieselbe Lage relativ zur Achse der Antriebswelle aufweist.
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Hinsichtlich der Lagerung der Taumelscheibe an dem Bogensegment sind die unterschiedlichsten Lösungen denkbar. So wäre es beispielsweise denkbar, die Taumelscheibe durch Wälzlager an dem Bogensegment zu lagern.
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Aufgrund der konstruktiven Einfachheit ist es besonders vorteilhaft, wenn die Taumelscheibe an dem Bogensegment durch eine Gleitführung gelagert ist.
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Die Gleitführung läßt sich in unterschiedlichster Art und Weise realisieren. Die einfachste Realisierung der Gleitführung sieht vor, daß die Taumelscheibe an dem Bogensegment mittels einer Lagerausnehmung gelagert ist, welche das Bogensegment umschließt.
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Dabei könnten in der Lagerausnehmung spezielle Gleitflächen vorgesehen sein. Im einfachsten Fall ist die Lagerausnehmung so ausgebildet, daß sie mit ihren Innenflächen im wesentlichen flächenhaft an dem Bogensegment anliegt.
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Um die Taumelscheibe an dem Bogensegment vorteilhaft montieren zu können, ist vorgesehen, daß die Taumelscheibe zweiteilig ausgebildet ist.
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Vorzugsweise weist die Taumelscheibe eine Trennebene auf, welche die Lagerausnehmung schneidet, so daß die durch die Trennebene getrennten Teile in einfacher Weise auf das Bogensegment aufgesetzt werden können.
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Eine besonders günstige Lösung sieht vor, daß die Trennebene quer zur Krümmungsebene des Bogensegments verläuft und somit beide Teile der Taumelscheibe jeweils an einer von zwei gekrümmten Flachseiten des Bogensegments geführt sind.
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Hinsichtlich der Anordnung des Bogensegments an der Antriebswelle wurden bislang keine näheren Angaben gemacht. Prinzipiell wäre es denkbar, die Antriebswelle mehrteilig auszubilden, um das Bogensegment als separates Teil fertigen zu können.
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Aus Gründen der Stabilität und einer rationellen Fertigung ist es jedoch günstig, wenn das Bogensegment einstückig an beiderseits desselben angeordnete Lagerabschnitte der Antriebswelle angeformt ist.
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Noch günstiger ist es, wenn auch an einen antriebsseitigen Lagerabschnitt der Antriebswelle ein Antriebsabschnitt einstückig angeformt ist, so daß die gesamte Antriebswelle eine einstückige Einheit darstellt.
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Da das Taumelantriebssystem beim Verschwenken der Taumelscheibe eine entsprechend der Verschwenkung variierende Unwucht erzeugt, ist vorzugsweise vorgesehen, daß das Taumelantriebssystem mit einem Unwuchtausgleichssystem versehen ist.
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Ein derartiges Unwuchtausgleichssystem kann in unterschiedlichster Art und Weise ausgebildet sein.
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Beispielsweise ist es denkbar, eine zusätzlich selbständig verstellbare Ausgleichsmasse vorzusehen.
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Besonders günstig ist es jedoch, wenn das Unwuchtausgleichssystem ein entsprechend den Schwenkstellungen der Taumelscheibe gesteuert verstellbare Ausgleichsmasse aufweist, so daß die die Unwucht erzeugenden Schwenkstellungen der Taumelscheibe auch gleichzeitig die Verstellung der Ausgleichsmasse steuern.
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Die Ausgleichsmasse kann in unterschiedlichster Art und Weise vorgesehen sein.
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Beispielsweise können separat von der Antriebswelle angeordnete Ausgleichskörper mit separaten Verstellmechanismen vorgesehen sein.
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Eine besonders zweckmäßige und konstruktiv einfache Lösung sieht vor, daß die Ausgleichsmasse durch einen quer zur Achse der Antriebswelle bewegbaren und an dieser gelagerten Massenausgleichskörper gebildet ist.
