EP1206640B1 - Axialkolbentriebwerk mit einem stufenlos verstellbaren kolbenhub - Google Patents

Axialkolbentriebwerk mit einem stufenlos verstellbaren kolbenhub Download PDF

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EP1206640B1
EP1206640B1 EP00965884A EP00965884A EP1206640B1 EP 1206640 B1 EP1206640 B1 EP 1206640B1 EP 00965884 A EP00965884 A EP 00965884A EP 00965884 A EP00965884 A EP 00965884A EP 1206640 B1 EP1206640 B1 EP 1206640B1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
piston
axial
swash plate
joint
drive shaft
Prior art date
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Expired - Lifetime
Application number
EP00965884A
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English (en)
French (fr)
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EP1206640A1 (de
Inventor
Thomas Tiedemann
Otfried Schwarzkopf
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Valeo Compressor Europe GmbH
Original Assignee
Zexel Valeo Compressor Europe GmbH
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Filing date
Publication date
Application filed by Zexel Valeo Compressor Europe GmbH filed Critical Zexel Valeo Compressor Europe GmbH
Publication of EP1206640A1 publication Critical patent/EP1206640A1/de
Application granted granted Critical
Publication of EP1206640B1 publication Critical patent/EP1206640B1/de
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Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04B—POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
    • F04B27/00—Multi-cylinder pumps specially adapted for elastic fluids and characterised by number or arrangement of cylinders
    • F04B27/08—Multi-cylinder pumps specially adapted for elastic fluids and characterised by number or arrangement of cylinders having cylinders coaxial with, or parallel or inclined to, main shaft axis
    • F04B27/10—Multi-cylinder pumps specially adapted for elastic fluids and characterised by number or arrangement of cylinders having cylinders coaxial with, or parallel or inclined to, main shaft axis having stationary cylinders
    • F04B27/1036—Component parts, details, e.g. sealings, lubrication
    • F04B27/1054—Actuating elements
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04B—POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
    • F04B1/00—Multi-cylinder machines or pumps characterised by number or arrangement of cylinders
    • F04B1/12—Multi-cylinder machines or pumps characterised by number or arrangement of cylinders having cylinder axes coaxial with, or parallel or inclined to, main shaft axis
    • F04B1/26—Control
    • F04B1/28—Control of machines or pumps with stationary cylinders
    • F04B1/29—Control of machines or pumps with stationary cylinders by varying the relative positions of a swash plate and a cylinder block
    • F04B1/295—Control of machines or pumps with stationary cylinders by varying the relative positions of a swash plate and a cylinder block by changing the inclination of the swash plate
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04B—POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
    • F04B27/00—Multi-cylinder pumps specially adapted for elastic fluids and characterised by number or arrangement of cylinders
    • F04B27/08—Multi-cylinder pumps specially adapted for elastic fluids and characterised by number or arrangement of cylinders having cylinders coaxial with, or parallel or inclined to, main shaft axis
    • F04B27/14—Control
    • F04B27/16—Control of pumps with stationary cylinders
    • F04B27/18—Control of pumps with stationary cylinders by varying the relative positions of a swash plate and a cylinder block

Definitions

  • the invention is based on an axial piston engine with a Infinitely adjustable piston stroke according to the generic term of claim 1.
  • Such an axial piston engine is e.g. from the US-A-4,236,875.
  • An air conditioning system of a motor vehicle essentially has a refrigerant compressor, a first heat exchanger, the so-called evaporator, a second heat exchanger, an expansion device and piping that connect the components together connect.
  • the refrigerant compressor has the task to draw a refrigerant from the evaporator, in which the Refrigerant evaporates under heat, and to a higher one To compress pressure.
  • the refrigerant then heat at a higher temperature level give up and experiences one in the expansion organ Throttling to an evaporator pressure level.
  • the performance of the refrigerant compressor can be controlled via a drive speed and particularly energetically favorable for axial piston engines Infinitely adjustable via the piston stroke be carried out.
  • Known axial piston engines or axial piston compressors for automotive air conditioners have one drive shaft driven by a pulley.
  • the crankcase has a swashplate that is non-rotatable and tiltable mounted on the drive shaft via a joint.
  • the swashplate drives at least one movable in a cylinder Piston on.
  • People is capable of absorbing tensile and compressive loads Piston connected to the swash plate via two articulated stones, each with a joint stone on the Piston facing and on the tread facing away from the piston the swashplate.
