DE19749727A1 - Hubkolbenmaschine mit Schwenkscheibengetriebe - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Hubkolbenmaschine mit einer in ihrer Neigung zur Maschinenwelle verstellbaren, von der Ma­ schinenwelle angetriebenen Schwenkscheibe, indem sie sowohl mit einem auf der Maschinenwelle axial geführten Schiebekörper als auch mit Abstand von der Maschinenwelle mit einem die An­ triebskraft übertragenden Mitnehmer gelenkig verbunden ist, wobei die Kolben jeweils eine Gelenkanordnung aufweisen, an der die Schwenkscheibe in Gleiteingriff steht.

Eine Hubkolbenmaschine dieser Art ist bekannt durch die DE-A-44 11 926 (JP-Anm. Nr. 081944). Bei dieser Maschine ist der Mitnehmer zweiteilig, wobei ein an der Maschinenwelle befe­ stigter erster Mitnehmerteil mit erheblichem Abstand neben der Schwenkscheibe angeordnet ist und ein zweiter, in den ersten gelenkig eingreifender Mitnehmerteil einen seitlichen Fort­ satz der Schwenkscheibe bildet. Diese Bauweise hat den Nach­ teil, daß sie die axiale Mindestlänge der Maschine wesentlich mitbestimmt. Außerdem hat die einen verdickten Nabenteil auf­ weisende Schwenkscheibe durch ihren seitlichen Fortsatz ein verhältnismäßig großes Trägheitsmoment mit einem erheblich von der Drehachse entfernten Schwerpunkt, so daß eine plötz­ liche Veränderung der Drehgeschwindigkeit mit entsprechender Trägheit zu einer Neigungsverstellung der Schwenkscheibe führt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Hubkolbenma­ schine der eingangs genannten Art zu finden, die bei geringem Aufwand für die Herstellung eine besonders kompakte Bauweise zuläßt, die einer Verstellbewegung der Schwenkscheibe geringe Trägheits- und Reibungskräfte entgegensetzt und die eine schädliche Räume verhindernde, exakte Einhaltung der inneren Totpunktposition der Hubkolben gewährleistet.

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß dadurch, daß die Schwenkscheibe die Form einer Ringscheibe hat und an einer Stelle ihres Umfanges einen zumindest radial nach innen offenen Eingriffsraum aufweist, in den der Kopf eines mit der Maschinenwelle fest verbundenen Mitnehmers eingreift.

Auf diese Weise wird ein seitlich angeordneter Mitnehmer, der größere Trägheitskräfte, eine größere Baulänge und größeren Herstellungsaufwand zur Folge hat, vermieden.

Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung und ihre Vorteile werden durch die folgenden Beschreibung anhand der Zeichnungen deutlich. Es zeigt:

Fig. 1 einen Axialschnitt einer Ausführungsform der Hubkol­ benmaschine, wobei die Ringscheibe ihre größte Neigung aufweist,

Fig. 2 eine Darstellung entsprechend Fig. 1 bei kleinster Neigung der Ringscheibe,

Fig. 3 eine separate Darstellung der Ringscheibe mit ihrem Mitnehmer, entsprechend einem Teil der Fig. 2,

Fig. 4 einen Querschnitt entlang der Linie IV-IV der Fig. 3 und

Fig. 5 eine perspektivische Darstellung der Anordnung nach Fig. 3 und 4.

Die Hubkolbenmaschine 1 hat beispielsweise sieben Kolben 2, die in Umfangsrichtung der Maschine nebeneinander angeordnet sind und in Zylinderbohrungen 3 des Maschinengehäuses 4 ge­ führt sind. Die Hubbewegung der Kolben 2 erfolgt durch den Eingriff einer zur Maschinenwelle 5 schräg verlaufenden Ring­ scheibe 6 in eine Eingriffskammer 7, die angrenzend an den ge­ schlossenen Hohlraum 8 des Kolbens 2 vorgesehen ist. Für den im wesentlichen spielfreien Gleiteingriff in jeder Schräglage der Ringscheibe 6 sind zwischen ihr und der kugelförmig ge­ krümmten Innenwand 10 der Eingriffskammer 7 beidseitig Kugel­ segmente 11, 12 vorgesehen, so daß die Schrägscheibe 6 bei ihrem Umlauf zwischen ihnen gleitet.