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Die bewegbare Lagerung könnte beispielsweise eine Linearverschiebung des Massenausgleichskörpers quer zur Antriebswelle vorsehen.
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Eine aufgrund ihrer konstruktiven Einfachheit besonders günstige Lösung sieht vor, daß der Massenausgleichskörper an der Antriebswelle schwenkbar gelagert ist.
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Hinsichtlich der Anordnung des Massenausgleichskörpers sind die unterschiedlichsten Möglichkeiten denkbar.
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Beispielsweise ist es denkbar, den Massenausgleichskörper als separaten Körper um die Antriebswelle herum anzuordnen.
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Um eine besonders kompakte Bauweise zu ermöglichen und andererseits auch den Massenausgleich möglichst an der Stelle der Antriebswelle vorzusehen, an welcher die Unwucht entsteht, ist vorzugsweise vorgesehen, daß die Antriebswelle eine Aufnahme für den Massenausgleichskörper aufweist.
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Dabei hat es sich konstruktiv als besonders vorteilhaft erwiesen, wenn die Aufnahme als Ausnehmung in der Antriebswelle ausgebildet ist.
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Die Ausnehmung könnte nun an mehreren Stellen der Antriebswelle vorgesehen sein.
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Hinsichtlich des Ausgleichs der Unwucht hat es sich als besonders günstig erwiesen, wenn die Ausnehmung im Bereich des Bogensegments angeordnet ist.
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Vorzugsweise ist die Ausnehmung so angeordnet, daß sie zu einer Bogenaußenseite hin eine Austrittsöffnung aufweist, aus welcher der Massenausgleichsköper herausbewegbar ist.
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Prinzipiell wäre es denkbar, die Bewegung des Massenausgleichskörpers abhängig von der Schwenkstellung der Taumelscheibe zwangsgesteuert durchzuführen.
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Eine besonders einfache Lösung sieht vor, daß der Massenausgleichskörper fliehkraftbeaufschlagt von einer minimalen Unwuchtausgleichsstellungen in weitere Unwuchtausgleichstellung bis in eine maximale Unwuchtausgleichsstellung bewegbar ist.
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Mit dieser Lösung ist es somit möglich, den Massenausgleichskörper zweckmäßigerweise so anzuordnen, daß dieser fliehkraftbeaufschlagt aus der Aufnahme heraus in die entsprechende Unwuchtausgleichsstellung bewegbar ist.
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Um die Unwuchtausgleichsstellung festzulegen sieht eine konstruktiv besonders einfache Lösung vor, daß die jeweilige Unwuchtausgleichsstellung des Massenausgleichskörpers durch einen von der Taumelscheibe bewegbaren Anschlag festlegbar ist, so daß dadurch eine besonders einfache Möglichkeit der Steuerung der Bewegung des Massenausgleichskörpers in die jeweilige Unwuchtausgleichsstellung gegeben ist.
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Zweckmäßigerweise läßt sich eine relativ exakte von der Schwenkstellung der Taumelscheibe abhängige Festlegung der Unwuchtausgleichsstellung dadurch erreichen, daß die Taumelscheibe einen an einer Steuerkulisse des Massenausgleichskörpers anlegbaren Anschlag aufweist, welcher durch Mitbewegung mit der Taumelscheibe im Zusammenwirken mit der Steuerkulisse am Massenausgleichskörper die jeweilige Unwuchtausgleichsstellung festlegt.
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Hierzu könnte beispielsweise an der Taumelscheibe ein separater Anschlag vorgesehen sein.
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Im einfachsten Fall ist vorgesehen, daß der Anschlag durch eine Teilfläche der Lagerausnehmung, beispielsweise auch eine Kantenfläche derselben, der Taumelscheibe gebildet ist.
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Hinsichtlich der weiteren Ausbildung des Taumelantriebsystems ist dem zum Erzeugen der Hubbewegung der Kolben wurden bislang keine näheren Angaben gemacht.
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So ist vorzugsweise vorgesehen, daß an der Taumelscheibe ein Taumelring drehbar gelagert ist.
