DE2911482C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Taumelscheiben-Ver­ dichter mit veränderbarer Fördermenge nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs.

Ein derartiger Taumelscheiben-Verdichter ist aus der US-PS 40 61 443 bekannt. Er findet insbesondere bei Klimaanlagen für Kraftfahrzeuge Verwendung, wird über eine Riemenscheibe von der Antriebsmaschine des Fahrzeuges angetrieben, und die Anpassung der Ver­ dichterleistung erfolgt über eine Verstellung des Kol­ benhubes durch Verschiebung eines Mitnehmerstiftes in einer in dem Antriebszapfen ausgebildeten Kulisse. Der Antriebszapfen ist in der Antriebswelle so befestigt, daß ein Befestigungs-Zapfenabschnitt kreisförmigen Quer­ schnittes entweder durch Heiß-Einpressen oder durch Querverstiften gehalten ist. Der obere, aus der An­ triebswelle herausragende und zur Verwendung mit der Taumelscheibe bestimmte Abschnitt des Antriebszap­ fens ist hier mit rechteckigem Querschnitt versehen, und um ein Verdrehen des Zapfens und damit einen Versatz der Kulisse zu verhindern, ist die Befestigungsöffnung in der Antriebswelle mit einer Einsenkung mit entspre­ chendem rechteckigen Querschnitt ausgeführt. Da die Lage der Kulisse zur Achse der Antriebswelle für die genaue Verstellung des Kolbenhubes exakt eingehalten werden muß, ist eine Bearbeitung des Befestigungsab­ schnittes und der diesen Abschnitt aufnehmenden Boh­ rung sowie der Einsenkung mit sehr engen Toleranzen erforderlich. Bei der Beanspruchung während der lan­ gen anzustrebenden Lebensdauer (die gleich der Le­ bensdauer des Kraftfahrzeuges sein sollte) treten Ver­ schleißerscheinungen durch Reibverschleiß auf.

Bei einer Weiterentwicklung dieses bekannten Ver­ dichters nach US-PS 41 08 577 ist u. a. die Befestigung des Antriebszapfens in der Antriebswelle so abgeändert worden, daß der Antriebszapfen insgesamt kegel­ stumpfförmig ausgebildet ist und in eine konusförmige Bohrung der Antriebswelle eingesteckt und dort durch einen Querstift gehalten ist. Zwar ist dadurch die Form des Antriebszapfens vereinfacht, jedoch muß aus den bereits angeführten Gründen auch hier eine Bearbei­ tung der Außenform des Antriebszapfens und der Ko­ nusbohrung mit sehr engen Toleranzen erfolgen. Trotz­ dem kommt es auch hier bei der flächigen Anlage des Zapfens an der Bohrungswand zu Reibverschleißer­ scheinungen, die die Lebensdauer der Verbindung und damit des gesamten Verdichters herabsetzen.

Damit liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine einfacher herzustellende Befestigung des Antriebszap­ fens in der Antriebswelle bei einem Kolbenverdichter der eingangs genannten Gattung zu schaffen, die eine kostengünstigere Fertigung und eine große Lebensdau­ er ergibt.

Diese Aufgabe wird gelöst durch die kennzeichnen­ den Merkmale des Patentanspruchs.

Als Befestigungsmittel kann entweder eine Stauch­ vernietung am freien Ende des zur Verbindung mit der Antriebswelle bestimmten Antriebszapfenteiles Ver­ wendung finden, wobei dann der Zapfen vor und wäh­ rend der Vernietung unter Spannung gehalten wird, um den Zapfenhals in guter, längs einer Umfangslinie ver­ laufender Anlage an der Wellenbohrung zu halten, oder es kann die Bohrung mit einem Innengewinde versehen werden, in das der mit Außengewinde versehene Zapfenteil eingeschraubt wird, wobei sich bei entspre­ chender Gewinnauslegung die Zugspannung von selbst ergibt.

