DE19616962A1 - Reciprocating machine with tilting swashplate - Google Patents

Reciprocating machine with tilting swashplate

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Abstract

The reciprocating piston engine or motor has reciprocating motion converted to rotary motion using a swashplate (3) attached to the central drive shaft (4). The amplitude of the reciprocating movement is variable. The pistons (2) move on axes parallel to that of the drive shaft and are connected to the swashplate by dumbbell-shaped piston rods whose enlarged spherical ends fitting into spherical recesses (6) in the piston and the swashplate. The non-rotating swashplate is held on a roller bearing (7) on a collar which rotates with the shaft and can tilt on the shaft.

Description

Die Erfindung betrifft eine Hubkolbenmaschine mit einem Tau­ melscheibengetriebe, deren Taumelscheibe einen sich mit der Maschinenwelle drehenden ersten Taumelscheibenteil und einen mit mehreren Kolben in Antriebsverbindung stehenden zweiten Taumelscheibenteil aufweist, wobei der erste Taumelscheiben­ teil über ein verschiedene Schrägstellungen ermöglichendes Taumelgelenk mit der Maschinenwelle und beide über eine die Taumelbewegung übertragende Drehlagerung miteinander verbunden sind und wobei eine in Richtung der Welle auf die Taumelschei­ be wirkende Federeinrichtung bestrebt ist, diese aus ihrer Schrägstellung in eine Leerlaufposition zurückzustellen.The invention relates to a reciprocating piston machine with a rope disc gears, whose swash plate aligns with the Machine shaft rotating first swash plate part and one with several pistons in drive connection second Has swash plate part, the first swash plates partly via a different inclination Swash joint with the machine shaft and both over one die Swivel-transmitting pivot bearing connected to each other are and being one towards the shaft on the swashplate be effective spring device strives to get this out of their Reset inclination to an idle position.

Hubkolbenmaschinen dieser Art sind durch die Patentliteratur vielfach bekannt, wie z. B. durch die US-A-5,205,718, die DE-A- 42 29 978, die EP-A-0207613 oder die WO-A-00384. Sie werden bei­ spielsweise als Kompressor in R134a-Klimaanlagen von Kraftfahr­ zeugen verwendet. Ihre auf die Taumelscheibe wirkende Feder­ einrichtung unterstützt deren Rückstellung in Richtung zu ei­ ner Leerlaufposition, wenn der Gegendruck an den Kolben z. B. durch Herstellung einer Verbindung zwischen Druck- und Saug­ seite des Kompressors reduziert wird. Die Anordnung der als Schraubenfeder ausgeführten Federeinrichtung bereitet jedoch konstruktive Schwierigkeiten, da die schwenkende Verstellbewe­ gung der Taumelscheibe trotz ihrer die Maschinenwelle umschließenden Anordnung nicht behindert werden soll und da auch in Richtung der Maschinenwelle die Baugröße und das Ge­ wicht der Maschine, insbesondere für den Einbau im Motorraum eines Kraftfahrzeuges, begrenzt bleiben soll. Entsprechend ha­ ben die bekannten Maschinen Schraubenfedern, deren Dimensio­ nierung nur eine begrenzte Federkraft zuläßt. Die für die Ausführung eines für ca. 10-fach höhere Drücke und damit für CO₂-Kraftfahrzeugklimaanlagen geeigneten Hochdruckkompressors nicht ausreichend wäre.Reciprocating machines of this type are through the patent literature widely known, such as B. by US-A-5,205,718, DE-A- 42 29 978, EP-A-0207613 or WO-A-00384. You will at for example as a compressor in R134a air conditioning systems from Kraftfahr witness used. Your spring acting on the swashplate facility supports their default towards egg ner idle position when the back pressure on the piston z. B. by establishing a connection between pressure and suction side of the compressor is reduced. The arrangement of the as Coil spring designed spring device prepares constructive difficulties because the pivoting adjustment movement swashplate despite its surrounding the machine shaft Arrangement should not be hindered and there also in the direction of the machine shaft, the size and the Ge importance of the machine, especially for installation in the engine compartment of a motor vehicle should remain limited. According to ha ben the well-known machines coil springs, their dimensions only allows a limited spring force. The for the Execution of a for approx. 10 times higher pressures and thus for CO₂ automotive air conditioning suitable high pressure compressor would not be sufficient.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Hubkolbenma­ schine der eingangs genannten Art zu finden, die bei guter Re­ gelbarkeit und kompakter Bauart für hohe Drücke wie z. B. von CO₂-Kraftfahrzeug-Klimaanlagen geeignet ist. Insbesondere soll eine selbsttätige Regelung möglich sein, so daß trotz der am Kraftfahrzeug wechselnden Drehzahl die Fördermenge konstant bleibt und folglich eine Kupplung zum Zu- und Abschalten des Antriebs vermeidbar ist.The invention has for its object a reciprocating piston to find machines of the type mentioned at the beginning, which in good Gelability and compact design for high pressures such. B. from CO₂ automotive air conditioning is suitable. In particular, should an automatic regulation may be possible, so that despite the am Motor vehicle changing speed the flow rate constant remains and consequently a clutch for switching on and off the Drive is avoidable.