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Dieser Taumelring ist vorzugsweise mit Kolbenbetätigungselementen gekoppelt, welche von dem Taumelring die Hubbewegung der Kolben ableiten.
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Damit der Taumelring nicht mit der Taumelscheibe mitdreht, sondern lediglich ohne Mitdrehung mit der Antriebswelle und der Taumelscheibe die durch die Schrägstellung der Taumelscheibe bedingten Taumelbewegungen ausführt, ist der Taumelring durch eine Hemmvorrichtung drehfest im Verdichtergehäuse gehalten.
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Die Hemmvorrichtung kann in unterschiedlichster Art und Weise ausgebildet sein.
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Eine vorteilhafte Lösung sieht vor, daß die Hemmvorrichtung einen in einer Hemmführung in Richtung der Achse bewegbaren Gelenkkopf aufweist.
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Der Gelenkkopf könnte seinerseits beispielsweise an einer als Führungsleiste ausgebildeten Hemmführung geführt sein.
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Eine konstruktiv günstige Lösung sieht vor, daß die Hemmführung im Abstand voneinander angeordnete Führungsflächen aufweist, zwischen denen der Gelenkkopf geführt ist.
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Da der Gelenkkopf seinerseits mit geringer Flächenpressung an den Führungsflächen anliegen und somit einen starken Verschleiß im Bereich der Führungsflächen erzeugen würde, ist vorzugsweise vorgesehen, daß der Gelenkkopf zwischen zwei Gleitkörpern liegt, die ihrerseits an den Führungsflächen gleitend geführt sind.
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Derartige Gleitkörper erlauben insbesondere das Vorsehen von den Führungsflächen zugewandten großflächigen Gleichflächen, mit denen die Gleitkörper dann im wesentlichen verschleißarm an den Führungsflächen gleiten.
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Im Zusammenhang mit den bisherigen Erläuterungen der erfindungsgemäßen Lösung wurde nicht näher darauf eingegangen, wie eine Verstellung der Taumelscheibe erfolgen soll.
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Beispielsweise wäre es denkbar, die Taumelscheibe mittels einer mechanischen Verstelleinrichtung zu verstellen.
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Konstruktiv besonders günstig ist jedoch eine Lösung, bei welcher die Verstellung der Taumelscheibe durch einen Innendruck im Antriebsabschnitt des Verdichtergehäuses steuerbar ist, wobei der Innendruck beispielsweise zwischen einem saugseitigen Druck des Axialkolbenverdichters und dem vom Axialkolbenverdichter erzeugten Hochdruck variabel einstellbar ist.
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Weitere Merkmale und Vorteile sind Gegenstand der nachfolgenden Beschreibung sowie der zeichnerischen Darstellung eines Ausführungsbeispiels.
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In der Zeichnung zeigen:
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1 einen Längsschnitt durch ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Lösung;
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2 eine vergrößerte ausschnittsweise Darstellung einer Antriebswelle des Ausführungsbeispiels im Bereich des Bogensegments;
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3 eine Darstellung entsprechend 2 der um ungefähr 180° gedrehten Antriebswelle;
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4 einen Schnitt längs Linie 4-4 in 1;
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5 eine Explosionsdarstellung eines Taumelantriebsystems des erfindungsgemäßen Axialkolbenverdichters;
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6 eine ausschnittsweise vergrößerte Darstellung von Taumelscheibe und Taumelring gemäß 5 bei geänderter Perspektive;
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7 einen Schnitt ähnlich 1 bei maximaler Schwenkstellung der Taumelscheibe und
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8 eine Explosionsdarstellung einer Hemmvorrichtung des erfindungsgemäßen Axialkolbenverdichters.