Die Antriebsübertragung von der Maschinenwelle 5 zu der Ring­ scheibe 6 erfolgt durch einen in der Maschinenwelle 5 befe­ stigten Mitnehmerbolzen 13, dessen beispielsweise kugelförmi­ ger Kopf 15 in eine Radialbohrung 16 der Ringscheibe 6 ein­ greift. Dabei ist die Position des Mitnehmerkopfes 15 so ge­ wählt, daß sein Mittelpunkt 17 mit demjenigen der Kugelform der Kugelsegmente 11, 12 übereinstimmt. Außerdem liegt dieser Mittelpunkt auf einer Kreislinie, die die geometrischen Achsen der sieben Kolben miteinander verbindet. Auf diese Weise ist die im oberen Bereich der Darstellungen der Fig. 1 und 2 sicht­ bare Totpunktposition der Kolben 2 exakt bestimmt und ein mi­ nimaler schädlicher Raum gewährleistet. Die Kopfform des freien Mitnehmerendes ermöglicht die Veränderung der Neigung der Ringscheibe 6, indem der Mitnehmerkopf 15 einen Lager­ körper für die die Hubweite der Kolben 2 verändernde Schwenk­ bewegung der Ringscheibe 6 bildet. Die Form des Eingriffs­ raumes 16 und/oder des Kopfes 15 des Mitnehmers 13 können zur Erzielung einer andersartigen Kinematik auch andersartig ge­ wählt werden.

Weitere Voraussetzung für ein Verschwenken der Ringscheibe 6 ist die Verschiebbarkeit ihrer Lagerachse 20 in Richtung der Maschinenwelle 5. Hierzu ist die Lagerachse 20 durch zwei gleichachsig beidseitig einer Schiebehülse 21 gelagerte La­ gerbolzen 22, 23 gebildet, die außerdem in radialen Bohrungen 24, 25 der Ringscheibe 6 gelagert sind. Die Schiebehülse 21 hat hierzu vorzugsweise beidseitig Lagerhülsen 26, 27, die den Ringraum 28 zwischen der Schiebehülse 21 und der Ringscheibe 6 speichenartig überbrücken. Die Begrenzung der Verschiebbarkeit der Lagerachse 20 und damit die maximale Schrägstellung der Ringscheibe 6 ergibt sich durch den Mitnehmerbolzen 13, indem dieser ein in der Schiebehülse 21 vorgesehenes Langloch 30 durchdringt, so daß die Schiebehülse 21 an den Enden des Langloches 30 Anschläge findet.

Die Kraft für die Winkelverstellung der Ringscheibe 6 und da­ mit für eine Regelung der Maschine, ergibt sich aus der Summe der jeweils beidseitig der Kolben 2 gegeneinander wirkenden Drücke, so daß diese Kraft vom Druck im Triebraum 33 abhängig ist. Für die Regelung dieses Druckes kann eine Strömungsver­ bindung mit einer äußeren Druckgasquelle vorgesehen sein. Je höher der Druck an der Triebraumseite der Kolben 2 bzw. im Triebraum 33 relativ zum Druck auf der gegenüberliegenden Seite der Kolben 2, umso kleiner wird die Hubweite der Kolben 2 und damit die Förderleistung der Maschine.

Die Einstellung der Position der Schiebehülse 21 und damit die Hubweite der Kolben 2 bzw. die Förderleistung der Maschine kann außerdem durch mindestens eine mit der Schiebehülse 21 zusammenwirkende Feder 34, 35 erfolgen. Vorzugsweise ist die Schiebehülse 21 zwischen zwei Schraubenfedern 34, 35 einge­ schlossen, die auf dem Umfang der Maschinenwelle 5 angeordnet sind.

Weiterhin wird die für die Förderleistung maßgebliche Posi­ tion der Schiebehülse 21 durch auf die Ringscheibe 6 einwir­ kende Trägheitskräfte mitbestimmt, indem sich die Ringscheibe 6 bei steigender Drehgeschwindigkeit in Richtung zu der Posi­ tion nach Fig. 2 aufrichtet, entsprechend einer Verringerung der Hubweite der Kolben 2 und damit der Förderleistung. Diese Wirkungsweise wird aufgrund der Erfindung wesentlich begün­ stigt, da die Masse der Ringscheibe 6 im Vergleich zu vorbe­ kannten Schwenkscheiben durch Vermeidung einer massiven Aus­ führung und eines seitlich angeformten Mitnehmers peripher nach außen angeordnet ist.