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß dadurch, daß die Federeinrichtung in einer Axialbohrung der Maschinen­ welle angeordnet ist und die rückstellende Wirkverbindung mit der Taumelscheibe durch mindestens eine sich in Wellenrichtung erstreckende Öffnung der Wellenwand hindurch erfolgt.According to the invention, this object is achieved by that the spring device in an axial bore of the machines shaft is arranged and the restoring active connection with the swashplate by at least one in the shaft direction extending opening of the shaft wall takes place.

Aufgrund der erfindungsgemäßen Anordnung läßt sich der Triebraum und der Durchmesser der Taumelscheibe für Hoch­ druckanwendungen ausreichend verkleinern, ohne daß für eine Konstantregelung auf eine ausreichende Federunterstützung einer drehzahlabhängigen Rückstellung der Kippbewegung der Taumelscheibe verzichtet werden muß.Due to the arrangement of the invention Drive chamber and the diameter of the swashplate for high reduce the size of printing applications sufficiently without Constant control for sufficient spring support a speed-dependent reset of the tilting movement of the Swashplate must be dispensed with.

Ein besseres Verständnis der Erfindung und vorteilhafte Aus­ führungsformen der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung anhand der Zeichnungen. Es zeigt:A better understanding of the invention and advantageous off embodiments of the invention result from the following Description based on the drawings. It shows:

Fig. 1 einen Axialschnitt einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Hubkolbenmaschine bei minimaler Hubeinstellung, Fig. 1 shows an axial section of an embodiment of a reciprocating engine according to the invention with a minimum stroke setting,

Fig. 2 die Hubkolbenmaschine nach Fig. 1 bei maximaler Hub­ einstellung und Fig. 2, the reciprocating piston machine according to Fig. 1 at maximum stroke and

Fig. 3 einen Axialschnitt einer erfindungsgemäßen Hubkol­ benmaschine im Bereich von Bohrungen zur Zirkulation von Öldunst, in Ausführung mit einer Magnetkupplung. Fig. 3 shows an axial section of a Hubkol benmaschine invention in the area of holes for the circulation of oil vapor, in execution with a magnetic coupling.

Der grundsätzliche Aufbau und die Wirkungsweise einer Hubkol­ benmaschine mit Taumelscheibengetriebe sind durch die zuvor genannte Fachliteratur bekannt.The basic structure and mode of operation of a lifting piston ben machine with swash plate gear are through the previous known technical literature known.

Die Hubkolbenmaschine 1 hat beispielsweise sieben durch die Taumelbewegung angetriebene Kolben 2, die in Umfangsrichtung der Maschine nebeneinander angeordnet sind. Die Taumelscheibe 3 hat einen sich mit der Maschinenwelle 4 drehenden ersten Scheibenteil 5 und einen in Antriebsverbindung mit den Kolben 2 stehenden, gegen Verdrehung gesicherten zweiten Scheibenteil 6. Für die Übertragung der Taumelbewegung ist zwischen beiden Scheibenteilen 5, 6 eine mit Wälzlagerkörpern 7, 8 ausgerüstete Drehlagerung vorgesehen, die axiale und radiale Kräfte auf­ nimmt.The reciprocating piston machine 1 has, for example, seven pistons 2 which are driven by the wobble movement and which are arranged next to one another in the circumferential direction of the machine. The swash plate 3 has a first disk part 5 which rotates with the machine shaft 4 and a second disk part 6 which is in driving connection with the pistons 2 and is secured against rotation. For the transmission of the wobble movement between the two disc parts 5 , 6 provided with a roller bearing bodies 7 , 8 , a rotary bearing is provided, which absorbs axial and radial forces.