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Ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Axialkolbenverdichters, dargestellt in 1, insbesondere vorgesehen zur Fahrzeugklimatisierung, umfaßt ein als Ganzes mit 10 bezeichnetes Verdichtergehäuse mit einem Zylinderabschnitt 12, in welchem ein als Ganzes mit 14 bezeichneter Zylinderblock angeordnet ist, der eine Vielzahl von um eine Mittelachse 16 in gleichen radialen Abständen und achsparallel zu dieser angeordnete Zylinderbohrungen 18 aufweist, in welchen Kolben 20 des Axialkolbenverdichters geführt und in einer parallel zur Mittelachse 16 verlaufenden Hubrichtung 22 bewegbar sind.
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Der Zylinderblock 14 und das Verdichtergehäuse 10 müssen nicht zwingend zwei getrennte Teile sein. Vielmehr können der Zylinderblock 14 und das Verdichtergehäuse 10, oder zumindest der Zylinderabschnitt 12 desselben als zusammenhängendes oder auch einstückiges Teil ausgebildet sein.
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Der Zylinderblock 14 ist ferner durch eine Ventilplatte 24 abgeschlossen, in welcher Einlassöffnungen 26 und Auslassöffnungen 28 zu in dem Zylinderblock 14 gebildeten und einerseits von den Kolben 20 und andererseits von den Ventilplatten 24 begrenzten Zylinderkammern vorgesehen und mit zeichnerisch nicht dargestellten Einlassventilen bzw. Auslassventilen versehen sind.
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Die Einlassöffnungen 26 grenzen ihrerseits an eine Niederdruckkammer 32 und die Auslassöffnungen 28 grenzen an eine Hochdruckkammer 34, die beide in einem Zylinderkopf 36 angeordnet sind, welcher durch einen an den Zylinderabschnitt 12 angrenzenden Endabschnitt 38 des Verdichtergehäuses 10 gebildet ist.
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Auf einer dem Endabschnitt 38 gegenüberliegenden Seite des Zylinderabschnitts 12 ist ein Antriebsabschnitt 40 des Verdichtergehäuses 10 vorgesehen, an welchem auf seiner dem Zylinderabschnitt 12 gegenüberliegenden Seite ein weiterer Endabschnitt 42 des Verdichtergehäuses 10 angeordnet ist.
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In dem Antriebsabschnitt 40 ist ein als Ganzes mit 50 bezeichnetes Taumelantriebssystem für die Bewegung der Kolben 20 in der Hubrichtung 22 vorgesehen.
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Dieses Taumelantriebssystem 50 umfaßt eine als Ganzes mit 52 bezeichnete Antriebswelle, welche mit einem endseitigen Lagerabschnitt 54 in eine in dem Zylinderblock 14 angeordnete Lagerbohrung 56 eingreift und vorzugsweise in dieser in Form eines Gleitlagers gelagert ist.
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An einer dem Lagerabschnitt 54 gegenüberliegenden Seite ist die Antriebswelle 52 mit einem Antriebsabschnitt 58 versehen, welcher über den Endabschnitt 42 des Verdichtergehäuses 10 übersteht. An diesen Antriebsabschnitt 58 schließt sich ein weiterer Lagerabschnitt 60 der Antriebswelle 52 an, welcher in einem als Ganzes mit 62 bezeichnetes Axial- und Radiallager aufgenommen ist, das seinerseits in dem Endabschnitt 42 des Verdichtergehäuses 10 angeordnet ist.
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Zwischen dem Lagerabschnitt 60 und dem Antriebsabschnitt 58 ist ferner noch eine als Ganzes mit 64 bezeichnete Gleitringdichtung vorgesehen, welche die Antriebswelle 52 im Bereich des Endabschnitts 42 gegenüber dem Endabschnitt 42 gasdicht abdichtet.
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Die Antriebswelle 52 ist somit in dem Verdichtergehäuse 10 um eine Achse 66 drehbar gelagert, welche koaxial zur Mittelachse 16 und parallel zu den Hubrichtungen 22 der Kolben 20 verläuft.