Neben der für das dynamischen Verhalten vorteilhaften Gestal­ tung der Schwenkscheibe 6 ergibt sich durch ihre auf die Ring- bzw. Reifform begrenzte Gestaltung der weitere Vorteil einer vereinfachten Herstellung, einschließlich der Feinbearbeitung ihrer Seitenflächen durch Läppen. Schließlich beansprucht die Ringscheibe im Maschinengehäuse nur einen begrenzten Raum, so daß auch in axialer Richtung der Maschine eine besonders kom­ pakte Bauweise möglich ist und ihr Einbau als Kompressor einer Fahrzeugklimaanlage begünstigt wird.

Claims (9)

1. Hubkolbenmaschine mit einer in ihrer Neigung zur Maschi­ nenwelle verstellbaren, von der Maschinenwelle (5) angetrie­ benen Schwenkscheibe (6), indem sie sowohl mit einem auf der Maschinenwelle (5) axial geführten Schiebekörper (21) als auch mit Abstand von der Maschinenwelle (5) mit einem die Antriebs­ kraft übertragenden Mitnehmer (13) gelenkig verbunden ist, wobei die Kolben (2) jeweils eine Gelenkanordnung (10, 11, 12) aufweisen, an der die Schwenkscheibe (6) in Gleiteingriff steht, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwenkscheibe die Form einer Ringscheibe (6) hat und an einer Stelle ihres Um­ fanges einen zumindest radial nach innen offenen Eingriffsraum (16) aufweist, in den der Kopf (15) eines mit der Maschinen­ welle (5) fest verbundenen Mitnehmers (13) eingreift.

2. Hubkolbenmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß der Kopf (15) des Mitnehmers (13) am freien Ende eines von der Maschinenwelle (5) wegragenden Bolzens (13) vorgesehen ist.

3. Hubkolbenmaschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeich­ net, daß der Bolzen (13) schräg von der Maschinenwelle (5) wegragt, so daß bei einer mittleren Neigungsposition der Ringscheibe (6) die Bolzenachse radial zur Ringscheibe (6) gerichtet ist.

4. Hubkolbenmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 3, da­ durch gekennzeichnet, daß die Ringscheibe (6) eine den Ein­ griffsraum bildende Radialbohrung (16) hat und der Kopf (15) des Mitnehmers (13) die Form einer Kugel aufweist.

5. Hubkolbenmaschine nach Anspruch 4, dadurch gekennzeich­ net, daß der Mittelpunkt des Kopfes (15) des Mitnehmers (13) auf einer Kreislinie liegt, die die Mittelpunkte der Kreisform von kugelsegmentförmigen Gelenkkörpern (11, 12) der Kolben ver­ bindet.

6. Hubkolbenmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 5, da­ durch gekennzeichnet, daß die gelenkige Verbindung mit einem hülsenförmig die Maschinenwelle umschließenden Schiebekörper (21) durch zwei Lagerbolzen (22, 23) gegeben ist, die auf ra­ dial einander gegenüberliegenden Seiten einerseits in der Ringscheibe (6) und anderseits in dem Schiebekörper (21) gleichachsig gelagert sind.

7. Hubkolbenmaschine nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Lagerbolzen (22, 23) in gleichachsig von dem hülsen­ förmigen Schiebekörper (21) radial abstehenden Lagerhülsen (26, 27) gelagert sind, die den Radialraum zwischen dem Schie­ bekörper (21) und der Ringscheibe (6) überbrücken.

8. Hubkolbenmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 7, da­ durch gekennzeichnet, daß der Schiebekörper (21) hülsenförmig auf der Maschinenwelle (5) axial geführt ist, wobei der sich von der Maschinenwelle (5) zur Ringscheibe (6) erstreckende Mitnehmer (13) sich durch ein Langloch (30) des Schiebekörpers (21) erstreckt, so daß der Schiebekörper (21) an dem Mit­ nehmer (13) beidseitig einen Anschlag findet (Fig. 1 und 2).

9. Hubkolbenmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 8, da­ durch gekennzeichnet, daß an beiden Enden des Schiebekörpers (21) Federelemente (34, 35) angeordnet sind.