Es entsteht so eine Befestigung des Antriebszapfens in der Antriebswelle, die längs einer Umfangslinie und am Befestigungsmittel erfolgt. Diese lineare Anlage kann dadurch herbeigeführt werden, daß die Mündung der Wellenbohrung mit einem etwas größeren Krüm­ mungsradius versehen wird als der Hals des Zapfens.

Dadurch wird der auftretende Reibverschleiß des Zap­ fens gering gehalten und er ist gleichwohl verdrehfest gehalten.

In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Er­ findung dargestellt; es zeigt

Fig. 1 einen Schnitt durch einen Taumelscheiben-Ver­ dichter,

Fig. 2 einen Ausschnitt aus Fig. 1 in größerem Maß­ stabe,

Fig. 3 einen Schnitt nach Linie 3-3 in Fig. 1 in größe­ rem Maßstabe,

Fig. 4 eine perspektivische Darstellung entsprechend Fig. 2, mit auseinandergezogenen Einzelteilen und

Fig. 5 einen Teilschnitt durch eine abgewandelte Bau­ form.

Der in Fig. 1 dargestellte Taumelscheiben-Verdichter 10 kann von einer Fahrzeugantriebsmaschine 12 über einen Riementrieb 14 in üblicher Weise angetrieben werden, wie dies z. B. in der US-PS 40 61 443 beschrie­ ben ist.

Der Taumelscheiben-Verdichter hat ein Außenge­ häuse 36 mit im wesentlichen zylindrischer Form, das aus Blech oder Metallguß besteht. Das Außengehäuse 36 umgibt ein Innengehäuse 37, das einstückig aus Alu­ minium gebildet ist. Das Innengehäuse ist durch einen rückwärtigen Zylinderblock 38 und einem vorderen Kranz 39 gebildet, die durch Streben 41 und eine Füh­ rungsstrebe 42 miteinander verbunden sind und zwi­ schen denen ein Antrieb 40 für eine Taumelscheibe an­ geordnet ist. In der Führungsstrebe 42 ist ein Längs­ schlitz 44 vorgesehen zur Aufnahme des als Kugel 47 ausgebildeten Kopfes, eines Führungszapfens 45, der in einen entsprechend geformten Schuh 48 paßt.

Ein vorderer Deckel 46, vorzugsweise aus Aluminium, verschließt die vordere Stirnseite des Außengehäuses 36 unter Abdichtung durch eine O-Ringdichtung 49. Am Außenumfang der Stirnfläche des Deckels 46 ist eine Eindrehung 50 vorgesehen, in der ein Ring 51 sitzt, der mit dem Außengehäuse 36 verschweißt ist. An seiner Innenfläche hat der Deckel 46 eine ringförmige Ausspa­ rung 52, die in einen entsprechenden Ansatz 54 am Kranz 39 paßt, so daß die Bohrungen zur Aufnahme der Lager einer Antriebswelle 60 zueinander ausgerichtet sind.

Die Antriebswelle 60 ist mit einem vorderen Teil 61 drehbar in Nadellagern 62 in einer Bohrung 63 abge­ stützt, die in einem rohrartigen nach vorn gerichteten Ansatz 64 des Deckels 46 vorgesehen ist. Das ander eEnde 67 der Antriebswelle 60 ist im Durchmesser klei­ ner und in Nadellagern 68 in einer Bohrung 69 abge­ stützt, die im Zylinderblock 38 gebildet ist.

Das Außengehäuse 36 umschließt vollständig die Taumelscheibe und ihren Antrieb 40 und im unteren Teil ist eine Wanne 70 ausgebildet, um einen Sumpf 71 zu bilden, in dem sich unter der Schwerkraft Öl und Kühlmittel sammelt und aus dem über ein Schmiernetz die Schmierung der Lager und Dichtungen erfolgt. Hier­ zu ist eine von einem D-förmigen Knüppel 73 an der Antriebswelle 60 angetriebene Zahnradpumpe 72 vor­ gesehen, die über ein geneigtes Ansaugrohr 74 aus dem Sumpf ansaugt. Das Ansaugrohr 74 ist in einer Bohrung 75 des Zylinderblocks 38 über eine Schulter abgestützt und mündet im Bereich einer Öffnung 76 in einer Blatt­ federscheibe 77, die die Verbindung zu einem vertikalen Kanal 78 in der inneren Stirnfläche einer Ventilplatte 80 herstellt. Eine bogenförmige Mündung des Kanals 78 führt zum Einlaß 81 der Zahnradpumpe 72.