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Zwischen dem Lagerabschnitt 54 und dem Lagerabschnitt 60 ist die Antriebswelle 52 mit einem als Ganzes mit 70 bezeichneten Bogensegment versehen, das in einer in 1 mit der Zeichenebene zusammenfallenden Krümmungsebene K gekrümmt verläuft und senkrecht zur Krümmungsebene K geradlinig der eben verlaufende, jedoch in der Krümmungsebene K gekrümmte Bogenflächen 72 und 74 aufweist, wobei die Bogenfläche 72 die innere Bogenfläche darstellt, während die Bogenfläche 74 die äußere Bogenfläche darstellt.
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Vorzugsweise sind die beiden Bogenflächen 72 und 74 zylindrische Flächen zu einer durch einen Punkt P verlaufenden und senkrecht zur Krümmungsebene K stehende Zylinderachse Z, so daß das Bogensegment 70 ein Kreisbogensegment darstellt.
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Das Bogensegment 70 weist seinerseits einen Tangentialabschnitt 76 auf, in welchem eine Tangente an die Bogenflächen 72 und 74 parallel zur Achse 66 verläuft und erstreckt sich ausgehend von diesem Tangentialabschnitt 76 in der durch die Achse 66 verlaufenden Krümmungsebene K mit einem Querabschnitt 78 in Richtung zu einer Seite der Achse 66, wobei Tangenten an die Bogenflächen 72, 74 mit zunehmendem Abstand von dem Tangentialabschnitt 76 größer werdende Winkel mit der Achse 66 einschließen.
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Dabei liegen der Tangentialabschnitt 76 des Bogensegments 70 nahe dem Lagerabschnitt 54 und der Querabschnitt 78 auf einer dem Zylinderblock 14 abgewandten Seite des Tangentialabschnitts 76 und somit einer dem Lagerabschnitt 60 zugewandten Seite des Tangentialabschnitts 76.
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Das Bogensegment 70 weist ferner zwischen den Bogenflächen 72 und 74 liegende, parallel zueinander verlaufende Flachseiten 82 und 84 auf, die vorzugsweise parallel zur Krümmungsebene K verlaufen, so daß, wie in 4 dargestellt, das Bogensegment 70 insgesamt eine rechteckförmige Außenkontur aufweist, und zwar sowohl im Tangentialabschnitt 76 als auch im Querabschnitt 78.
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Auf dem Bogensegment 70 ist, wie in 1 dargestellt, eine als Ganzes mit 90 bezeichnete Taumelscheibe angeordnet, welche eine Lagerausnehmung 92 aufweist, mit welcher sie an dem Bogensegment 70 geführt ist. Dabei weist die Lagerausnehmung 92 vorzugsweise eine der inneren Bogenfläche 72 zugewandte und entsprechend der Bogenfläche 72 gekrümmte Führungsfläche 94 und eine der äußeren Bogenfläche 74 zugewandte und entsprechend dieser gekrümmte Führungsfläche 96 auf, wobei die Führungsflächen 94 und 96 sich durch die gesamte Lagerausnehmung 92 hindurch erstrecken und vorzugsweise flächig an den Bogenflächen 72 bzw. 74 in Form einer Gleitführung anliegen. Außerdem weist die Lagerausnehmung 92 noch Seitenführungsflächen 98 und 100 auf, die ihrerseits an den Flachseiten 82 bzw. 84 des Bogensegments 70 anliegen und ebenfalls an diesen in der Art einer Gleitführung geführt sind. Auch die Seitenführungsflächen 98 und 100 erstrecken sich vorzugsweise durch die gesamte Lagerausnehmung 92 hindurch und liegen vollflächig an den Flachseiten 82 und 84 des Bogensegments 70 an. Somit ist die Taumelscheibe 90 an dem Bogensegment 70 drehfest und längs des Bogensegments 70 verschiebbar an diesem mit der Gleitführung gelagert.
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Zur Montage der Taumelscheibe 90 auf dem Bogensegment 70 ist diese durch eine Trennebene 102, welche die Lagerausnehmung 92 schneidet in zwei Segmente 104, 106 teilbar, wobei das Segment 104 die Führungsfläche 94 und das Segment 106 die Führungsfläche 96 umfaßt und beide Segmente 104, 106 Teile der Seitenführungsflächen 98, 100 umfassen.