  • the articulated stones run with their Flat surfaces on the tread of the swash plate with full Peripheral speed with superimposed radial movement, which results in an elliptical career.
  • the articulated stones lie with their curved surfaces in molded spherical bearings of the pistons, in which during operation there is a comparatively small relative movement.
  • the swash plate be connected to the pistons via a swash plate.
  • the Swashplate is either on a housing or on piston rods secured against rotation against the drive shaft. A Bearing between the swash plate and the swash plate takes up the entire relative movement. The swashplate only wobbles due to the rotating swashplate out.
  • the piston stroke and thus the performance of the axial piston compressor is about the degree of tilt angle of the swash plate set.
  • a large tilt angle creates a large one Piston stroke and high performance, with a small tilt angle there is a small piston stroke and a low output.
  • the tilt angle of the swashplate is usually by two stops at a minimum and a maximum Value limited. Usually there are one or two guide pins necessary to guide the tilting movement and a Avoid jamming. The tilt limits or the stops can be integrated in the guide pins.
  • the axial piston engine according to the invention has a drive shaft with one on it tiltable in a crankcase and swash plate mounted slidably in the axial direction. A tilting angle and a axial position of the swash plate adjustable.
  • the swashplate is driving with at least one, in a cylinder movable piston connected.
  • Flow losses between the top of the piston and the Crankcase can be avoided and the total compressor capacity, for example as a cooling capacity for an air conditioning system be used.
  • the axial piston engine be operated with a low pressure in the crankcase.
  • On Leakage flow of refrigerant from the crankcase through shaft seals outward is roughly proportional to the crankcase pressure.
  • With a low pressure can be an expensive seal of the crankcase avoided and a low leakage achieved become. This is especially true with high-volume refrigerants absolute pressures beneficial, in general for a control over a gas pressure difference at the piston high Pressures in the crankcase are required.
  • At a low Pressure is also the solubility of the refrigerant in an air conditioning system low in a piston lubricant, thereby a high viscosity can be maintained.
  • the swash plate can be suitable with various ones to those skilled in the art appearing constructions tiltable and axially displaceable be carried out.
  • the swash plate on a Z-shaft with a tilted bearing bore stored and a rotational movement of the bearing disc with a Stroke movement be superimposed, etc.
  • the swash plate on a axially displaceable via an actuating piston of the actuating unit Rod end mounted and the swash plate via a decentralized Joint with a component fixed in the axial direction connected is. It can be a structurally simple and inexpensive Adjustment mechanism can be achieved at the tilt angle and axial position of the swash plate a desired To have context.
  • the top dead center of the piston in the cylinder barrel can get and a damaged space and Energy losses can be avoided, making the axial piston engine particularly advantageous as a compressor in one Air conditioning can be used.
  • the compressor can be used as pure swash plate compressor or as swash plate compressor be executed. Furthermore, the solution according to the invention be used for gears etc.
  • the adjusting piston and the joint head are advantageously in one piece executed, whereby additional components, assembly costs and Costs can be saved.
  • the actuator can partially or rotating completely with the drive shaft or be arranged rotatably in a housing. Furthermore, the actuator from the side facing away from the piston to the Swashplate or from the side facing the piston the swashplate act.
  • the swash plate is via a joint head 48 of a joint sleeve 64 rotatably connected to the drive shaft 10.
  • a control device 18 tiltable on the joint head 48 and displaceable in the axial direction with the joint sleeve 64.
  • the actuating piston 44 includes the cylinder over three Seals 68, 70, 72 sealed pressure chamber 74.
  • the Swash plate 16 is integral with the swash plate 16 molded connecting element 66 and a decentralized joint 52 connected to the steep housing 54.
  • the lifting movement of the Swash plate 16 is by one through the bolt 98 in the slot 96 guided tilting movement superimposed, so that one top dead center 100 of the pistons 26, 28 in the cylinders 22, 24 preserved.
  • the volume of the pressure chamber 74 is preferably small.
  • the actuating unit 30 or the actuating piston 44 is one the cylinders 22, 24 downstream oil separator 34 an axial bore 102, 104, 106 in the housing 86, in the slide bearing 84 and in the drive shaft 10 and via a radial bore 108 in the drive shaft 10 supplied with pressure oil (Fig. 1, 2nd u. 4).
  • the pressure oil is advantageously in the drive shaft 10 fed axially in the middle. In this area is the relative movement between the drive shaft 10 and the slide bearing 84 advantageously low.