Der bogenförmige Auslaß 83 der Zahnradpumpe ist über nicht dargestellte Kanäle mit einem Rohr 90 ver­ bunden, das in Längsrichtung verläuft und mit seinem vorderen Ende in einer konischen Öffnung 92 des vorde­ ren Deckels 46 steckt. In diesem führt ein schräger Ka­ nal 94 zu einem radialen Kanal 96, der in die Bohrung 63 mündet. Die Stirnwand 65 des vorderen Deckels 46 hat eine Innenfläche 97 mit einem nabenartigen Vorsprung 98, der eine Druckplatte 102 umgibt, die zu einem Drucklager 104 gehört. Zwischen Druckringen 106 und 108 sind Nadellager 110 angeordnet, wobei der Ring 108 gegen einen Flansch 111 einer zylindrischen Büchse 112 anliegt, die mittels einer Schweißnaht 114 mit der axialen Bohrung 118 eines napfartigen Zylinders 120 verbunden ist. Der napfartige Zylinder 120 hat einen Boden 122 neben der Stirnwand 65 des vorderen Dek­ kels 46 und einen nach rückwärts gerichteten zylindri­ schen Mantel 124. Der Antrieb 40 bewirkt eine Hin- und Herbewegung mehrerer Kolben in Abhängigkeit von der Drehbewegung der Antriebswelle 60. Deren An­ trieb erfolgt im Bereich des vorderen Teils 66 beispiels­ weise über eine elektrisch betätigbare Kupplung 130.

Die Ventilplatte 80 wird gegen die rückwärtige Stirn­ wand des Zylinderblocks 38 durch einen rückwärtigen Deckel 140 gehalten, der mit einem zylindrischen An­ satz 141 in das Außengehäuse 36 reicht, wo ein O-Ring 142 als Dichtung eingesetzt ist. Der rückwärtige Deckel 140 enthält eine Einlaßkammer 143 und eine zentrale Auslaßkammer 144. In dem Zylinderblock 38 gebildete Zylinder 165 stehen mit der Einlaßkammer 143 über Einlaßöffnungen 145 in Verbindung, wobei Blattfedern der Blattfederscheibe 77 in üblicher Weise das Ansau­ gen steuern. Verdichtetes Kühlmittel verläßt die Zylin­ der 165 über Auslaßöffnungen 149, die durch Blattfe­ dern 150 an einer Blattfederscheibe 151 gesteuert sind.

Der Taumelscheibenantrieb 40 weist eine Sockelplat­ te 152 und eine Taumelscheibe 154 auf, die eine ebene Lagerfläche 156 und eine äußere zylindrische Lagerflä­ che 158 aufweisen. Die Sockelplatte 152 enthält fünf Pfannen 162, die die kugeligen Köpfe 164 von Kolben­ stangen 163 aufnehmen, deren andere Enden ebenfalls kugelige Köpfe 164 aufweisen, die in Pfannen 168 von Kolben 166 sitzen. Die Kolben 166 gleiten in den Zylin­ der 165 des Zylinderblocks 38 und sind durch Dichtun­ gen 167 abgedichtet, die zweckmäßig aus Polytetraflu­ oräthylen bestehen. Durch eine von der Antriebswelle 60 angetriebenen Taumelscheibe wird die hin- und her­ gehende Arbeitsbewegung der Kolben 166 erzeugt.

Wie Fig. 1 erkennen läßt, ist die Sockelplatte 152 drehfest gehalten, da sie über den Führungsschuh 48 festgelegt ist, der in dem Längsschlitz 44 verschieblich ist. Der Führungszapfen 45, der mit seinem Kopf 47 im Führungsschuh sitzt, ist in ein Gewindeloch der Sockel­ scheibe 152 eingeschraubt.