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Die Segmente sind dabei vorzugsweise durch Verbindungselemente 108, 110 verbindbar und exakt zueinander fixierbar, so daß die in den Segmenten 104, 106 liegenden Teile der Führungsflächen 94 und 96 jeweils in einer Ebene liegen.
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Die Taumelscheibe 90 ist ferner, wie in 1 und 6 dargestellt, mit einer Radiallagerfläche 112 und einer Axiallagerfläche 114 versehen, durch welche ein als Ganzes mit 120 bezeichneter Taumelring drehbar auf der Taumelscheibe 90 gelagert und axial auf einer dem Zylinderblock 14 gegenüberliegenden Seite abgestützt ist. Hierzu ist der Taumelring 120 mit einer an der Radiallagerfläche 112 aufliegenden zylindrischen Innenfläche 122 und einer an der Axiallagerfläche 114 sich abstützenden, quer zur Innenfläche 122 verlaufenden Stützfläche 124 versehen.
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Der Taumelring 120 weist eine der Zahl der Kolben 20 entsprechenden Zahl von Pleuelaufnahmen 126 auf, in welchen die Kolben 20 betätigende Pleuel 128 beispielsweise mittels eines Kugelkopfes 130 gelenkig gelagert sind.
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Maßgebend für die Bewegung der Kolben 20 ist die Lage der Mittelpunkte M der Kugelköpfe 130 in den Pleuelaufnahmen 126, wobei diese Mittelpunkte M alle in einer Mittelpunktsebene ME auf einer Kreisbahn liegen und von einem einem in dieser Mittelpunktsebene ME liegenden Kreismittelpunkt EM denselben Abstand aufweisen, so dass insgesamt die Mittelpunkte M auf einer um den Kreismittelpunkt EM umlaufenden geometrischen Führungsbahn liegen, die sich genau wie der Taumelring 120 nicht mit der Antriebswelle 52 mitdreht, jedoch eine den Taumelring 120 entsprechende Taumelbewegung ausführt.
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Steht die Mittelpunktsebene ME senkrecht zur Achse 66 der Antriebswelle 52, so steht die Führungsbahn F so, dass alle Mittelpunkte M der Kugelköpfe 130 den entsprechenden Kolben 20 in seiner oberen Totpunktstellung halten und es wird keinerlei Kältemittel komprimiert, da die Kolben 20 ihre obere Totpunktstellung bei rotierender Antriebswelle 52 nicht verlassen.
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Ferner liegt bei senkrecht zur Achse 66 verlaufender Mittelpunktsebene ME auch der Kreismittelpunkt EM auf der Achse 66 und die Führungsbahn F liegt ebenfalls somit koaxial zur Achse 66.
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Außerdem ist die Lage des das Bogensegment 70 hinsichtlich seiner Kreisbogenform festlegenden Punktes P so gewählt, dass auch dieser auf der Führungsbahn F liegt.
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Bei senkrecht zur Achse 66 verlaufender Mittelpunktsebene ME steht die Taumelscheibe 90, wie in 1 dargestellt, in ihrer Ausgangsstellung auf dem Bogensegment 70, wobei die Mittelpunktsebene ME den Tangentialabschnitt 76 des Bogensegments 70 schneidet. Durch Bewegen der Taumelscheibe 90 ausgehend von der Ausgangsstellung entlang des Bogensegments 70 in den Querabschnitt 78 besteht nun die Möglichkeit, die Mittelpunktsebene ME gegenüber der Achse 66 der Antriebswelle 52 zunehmend zu mit dem Punkt P als Drehpunkt der Schwenkbewegung zunehmend zu verschwenken bis die in 7 dargestellte maximale Schwenkstellung erreicht ist.
