DE19749727C2 - Hubkolbenmaschine mit Schwenkscheibengetriebe - Google Patents
Hubkolbenmaschine mit SchwenkscheibengetriebeInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine Hubkolbenmaschine mit einer in
ihrer Neigung zur Maschinenwelle verstellbaren, mit dieser
in Drehantrieb verbundenen, kreisrunden Schwenkscheibe, in
dem sie sowohl mit einem auf der Maschinenwelle axial ge
führten Schiebekörper als auch mit Abstand von der Maschi
nenwelle mit einem Mitnehmerbolzen 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
44 11 926 A1 (JP-Anm. Nr. 081944). Bei dieser Maschine ist
der Mitnehmer zweiteilig, wobei ein an der Maschinenwelle
befestigter erster Mitnehmerteil mit erheblichem Abstand
neben der Schwenkscheibe angeordnet ist und ein zweiter, in
den ersten gelenkig eingreifender Mitnehmerteil einen
seitlichen Fortsatz der Schwenkscheibe bildet. Diese Bau
weise hat den Nachteil, dass sie die axiale Mindestlänge
der Maschine wesentlich mitbestimmt. Ausserdem hat die ei
nen verdickten Nabenteil aufweisende Schwenkscheibe durch
ihren seitlichen Fortsatz ein verhältnismässig grosses
Trägheitsmoment mit einem erheblich von der Drehachse ent
fernten Schwerpunkt, so dass eine plötzliche Veränderung
der Drehgeschwindigkeit mit entsprechender Trägheit zu ei
ner Neigungsverstellung der Schwenkscheibe führt.
Durch die DE 26 18 556 A1 und die DE 32 13 855 A1 sind ausserdem
Hubkolbenmaschinen mit Schwenkscheibengetriebe bekannt,
deren Schwenkscheibe durch ihre zweiteilige Zusammensetzung
eine Ringscheibe aufweist. Diese Ringscheibe führt jedoch
keine Drehbewegung aus, und sie ermöglicht keine Verände
rung der Kolbenhubweite, da sie in ihrer Neigung nicht
verstellbar ist.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Hubkolbenma
schine der eingangs genannten Art zu finden, die bei gerin
gem Aufwand für ihre Herstellung eine besonders kompakte
Bauweise zulässt, die einer Verstellbewegung der Schwenk
scheibe geringe Trägheits- und Reibungskräfte entgegensetzt
und die eine schädliche Räume verhindernde, exakte Einhal
tung der inneren Totpunktposition der Hubkolben gewährlei
stet.
Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt erfindungsgemäss auf
grund der kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1.
Auf diese Weise wird ein seitlich angeordneter Mitnehmer,
der grössere Trägheitskräfte eine grössere Baulänge und
einen grösseren Herstellungsaufwand zur Folge hat, vermie
den.
Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung und ihre Vor
teile werden durch die folgende Beschreibung anhand der
Zeichnungen deutlich. Es zeigt:
Fig. 1 einen Axialschnitt einer Ausführungsform der Hub
kolbenmaschine, 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 ih
rem 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
Fig. 3 und 4.
Die Hubkolbenmaschine 1 hat beispielsweise sieben Kolben 2,
die in Umfangsrichtung der Maschine nebeneinander angeord
net sind und in Zylinderbohrungen 3 des Maschinengehäuses
geführt sind. Die Hubbewegung der Kolben 2 erfolgt durch
den Eingriff einer zur Maschinenwelle 5 schräg verlaufenden
Ringscheibe 6 in eine Eingriffskammer 7, die angrenzend an
den geschlossenen Hohlraum 8 des Kolbens 2 vorgesehen ist.
Für einen im wesentlichen spielfreien Gleiteingriff in je
der Schräglage der Ringscheibe 6 sind zwischen ihr und der
kugelförmig gekrümmten Innenwand 10 der Eingriffskammer 7
beidseitig Kugelsegmente 11, 12 vorgesehen, so dass die
Schrägscheibe 6 bei ihrem Umlauf zwischen ihnen gleitet.