  • the slide bearing 84 can additionally can be used as a seal.
  • the compression spring 92 Located in the oil separator when starting 34 no oil pressure before, the compression spring 92 a maximum tilt angle, which ensures a pressure build-up is.
  • the actuating unit 30 is connected to the oil separator via an inflow 38 34 and via an outlet 36 with the crank chamber 14 connected.
  • the inlet 38 and the outlet 36 are each over a valve 110, 112 controllable. If a higher actuating force is required, opens valve 110.
  • the oil flows at a high pressure level into the actuating unit 30 and acts on the actuating piston 44.
  • the valve 112 remains closed. Will be a lesser Actuating force required, valve 112 opens, which Oil drains from the actuator 30 and at the actuator 30 a lesser force is available.
  • the swash plate 16 is via the compression spring 92 in the direction of the maximum tilt angle postponed.
  • the valve 110 is closed.
  • valves 110, 112 are replaced by a throttle and only the inflow 38 or the outflow 36 can be regulated advantageously with an oil level control unit indicated in FIG. 4 40 and with a channel 42 from the oil separator 34 to Crank chamber 14 ensure that there is always sufficient Amount of lubricant available in crankcase 14 stands.
  • Fig. 3 shows a section of a variant of an axial piston engine with a control device 20.
  • Essentially constant components are basically the same Numbered reference numerals. Regarding the function and not illustrated components can on the embodiment in 1 and 2 are referred.
  • the control device 20 has an actuating unit 32 with an actuating piston 46, which in an annular recess 122 of a housing 114 of the axial piston engine is rotatably arranged, which means an additional Adjustment housing can be saved.
  • the actuating piston 46 is in the direction of swash plate 16 by a first compression spring 136 loaded, is opposite via two seals 116, 118 sealed the housing 114 and acts via a joint sleeve 120 and one made in one piece with the joint sleeve 120 Articulated head 50 on the swash plate 16 in the axial Direction against a second biased, stronger Compression spring 124.
  • the compression spring 124 is in the from the actuating piston 46 opposite direction on a shoulder 126 of a drive shaft 12 supported.
  • the swash plate 16 is not closer to a shown decentralized joint supported in the axial direction, so that by the lifting movement of the swash plate 16 a tilting moment arises on the swash plate 16.
  • the actuating piston 46 and the joint sleeve 120 are on both sides acting axial bearing 128, the actuating piston 46 inner treads, hinge sleeve 120 and a fastener Form 130 outer treads. With the fastener 130, which has a thread 132 with the joint sleeve 120 is connected, a defined axial play in Thrust bearing 128 can be set. Actuator 32 or the actuating piston 46 is driven by an axial bore 134 Oil separator 34 is supplied with pressure oil, as is the actuating unit 30 (cf. corresponding to Fig. 4).

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Description

Die Erfindung geht aus von einem Axialkolbentriebwerk mit einem stufenlos verstellbaren Kolbenhub nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Solch ein Axialkolbentriebwerk ist z.B. aus der Patentschrift US-A-4,236,875 bekannt.
Es ist bekannt, Axialkolbentriebwerke mit einem stufenlos verstellbaren Kolbenhub, insbesondere für Kraftfahrzeugklimaanlagen einzusetzen, und zwar als Kaltemittelverdichter.
Eine Klimaanlage eines Kraftfahrzeugs besitzt im wesentlichen einen Kältemittelverdichter, einen ersten Wärmeübertrager, den sogenannten Verdampfer, einen zweiten Wärmeübertrager, ein Expansionsorgan und Rohrleitungen, die die Bauteile miteinander verbinden. Der Kältemittelverdichter hat die Aufgabe, ein Kältemittel aus dem Verdampfer abzusaugen, in dem das Kältemittel unter Wärmeaufnahme verdampft, und auf einen höheren Druck zu verdichten. Im zweiten Wärmeübertrager kann das Kältemittel anschließend die Wärme auf einem höheren Temperaturniveau abgeben und erfährt in dem Expansionsorgan eine Drosselung auf ein Druckniveau des Verdampfers.