Die Antriebswelle 60 ist hydraulisch abgedichtet von einer zylindrischen Büchse 180 umgeben, wobei die Ab­ dichtung durch einen O-Ring 181 in einer Umfangsnut 182 in der Innenmantelfläche der Büchse erfolgt. Die Büchse 180 hat einen Längsschlitz 183, der sich von der rückwärtigen Stirnfläche 184 im wesentlichen über die ganze Länge erstreckt und in einem U-förmigen Bogen 186 innerhalb des napfförmigen Zylinders 120 endet. Die rückwärtige Stirnfläche 184 hat eine Schräge 187 und 180° zum Schlitz versetzt ist eine ebene Fläche 188 gebildet, die in einer Schulter 189 endet, um Spiel gegen­ über der Taumelscheibe 154 einzuhalten.

Wie Fig. 1 erkennen läßt, wird die Büchse 180 axial verschoben. Der Zylinder 120 ist mittels der Büchse 112 unter Anlage gegen eine Schulter 192 mit einem Teil 191 der Antriebswelle 60 drehfest verbunden. In dem Zylin­ der 120 befindet sich ein scheibenförmiger Kolben 194, der mit einem Gegengewicht 196, durch einen Niet 197 verbunden, versehen ist. Der Kolben 194 liegt gegen eine Schulter 195 der Büchse 180 an und ist mit dieser verbunden, wozu eine Rückstellfeder 200 dient. Beim axialen Bewegen der Büchse 180 und des Kolbens 194 nach links in die in der Fig. 1 voll gezeichnete Stellung wird die Feder 200 beim Anfahren gegen einen An­ triebszapfen 202 zusammengedrückt. Diese Bewegung erfolgt bei Druckmittelzufuhr zu einer zwischen dem Zylinder 120 und dem Kolben 194 gebildeten Druck­ kammer 206. Beim Absenken des Drucks in der Druck­ kammer 206 bewirkt die Feder 200 daher ein Verstellen des Taumelscheibenantriebs aus der Stellung für Null­ hub in die Förderstellung. Zwischen dem Kolben 194 und dem Zylinder 120 ist ein Dichtungsring 204 vorgese­ hen, der in einer Ringnut 205 in der Mantelfläche des Kolbens 194 sitzt.

Die Druckkammer 206 wird von der Zahnradpumpe 72 mit Druckmittel versorgt. Bei hohem Druck wird der Kolben 194 und damit die Büchse 180 nach links in Fig. 1 bewegt. Bei Sinken des Druckes in der Druckkammer 206 strömt aus dieser das Druckmittel über ein Ablauf­ loch 207 im Boden 122 des Zylinders 120 ab.

Der Antriebszapfen 202 wird von der Antriebswelle 60 getragen. Der Antriebszapfen 202 hat im wesentli­ chen zylindrische Form und erstreckt sich senkrecht zur Drehachse der Antriebswelle 60. Er hat einen Teil 210, zur Verbindung mit der Taumelscheibe bestimmt, in dem eine Kulisse 212 enthalten ist, die sich im wesentli­ chen radial zur Drehachse der Antriebswelle 60 er­ streckt, aber mindestens zu einem Teil gegen die Längs­ achse 209 des Antriebszapfens 202 versetzt ist. Die Tau­ melscheibe 154 hat einen Ansatz 214 an der vorderen Stirnfläche 216 mit einem durchgehenden Loch 215, durch das ein Stift 220 ragt, der als Stein mit der Kulisse 212 zusammenarbeitet. Wie Fig. 3 zeigt, ist der Ansatz 214 parallel zu einer imaginären Ebene durch die Achse 208 der Antriebswelle 60 und die Mittellängslinie des Schlitzes 183 der Büchse 180 versetzt. Befindet sich der Stift 220 am unteren Ende 211 der Kulisse 212, so nimmt die Taumelscheibe 154 eine zur Drehachse der An­ triebswelle 60 senkrechte Lage ein, wodurch der Hub der Kolben 166 Null wird, so daß der Verdichter nicht fördert. In Fig. 1 ist die Stellung für größten Hub der Kolben 166, also maximale Fördermenge des Verdich­ ters dargestellt, in der der Stift 220 sich am oberen Ende 213 der Kulisse 212 befindet.