Die Antriebsübertragung von der Maschinenwelle 5 zu der
Ringscheibe 6 erfolgt durch einen in der Maschinenwelle 5
befestigten Mitnehmerbolzen 13, dessen beispielsweise ku
gelförmiger Kopf 15 in eine Radialbohrung 16 der Ringschei
be 6 eingreift. Dabei ist die Position des Mitnehmerkopfes
15 so gewählt, dass sein Mittelpunkt 17 mit demjenigen der
Kugel der Kugelsegmente 11, 12 übereinstimmt. Ausserdem
liegt dieser Mittelpunkt auf einer Kreislinie, die die geo
metrischen Achsen der sieben Kolben miteinander verbindet
und weiterhin auf einer Kreislinie, die die Mittelpunkte
der Kugelform der Gelenkkörper 11, 12 der Kolben 2 verbin
det. Auf diese Weise ist die im oberen Bereich der Darstel
lungen der Fig. 1 und 2 sichtbare Totpunktposition der Kol
ben 2 exakt bestimmt und ein minimaler schädlicher Raum ge
währleistet. Die Kopfform des freien Mitnehmerendes ermög
licht die Veränderung der Neigung der Ringscheibe 6, indem
der Mitnehmerkopf 15 einen Lagerkörper für die die Hubweite
der Kolben 2 verändernde Schwenkbewegung der Ringscheibe 6
bildet. Die Form des Eingriffsraumes 16 und/oder des Kopfes
15 des Mitnehmerbolzens 13 können zur Erzielung einer an
dersartigen Kinematik auch anders gewählt 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 gelager
te Lagerbolzen 22, 23 gebildet, die ausserdem in radialen
Bohrungen 24, 25 der Ringscheibe 6 gelagert sind. Die Schie
behülse 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 maxi
male Schrägstellung der Ringscheibe 6 ergibt sich durch den
Mitnehmerbolzen 13, indem dieser ein in der Schiebehülse 21
vorgesehenes Langloch 3 durchdringt, so dass die Schiebe
hülse 21 an den Enden des Langloches 30 Anschläge findet.
Die Kraft für die Winkelverstellung der Ringscheibe 6 und
damit 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 Strömungsverbindung mit einer äusseren Druckgas
quelle vorgesehen sein. Je höher der Druck an der
Triebraumseite der Kolben 2 bzw. im Triebraum 33 relativ
zum Druck auf der gegenüberliegender Seite der Kolben 2, um
so kleiner wird die Hubweite der Kolben 2 und damit die
Förderleistung der Maschine.
Die Einstellung der Position der Schiebehülse 21 und damit
der Hubweite der Kolben zur Regelung der Förderleistung
der Maschine kann ausserdem durch mindestens eine mit der
Schiebehülse 21 zusammenwirkende Feder 34, 35 erfolgen. Vor
zugsweise ist die Schiebehülse 21 zwischen zwei Schrauben
federn 34, 35 eingeschlossen, die auf dem Umfang der Maschi
nenwelle 5 angeordnet sind.
Weiterhin wird die für die Förderleistung massgebliche Po
sition der Schiebehülse 21 durch auf die Ringscheibe 6 ein
wirkende Trägheitskräfte mitbestimmt, indem sich die
Ringscheibe 6 bei steigender Drehgeschwindigkeit in Rich
tung zu der Position nach Fig. 2 aufrichtet, entsprechend
einer Verringerung der Hubweite der Kolben 2 und damit der
Förderleistung. Diese Wirkungsweise wird aufgrund der Er
findung wesentlich begünstigt, da die Masse der Ringscheibe
6 im Vergleich zu vorbekannten Schwenkscheiben, durch Ver
meidung einer massiven Ausführung und Vermeidung eines
seitlich angeformten Mitnehmers, peripher nach aussen ange
ordnet ist.