Die verschiedene Schräg- oder Kippstellungen der Taumelscheibe 3 ermöglichende Verbindung zwischen der Maschinenwelle 4 und dem mitdrehenden ersten Scheibenteil 5 erfolgt durch einen Mitnehmerbolzen 9 am Ende eines an der Maschinenwelle 4 befe­ stigten Mitnehmers 10. Dieser greift in eine die Kippbewegung der Taumelscheibe 3 auf der Maschinenwelle 4 zulassende Aus­ nehmung 11 mindestens eines Fortsatzes 12 ein, der seitlich am mitdrehenden ersten Scheibenteil 5 angeformt ist. An der Ma­ schinenwelle 4 stützt sich die Taumelscheibe 3 durch eine zen­ trale Ausnehmung 13 ab, die sich beidseitig in Wellenrichtung erweitert, so daß für die auf der Maschinenwelle 4 ausgeführ­ te Kippbewegung ausreichend Freiraum vorhanden ist. Die Dreh­ sicherung des zweiten Scheibenteils 6 erfolgt durch ein sich durch den Triebraum 15 erstreckendes und in eine Aussparung 14 am Umfang des Scheibenteils 6 eingreifendes Stegteil 16.The various inclined or tilted positions of the swash plate 3 enable connection between the machine shaft 4 and the rotating first disk part 5 is carried out by a driving pin 9 at the end of a BEFE on the machine shaft 4 steady driver 10th This engages in a tilting movement of the swash plate 3 on the machine shaft 4 from recess 11 from at least one extension 12 which is formed laterally on the rotating first disc part 5 . On the Ma machine shaft 4 , the swash plate 3 is supported by a central recess 13 , which extends on both sides in the shaft direction, so that there is sufficient free space for the tilting movement executed on the machine shaft 4 . The rotation of the second disk part 6 is ensured by a web part 16 extending through the drive chamber 15 and engaging in a recess 14 on the circumference of the disk part 6 .

Die Kraft für die Winkelverstellung der Taumelscheibe 3 ergibt sich aus der Summe der jeweils beidseitig der Kolben 2 gegen­ einander wirkenden Drücke und aus den an der Taumelscheibe 3 wirkenden dynamischen Kräften. Dabei wirkt an dem mitdrehenden Scheibenteil 5 ein mit zunehmender Drehgeschwindigkeit anstei­ gendes, rückstellendes Drehmoment, das der Schrägstellung ent­ gegenwirkt, während durch die oszillierende Bewegung des mit den Kolben 2 verbundenen Scheibenteils Trägheitskräfte diesem rückstellenden Drehmoment entgegenwirken.The force for the angular adjustment of the swash plate 3 results from the sum of the pressures acting against each other on both sides of the piston 2 and from the dynamic forces acting on the swash plate 3 . It acts on the rotating disc part 5 with increasing rotational speed increasing, restoring torque, which counteracts the inclination ent, while inertial forces counteract this restoring torque by the oscillating movement of the disc part connected to the piston 2 .

Das rückstellende Drehmoment des sich drehenden ersten Schei­ benteils 5 reicht jedoch unter Berücksichtigung der an den Kolben wirkenden Drücke allein nicht aus, um bei ansteigender Drehgeschwindigkeit den Kolbenhub so weit zu reduzieren, daß die Fördermenge des Kompressors konstant bleibt. Auch die Kraft einer auf bekannte Weise die Maschinenwelle umschließenden, die Rückstellung der Taumelscheibe unterstützenden Schraubenfeder ist insbesondere bei Ausführung der Hubkolben­ maschine für hohe Drücke nicht ausreichend, um die bei anstei­ gender Drehgeschwindigkeit zunehmende Fördermenge durch Rück­ stellung der Schrägstellung Taumelscheibe 3 zu kompensieren.The restoring torque of the rotating first disk part 5, however, is not sufficient, taking into account the pressures acting on the pistons, in order to reduce the piston stroke with increasing rotational speed to such an extent that the delivery rate of the compressor remains constant. Also, the force of a known manner surrounding the machine shaft, supporting the return of the swash plate helical spring, especially when the reciprocating piston machine is designed for high pressures, is not sufficient to compensate for the increasing flow rate with increasing rotational speed by resetting the inclined swash plate 3 .

Durch die erfindungsgemäße Anordnung einer Schraubenfeder 20 oder anderen Federeinrichtung in einer Axialbohrung 21 der Ma­ schinenwelle 4 kann eine solche ohne Vergrößerung des Maschi­ nengehäuses 22 bzw. auch mit einem für hohe Drücke verkleiner­ tem Triebraum 15 und bei kleiner Taumelscheibe so ausgeführt werden, daß sich eine für eine Konstantregelung geeignete Fe­ dercharakteristik ergibt.The inventive arrangement of a coil spring 20 or other spring device in an axial bore 21 of the Ma machine shaft 4 can such without enlarging the Maschi nengehäuses 22 or with a reduced for high pressures tem drive chamber 15 and with a small swash plate so that a suitable for a constant control dercharacteristic results.