Wie Fig. 1 zeigt, nimmt die Nabe 224 der Taumel­ scheibe 154 die Büchse 180 in einer im wesentlichen viereckigen Querschnitt aufweisenden Öffnung auf, die durch eine obere Fläche 227 und eine untere Fläche 228 begrenzt ist. Die abgeschrägte Fläche 229, die Spiel zur Fläche 188 der Büchse 180 hat, kann eine unbearbeitete Gußfläche sein. Beim Zusammenbau werden Querlö­ cher 206 in der Nabe der Taumelscheibe mit Querlö­ chern in der Büchse 180 zur Deckung gebracht und dann hohle Zapfen (nicht dargestellt) durchgesteckt, um die die Taumelscheibe schwenkt.

Durch die Kulisse 212 im Antriebszapfen 202 erhalten je nach der Einstellung alle Kolben gleichen Hub und weisen gleiche Totpunktlagen auf. Eine stufenlose Re­ gelung ist durch die wahlweise Einstellung des Nei­ gungswinkels der Taumelscheibe zur Drehachse der Anbtriebswelle gegeben.

Wie die Fig. 2 bis 4 zeigen, ist der Antriebszapfen im oberen Teil 210 mit einer radial äußeren ebenen Fläche versehen und hat einen unteren Schaft 234, dessen Durchmesser um einen vorgegebenen Betrag kleiner ist. Die Antriebswelle 60 hat senkrecht zu ihrer Drehachse 208 ein durchgehendes Loch 236, dessen Durchmesser um einen vorgegebenen Betrag größer als der Außen­ durchmesser des Schaftes 234 ist, so daß zwischen die­ sen Teilen ein vorgegebenes Spiel besteht, wenn der Antriebszapfen 202 eingesetzt wird. lm Ausführungs­ beispiel hat das Loch 236 einen Durchmesser von 106,3 mm, während der Schaft 234 einen Durchmesser von 104,0 mm aufweist.

Gemäß Fig. 2 sind das Teil 210 und der Schaft 234 durch einen sich nach außen erweiternden Hals 238 mit­ einander verbunden, der einen bogenförmigen Über­ gang bildet. Der Krümmungsradius des Halses beträgt hierbei im Ausführungsbeispiel 12,5 mm. Der obere Teil 240 des Loches 236 ist im wesentlichen in gleicher Weise bogenförmig erweitert ausgebildet, wobei der Krüm­ mungsradius etwa 12,75 mm gewählt ist. Damit wird eine Linienberührung näher der Mantelfläche des Schaftes erreicht, so daß ein kleinstmöglicher Hebelarm zwischen dem Stift 220 und dem Schaft vorhanden ist.

Das freie Ende des Antriebszapfens 202 dient der Befestigung mit der Antriebswelle 60. Dies erfolgt bei der Ausführungsform nach Fig. 1-4 durch Bilden eines Nietkopfes 242 am Ende des Schaftes 234, in dessen Bereich das Loch 236 in der Antriebswelle 60 mit einer Einsenkung 244 versehen ist. Auf den Schaft wird eine Kraft von etwa 15 kN ausgeübt, um den Nietkopf zu erzeugen.

Auf diese Weise ist der Antriebszapfen 202 fest im Loch 236 der Antriebswelle 60 festgehalten, wobei der Hals 238 im wesentlichen in Linienanlage an der erwei­ terten Mündung 240 des Loches 236 steht, während das vorgegebene Spiel zwischen Schaft 234 und Loch 236 aufrechterhalten ist. Die Verringerung des Hebelarms sowie dieser Linienkontakt ergeben eine beträchtliche Verringerung der Momentbelastung, wodurch eine län­ gere Ermüdungszeit, also eine längere Lebensdauer er­ reicht wird, da ein Reibverschleiß im Bereich der Ver­ bindung zwischen dem Antriebszapfen 202 und der An­ triebswelle 60 weitgehend verhindert ist.