Neben der für das dynamische Verhalten vorteilhaften Ge
staltung der Schwenkscheibe 6 ergibt sich durch ihre auf
die Ring- bzw. Reifform begrenzte Gestaltung der weitere
Vorteil einer wesentlich vereinfachten Herstellung, insbe
sondere bei der Feinbearbeitung ihrer Seitenflächen durch
Läppen. Schliesslich beansprucht die Ringscheibe im Maschi
nengehäuse nur einen begrenzten Raum, so dass auch in axia
ler Richtung der Maschine eine besonders kompakte Bauweise
möglich ist und ihr Einbau als Kompressor einer Fahrzeug
klimaanlage begünstigt wird.
Claims (9)
1. Hubkolbenmaschine mit einer in ihrer Neigung zur Ma
schinenwelle (5) verstellbaren, mit dieser in Drehantrieb
verbundenen, kreisrunden Schwenkscheibe, indem sie sowohl
mit einem auf der Maschinenwelle (5) axial geführten Schie
bekörper (21) als auch mit Abstand von der Maschinenwelle
(5) mit einem Mitnehmerbolzen (13) gelenkig verbunden ist,
wobei die Kolben (2) jeweils eine Gelenkanordnung
(10, 11, 12) aufweisen, an der die Schwenkscheibe in
Gleiteingriff steht, dadurch gekennzeichnet, dass die
Schwenkscheibe die Form einer Ringscheibe (6) hat und an
einer Stelle ihres Umfanges einen zumindest radial nach in
nen offenen Eingriffsraum (16) aufweist, in den der Kopf
(15) eines mit der Maschinenwelle (5) fest verbundenen Mit
nehmerbolzens (13) eingreift.
2. Hubkolbenmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekenn
zeichnet, dass der Kopf (15) des Mitnehmerbolzens (13) am
freien Ende eines von der Maschinenwelle (5) wegragenden
Bolzens vorgesehen ist.
3. Hubkolbenmaschine nach Anspruch 2, dadurch gekenn
zeichnet, dass der Mitnehmerbolzen (13) schräg von der Ma
schinenwelle (5) wegragt, so dass bei einer mittleren Nei
gungsposition der Ringscheibe (6) die Bolzenachse radial
zur Ringscheibe (6) gerichtet ist.
4. Hubkolbenmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet, dass die Ringscheibe (6) eine den
Eingriffsraum bildende Radialbohrung (16) hat und der Kopf
15 des Mitnehmerbolzens (13) die Form einer Kugel auf
weist.
5. Hubkolbenmaschine nach Anspruch 4, dadurch gekenn
zeichnet, dass der Mittelpunkt (17) des Kopfes (15) des
Mitnehmerbolzens (13) auf einer Kreislinie liegt, die die
Mittelpunkte der Kugelform von kugelsegmentförmigen Gelenk
körpern (11, 12) der Kolben verbindet.
6. Hubkolbenmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 5, da
durch gekennzeichnet, dass die gelenkige Verbindung mit ei
nem hülsenförmig die Maschinenwelle umschliessenden Schie
bekörper (21) durch zwei Lagerbolzen (22, 23) gegeben ist,
die auf radial einander gegenüberliegenden Seiten einer
seits in der Ringscheibe (6) und anderseits in dem Schiebe
körper (21) gleichachsig gelagert sind.
7. Hubkolbenmaschine nach Anspruch 6, dadurch gekenn
zeichnet, dass die Lagerbolzen (22, 23) in gleichachsig von
dem hülsenförmigen Schiebekörper (21) radial abstehenden
Lagerhülsen (26, 27) gelagert sind, die den Radialraum zwi
schen dem Schiebekörper (21) und der Ringscheibe (6) über
brücken.
8. Hubkolbenmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 7, da
durch gekennzeichnet, dass der Schiebekörper (21) hülsen
förmig auf der Maschinenwelle (5) axial geführt ist, wobei
der sich von der Maschinenwelle (5) zur Ringscheibe (6) er
streckende Mitnehmer (13) sich durch ein Langloch (30) des
Schiebekörpers (21) erstreckt, so dass der Schiebekörper
(21) an dem Mitnehmer (13) beidseitig einen Anschlag findet
(Fig. 1 und 2).
9. Hubkolbenmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 8,
dadurch gekennzeichnet, dass an beiden Enden des Schiebe
körpers (21) Federelemente (34, 35) angeordnet sind.
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