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Das Verschwenken der Taumelscheibe 90 um den Punkt P, der auf der Führungsbahn F liegt und auch beim Verschwenken der Taumelscheibe 90 auf der Führungsbahn F verbleibt, führt zu einer Neigung der Taumelscheibe 90 gegenüber der Achse 66 der Antriebswelle 52 entsprechend der Mittelpunktsebene ME und zu einer Bewegung des Kreismittelpunkts EM seitlich von der Achse 66 weg. Bei Drehen der Antriebswelle 52 wandert nun der Punkt P entlang der Führungsbahn F und führt zu der Taumelbewegung, wobei jeweils dann, wenn der Punkt P mit einem der Mittelpunkte M der Kugelköpfe 130 zusammenfällt, der entsprechende Kolben 20 in der oberen Totpunktstellung positioniert wird, während bei schräggestellter Taumelscheibe 90 die Führungsbahn F entsprechend der Taumelbewegung derselben die anderen Kolben 20 mit Abstand vom jeweiligen oberen Totpunkt positioniert. Insbesondere definiert ein dem Punkt P exakt gegenüberliegender und auf der Führungsbahn F umlaufender Punkt PU einen unteren Totpunkt, so daß dann, wenn dieser Punkt PU einen Mittelpunkt M eines der Kugelköpfe 130 erreicht, der entsprechende Kolben 20 in den der Stellung der Taumelscheibe 90 entsprechenden unteren Totpunkt bewegt wird.
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Dadurch, daß der Punkt P gleichzeitig der Krümmungsmittelpunkt des Bogensegments 70 ist und somit relativ zur Achse 66 weder seinen radialen Abstand noch seine Position in Richtung der Achse 66 unabhängig von der Schrägstellung der Taumelscheibe 90 ändert, gibt dieser Punkt P jeweils exakt denselben oberen Totpunkt für den jeweiligen Kolben 20 vor, so dass damit die Möglichkeit besteht, den Axialkolbenkompressor derart zu konzipieren, dass jeder der Kolben 20 im oberen Totpunkt maximal an die Ventilplatte 24 heranbewegt ist und das noch vorhandene Zylindervolumen gegen Null geht.
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Um eine Drehbewegung des Taumelrings 120 mit der Taumelscheibe 90 zu verhindern, ist dieser, wie insbesondere in 4 und 5 dargestellt, mit einer Hemmvorrichtung 140 versehen, welche eine an dem Taumelring 120 gehaltene Gelenkkugel 142 umfasst, die zwischen zwei einander gegenüberliegenden Führungsflächen 144 und 146 einer als Ganzes mit 148 bezeichneten Hemmführung angeordnet ist und sich über auf gegenüberliegenden Seiten der Gelenkkugel 142 angeordnete Gleitkörper 152, 154 an den Führungsflächen 144, 146 abstützt, wobei die Gleitkörper 152, 154 mit die Gelenkkugel 142 aufnehmenden Kalotten 156 versehen sind, so dass sich die Gelenkkugel 142 auch relativ zu den Gleitkörpern 152, 154 verdrehen kann.
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Vorzugsweise ist dabei die Hemmführung 148 an einem Boden 158 des Antriebsabschnitts 40 des Verdichtergehäuses 10 gehalten.
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Das Taumelantriebssystem 50 ist außerdem noch mit einem als Ganzes mit 160 bezeichneten Unwuchtausgleichssystem versehen, welches einen Massenausgleichskörper 162 umfasst, der seinerseits in einer Ausnehmung 164 des Bogensegments 70 positionierbar ist und beim Drehen der Antriebswelle 52 fliehkraftbeaufschlagt aus einer Austrittsöffnung 166 der Ausnehmung 164 herausbewegbar ist, wobei die Austrittsöffnung 166, wie in 3 dargestellt, in der Bogenfläche 74 angeordnet ist und wobei sich die Ausnehmung 164 ausgehend von der Austrittsöffnung 166 in der Bogenfläche 74 in das Bogensegment 70 hineinerstreckt.