Durch den geringen Durchmesser z. B. einer Schraubenfeder in einer hohlen Maschinenwelle 4 ergibt sich eine hohe Feder­ kraft, und durch die Länge der hohlen Maschinenwelle 4 kann ein ausreichend langer Federweg realisiert werden. Eine Op­ timierung der Federwirkung ist durch Messungen der Rückstell­ kräfte unter verschiedenen Betriebsbedingungen und z. B. ent­ sprechende graphische Auswertungen möglich.Due to the small diameter z. B. a coil spring in a hollow machine shaft 4 results in a high spring force, and by the length of the hollow machine shaft 4 , a sufficiently long spring travel can be realized. An optimization of the spring action is possible by measuring the restoring forces under different operating conditions and e.g. B. accordingly graphical evaluations possible.

Für die Übertragung der Federbewegung von der als Druckfeder ausgeführten Schraubenfeder 20 auf die Taumelscheibe 3 liegt diese mit Vorspannung an einem in der Axialbohrung 21 geführ­ ten Federkolben 22 an. Von diesem wird die Federbewegung mit­ tels eines Kopplungsstiftes 23 durch beidseitige Wandöffnungen 24 der Maschinenwelle 4 auf die Taumelscheibe 3 übertragen, indem diese an ihrem sich mitdrehenden Scheibenteil 5 in den Darstellungen nicht sichtbare Eingriffsöffnungen aufweist. Diese haben gegenüber dem Durchmesser des Kopplungsstiftes 23 ein ausreichendes Übermaß, um eine Überbestimmung der durch das Taumelgelenk 9 und die Kipplagerung auf der Maschinenwelle 4 bestimmten Festlegung der Kippbewegung zu vermeiden.For the transmission of the spring movement of the helical spring 20 designed as a compression spring onto the swash plate 3 , the latter rests with prestress on a spring piston 22 guided in the axial bore 21 . From this, the spring movement is transmitted by means of a coupling pin 23 through wall openings 24 on both sides of the machine shaft 4 to the swash plate 3 , in that it has engagement openings which are not visible in the illustrations on their rotating disk part 5 . These have a sufficient excess compared to the diameter of the coupling pin 23 in order to avoid overdetermination of the determination of the tilting movement determined by the wobble joint 9 and the tilting bearing on the machine shaft 4 .

Anstatt durch eine Schraubenfeder 20 kann die die Rückstellung unterstützende Federkraft auch durch andere, einen ausreichen­ den Federhub ermöglichende Federeinrichtung erzielt werden, wie z. B. durch einen Satz von Tellerfedern oder eine pneuma­ tisch wirkende Federeinrichtung. Auch kann bei entgegenge­ setzter Anordnung relativ zum Kopplungsstift 23 anstatt einer Druckfeder 20 auch eine Zugfeder verwendet werden. Auch kann beidseitig zu dem Federkolben 22 je eine Federeinrichtung vorgesehen sein, so daß die eine als Druckfeder und die an­ dere als Zugfeder wirkt.Instead of using a helical spring 20 , the resilience supporting the resetting can also be achieved by other spring devices that enable a sufficient spring stroke, such as, for example, B. by a set of disc springs or a pneumatically acting spring device. Also, a tension spring can be used instead of a compression spring 20 in the opposite arrangement relative to the coupling pin 23 . A spring device can also be provided on both sides of the spring piston 22 , so that one acts as a compression spring and the other acts as a tension spring.

Die Schmierung der bewegten Teile der Hubkolbenmaschine kann durch aus Öldunst sich abscheidendes Öl erfolgen. Dieser Öldunst ergibt sich beispielsweise aus einem Ölabscheider im CO₂-Kühlmittelkreislauf einer CO₂-Klimaanlage und einem zur Kühlung des Triebraumes 15 verwendeten Teilgasstrom des Kühl­ mittels. Dabei kann entsprechend dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 der über Bohrungen 25, 26 zuerst der Dichteinrichtung 27 und anschließend dem Triebraum 15 zugeführte Öldunststrom durch die Öffnungen 24 in die hohlgebohrte Maschinenwelle 4 eindringen und durch eine endseitige Öffnung 28 der Maschi­ nenwelle 4 zu dem Wellenlager 29 gelangen.The moving parts of the reciprocating machine can be lubricated by oil separating from the oil vapor. This oil vapor results, for example, from an oil separator in the CO₂ coolant circuit of a CO₂ air conditioning system and a partial gas flow of the coolant used to cool the drive chamber 15 . In this case, according to the embodiment of FIG. 3, the via holes 25, 26, first the sealing device 27 and then 15 supplied oil mist stream entering the engine room through the openings 24 into the hollow-bored machine shaft 4 and nenwelle through an end opening 28 of the Maschi 4 to the shaft bearing 29 reach.