Eine abgewandelte Bauform ist in Fig. 5 dargestellt. Gleiche Bauteile wie bei der ersten Bauform sind mit gleichem Bezugszeichen und Beifügen eines Apo­ strophs′ bezeichnet. Das freie Ende des Schafts 234′ des Antriebszapfens 202′ trägt ein Außengewinde 250, wäh­ rend der untere Teil des Loches 236′ in der Antriebswel­ le 60′ ein Innengewinde 252 aufweist. Durch Einschrau­ ben des Schafts wird eine feste Verbindung hergestellt, wobei im Bereich des Halses 238′ und der erweiterten Mündung 240′ des Loches 236′ eine Linienberührung besteht. Das vorgegebene Spiel zwischen dem Schaft 234′ und dem Loch 236′ bleibt auch hier erhalten.

Claims (1)

1. Antriebszapfen für einen Taumelscheiben-Verdich­ ter mit veränderbarer Fördermenge, wobei der Verdichter folgendermaßen gestaltet ist:

   • a) es ist eine Antriebswelle in einem Zylinder­ block gelagert, der mehrere im wesentlichen zur Achse der Antriebswelle parallele Zylin­ derbohrungen mit darin aufgenommenen hin­ und herbewegbaren Kolben enthält,
   • b) zum Antrieb der Kolben ist eine Taumel­ scheibe vorgesehen, die von dem starr mit der Antriebswelle verbundenen Antriebszapfen angetrieben ist,
   • c) im Antriebszapfen ist eine Kulisse vorgese­ hen, die wenigstens zum Teil gegen die Achse des Antriebszapfen versetzt ist und einen mit der Taumelscheibe verbundenen Mitnehmer aufnimmt, wobei die Lage des Mitnehmers in der Kulisse die Schrägstellung der Taumel­ scheibe zur Antriebswelle und damit den Hub der Kolben bestimmt, gekennzeichnet durch folgende weitere Merkmale:
   • d) der Antriebszapfen ist im wesentlichen zy­ lindrisch gestaltet und sein zur Verbindung mit der Taumelscheibe (154) bestimmter, im Ver­ dichter außerhalb der Antriebswelle (60) lie­ gender Teil ist in Axialrichtung der Antriebs­ achse abgeflacht, während sein zur Verbin­ dung mit der Antriebsachse (60) bestimmter Teil (234) einen kleineren Durchmesser als der für die Verbindung mit der Taumelscheibe be­ stimmte Teil besitzt,
   • e) in der Antriebswelle (60) ist eine durchge­ hende Bohrung (236) vorgesehen, deren Achse die Achse der Antriebswelle senkrecht schnei­ det und die einen größeren Durchmesser als der im Betrieb darin befindliche, zur Befesti­ gung mit der Antriebswelle bestimmte Teil (234) des Antriebszapfens besitzt,
   • f) die beiden Teile (210, 234) des Antriebszap­ fens (202) gehen über einen Halsabschnitt (238) mit bogenförmiger Kontur ineinander über, und die Bohrung (236) in der Antriebs­ welle (60) mündet auf der Seite des Halses mit bogenförmigen Querschnitt mit einer sich er­ weiternden Öffnung (240), deren Kontur min­ destens zum Teil der des Halses (238) ent­ spricht,
   • g) das freie Ende des zur Verbindung mit der Antriebswelle (60) bestimmten Teiles (234) des Antriebszapfens (202) ist über Befestigungs­ mittel (242; 250) mit der Antriebswelle (60) so verbunden, daß die sich erweiternde Mündung der Bohrung (236) der Antriebswelle längs ei­ ner Umfangslinie an der Mantelfläche des Hal­ ses (238) anliegt, und der zur Verbindung mit der Antriebswelle bestimmte Teil des An­ triebszapfens (202) mit radialem Spiel in der Bohrung unter Spannung gehalten ist.