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Liegt der Massenausgleichskörper 162 vollständig in der Ausnehmung 164, so steht der Massenausgleichskörper 162 in seiner minimalen Unwuchtstellung. Ein Herausbewegen des Massenausgleichskörpers 162 aus der Ausnehmung 164 hat Unwuchtstellungen des Massenausgleichskörpers 162 zur Folge, deren Unwucht größer ist als in der minimalen Unwuchtstellung. Um die jeweilige Unwuchtstellung des Massenausgleichskörpers 162 entsprechend der Verschwenkung der Taumelscheibe 90 festlegen zu können, wird das Herausbewegen des Massenausgleichskörpers 162 aus der Ausnehmung 164 durch eine Steuerkante 170 der Taumelscheibe 90 begrenzt, welche beispielsweise endseitig der Lagerausnehmung 92 der Taumelscheibe 90 angeordnet ist und gegen welche der Massenausgleichskörper 162 mit einer der Steuerkante 170 zugewandten Steuerkulisse 172 bei Fliehkraftbeaufschlagung anliegt.
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Steht die Taumelscheibe 90 in der Ausgangsstellung, so liegt die Steuerkante 170 in einem Bereich 174 der Steuerkulisse an, welche so geformt ist, daß der Massenausgleichskörper 162 vollständig in der Ausnehmung 164 in seiner minimalen Unwuchtstellung steht. Bewegt sich die Steuerkante 170 mit der Taumelscheibe 90 aus der Ausgangsstellung heraus, so liegt diese in Bereichen 176 der Steuerkulisse 172 des Massenausgleichskörpers 162 an, die eine zunehmende Verschwenkung des Massenausgleichskörpers 162 um die Achse 168 aus der Ausnehmung 164 und somit eine Unwuchtstellung mit einer größeren Unwucht als in der minimalen Unwuchtstellung erlauben.
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Ist die Taumelscheibe 90 maximal gegenüber der Achse 66 der Antriebswelle 52 geneigt, so steht die Steuerkante 170 in einem Bereich 178 der Steuerkulisse 172, welcher die maximale Unwuchtstellung des Massenausgleichskörpers 162 festlegt.
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Durch Formen der Steuerkulisse 172 in den Bereichen 174, 176 und 178 lässt sich die durch den Massenausgleichskörper 162 erzeugbare Unwucht derart festlegen, dass diese genau die Unwucht kompensiert, die dadurch entsteht, dass die Taumelscheibe 90 ausgehend von der Ausgangsstellung zunehmend gegenüber der Achse 66 geneigt wird und dabei eine Unwucht erzeugt.
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Die Steuerung der Schwenkstellungen der Taumelscheibe 90 erfolgt vorzugsweise durch einen Innendruck in einem Innenraum 180 des Antriebsabschnitts 40, welcher über eine Druckleitung 182 und ein mit der Druckleitung 182 verbundenes Druckregelventil 184 einstellbar ist, das seinerseits über eine Niederdruckleitung 186 mit der Niederdruckkammer 32 verbunden ist und über eine Hochdruckleitung 188 mit der Hochdruckkammer 34.
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Das Druckregelventil 184 ist nun in der Lage, in dem Innenraum 180 jeden zwischen dem Niederdruck in der Niederdruckkammer 32 und dem Hochdruck in der Hochdruckkammer 34 liegenden Druck einzustellen.
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Durch diesen Druck im Innenraum 180 werden auch die Kolben 20 auf ihrer dem Innenraum 180 zugewandten Rückseite beaufschlagt und diese Druckbeaufschlagung wirkt je nach Größe des Drucks in Richtung einer Verstellung der Taumelscheibe 90 in ihre in 1 dargestellte Ausgangsstellung, während die Taumelscheibe 90 selbst zusammen mit dem Taumelring 120 aufgrund ihrer Unwucht die Tendenz hat, bei sich drehender Antriebswelle 52 in Richtung einer maximalen Neigung zur Achse 66 der Antriebswelle 52 zu verschwenken so daß die durch den Punkt PU auf der Führungsbahn F positionierten Kolben 20 eine untere Totpunktstellung aufweisen, die einem maximalen Ansaugvolumen entspricht, woraus ein maximale Verdichterleistung resultiert.