Claims (5)

1. Hubkolbenmaschine mit einem Taumelscheibengetriebe, deren Taumelscheibe (3) einen sich mit der Maschinenwelle (4) dre­ henden ersten Taumelscheibenteil (5) und einen mit mehreren Kolben (2) in Antriebsverbindung stehenden zweiten Taumel­ scheibenteil (6) aufweist, wobei der erste Taumelscheibenteil (5) über ein verschiedene Schrägstellungen ermöglichendes Tau­ melgelenk (9,11) mit der Maschinenwelle (4) und beide über ei­ ne die Taumelbewegung übertragende Drehlagerung (7, 8) mitein­ ander verbunden sind und wobei eine in Richtung der Welle auf die Taumelscheibe wirkende Federeinrichtung (20) bestrebt ist, diese aus ihrer Schrägstellung in eine Leerlaufposition zu­ rückzustellen, dadurch gekennzeichnet, daß die Federeinrich­ tung (20) in einer Axialbohrung (21) der Maschinenwelle (4) angeordnet ist und die rückstellende Wirkverbindung mit der Taumelscheibe (3) durch mindestens eine sich in Wellenrichtung erstreckende Öffnung (24) der Wellenwand hindurch erfolgt.1. Reciprocating piston machine with a swash plate gear, the swash plate ( 3 ) has a first swash plate part ( 5 ) rotating with the machine shaft ( 4 ) and a second swash plate part ( 6 ) in drive connection with a plurality of pistons ( 2 ), the first swash plate part (5) allows forming a different inclinations Tau melgelenk (9,11) with the machine shaft (4) and both ne the wobbling motion transmitting rotary bearing on ei (7, 8) mitein other are connected, and wherein a force acting in the direction of the shaft on the swash plate Spring device ( 20 ) strives to reset it from its inclined position into an idling position, characterized in that the spring device ( 20 ) is arranged in an axial bore ( 21 ) of the machine shaft ( 4 ) and the restoring operative connection with the swash plate ( 3 ) through at least one shaft wall opening ( 24 ) through. 2. Hubkolbenmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in der Axialbohrung (21) ein mit der Federeinrichtung (20) verbundener Federkolben (22) geführt ist, an dem minde­ stens ein Kopplungselement (23) befestigt ist, das sich durch die Wandöffnung (24) der Maschinenwelle (4) erstreckt und das mit der Taumelscheibe (3) in Eingriff steht.2. Reciprocating piston machine according to claim 1, characterized in that in the axial bore ( 21 ) a with the spring device ( 20 ) connected spring piston ( 22 ) is guided, to which at least one coupling element ( 23 ) is attached, which is through the wall opening ( 24 ) of the machine shaft ( 4 ) and which is in engagement with the swash plate ( 3 ). 3. Hubkolbenmaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Federeinrichtung (20) entsprechend der An­ ordnung auf einer Seite der Wirkverbindung (23) oder beidsei­ tig zu ihr als Druck- und/oder Zugfedereinrichtung wirkt.3. Reciprocating machine according to claim 1 or 2, characterized in that the spring device ( 20 ) acts according to the order on one side of the active connection ( 23 ) or on both sides to it as a compression and / or tension spring device. 4. Hubkolbenmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 3, da­ durch gekennzeichnet, daß die Federeinrichtung aus mindestens einer Schraubenfeder (20) besteht. 4. Reciprocating piston machine according to one of claims 1 to 3, characterized in that the spring device consists of at least one helical spring ( 20 ). 5. Hubkolbenmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 4, da­ durch gekennzeichnet, daß die für die Aufnahme der Federein­ richtung (20) hohle Maschinenwelle zu ihrem der Antriebsseite abgelegenen Ende hin offen ist, so daß durch die Wandöffnung (24) der hohlen Maschinenwelle (4) eine Strömungsverbindung für Öldunst zu einem wellenendseitigen Wellenlager (29) vor­ handen ist.5. Reciprocating machine according to one of claims 1 to 4, characterized in that the hollow for the reception of the Federein direction ( 20 ) hollow machine shaft is open to its end remote from the drive side, so that through the wall opening ( 24 ) of the hollow machine shaft ( 4 ) a flow connection for oil vapor to a shaft end shaft bearing ( 29 ) is available.
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