Die Leistung des Kältemittelverdichters kann über eine Antriebsdrehzahl und besonders energetisch günstig bei Axialkolbentriebwerken über den Kolbenhub stufenlos verstellbar ausgeführt werden. Bekannte Axialkolbentriebwerke bzw. Axialkolbenverdichter für Kraftfahrzeugklimaanlagen besitzen eine über eine Riemenscheibe angetriebene Antriebswelle. In einem Kurbelraum ist eine Schrägscheibe drehfest und verkippbar über ein Gelenk auf der Antriebswelle gelagert. Die Schrägscheibe treibt zumindest einen, in einem Zylinder bewegbaren Kolben an. Zur Aufnahme von Zug- und Druckbelastungen ist jeder Kolben über zwei Gelenksteine mit der Schrägscheibe verbunden, und zwar jeweils mit einem Gelenkstein an der dem Kolben zugewandten und an der dem Kolben abgewandten Lauffläche der Schrägscheibe. Die Gelenksteine laufen mit ihren Planflächen auf den Laufflächen der Schrägscheibe mit voller Umfangsgeschwindigkeit bei überlagerter radialer Bewegung, wodurch sich eine elliptische Laufbahn ergibt. Die Gelenksteine liegen mit ihren gewölbten Oberflächen in ausgeformten kugelschaligen Lagern der Kolben, in denen während des Betriebs eine vergleichsweise kleine Relativbewegung vorliegt.
Ferner kann die Schrägscheibe, anstatt über Gelenksteine, über eine Taumelscheibe mit den Kolben verbunden sein. Die Taumelscheibe ist entweder an einem Gehäuse oder über Kolbenstangen gegenüber der Antriebswelle verdrehgesichert. Eine Lagerung zwischen der Schrägscheibe und der Taumelscheibe nimmt die gesamte Relativbewegung auf. Die Taumelscheibe führt aufgrund der rotierenden Schrägscheibe nur eine Taumelbewegung aus.
Der Kolbenhub und damit die Leistung des Axialkolbenverdichters wird über den Grad des Kippwinkels der Schrägscheibe eingestellt. Bei einem großen Kippwinkel entsteht ein großer Kolbenhub und eine hohe Leistung, bei einem kleinen Kippwinkel entsteht ein kleiner Kolbenhub und eine niedrige Leistung. Der Kippwinkel der Schrägscheibe wird in der Regel durch zwei Anschläge auf einen minimalen und einen maximalen Wert begrenzt. Gewöhnlich sind ein bis zwei Führungsstifte notwendig, um die Kippbewegung definiert zu führen und ein Verklemmen zu vermeiden. Die Kippbegrenzungen bzw. die Anschläge können in den Führungsstiften integriert sein.
Wird bei der Verstellung des Kippwinkels von einem maximalen Wert auf einen kleineren Wert ein oberer Totpunkt des Kolbens in Richtung Schrägscheibe im Zylinder verschoben, kann bereits komprimiertes Gas nicht vollständig ausgeschoben werden. Die in das Gas eingebrachte Kompressionsenergie kann nicht für den Kühlprozeß genutzt werden. Es entsteht ein sogenannter Schadraum zwischen dem Kolben und einer Ventilplatte am Zylinder, der zu einem Energieverlust führt. Um den Schadraum zu vermeiden und den oberen Totpunkt der Kolben beizubehalten, ist die Schrägscheibe zusätzlich gegen eine vorgespannte Druckfeder axial verschiebbar gelagert. Die Schrägscheibe wird in der Regel über Anschläge in axialer Richtung begrenzt.
Vorteile der Erfindung
Das erfindungsgemäße Axialkolbentriebwerk besitzt eine Antriebswelle mit einer darauf in einem Kurbelraum verkippbar und in axialer Richtung verschiebbar gelagerten Schrägscheibe. Über eine Regeleinrichtung ist ein Kippwinkel und eine axiale Position der Schrägscheibe einstellbar. Die Schrägscheibe ist antriebsmäßig mit zumindest einem, in einem Zylinder bewegbaren Kolben verbunden.
Es wird vorgeschlagen, daß die Regeleinrichtung eine vom Kolben getrennte Stelleinheit aufweist, und daß die Stelleinheit von einer vom geförderten Medium des Kolbens unabhängigen Hydraulikeinheit mit Drucköl versorgt ist. Mit einer von dem Kolben getrennten Stelleinheit kann ein von den Betriebspunkten unabhängig großer Regelbereich geschaffen werden. Eine Stellkraft kann ausschließlich in Richtung der möglichen Verstellbewegung der Schrägscheibe eingeleitet werden, wodurch ein Klemmen und eine erhöhte Abnutzung vermeidbar sind.
Strömungsverluste zwischen der Oberseite des Kolbens und dem Kurbelraum können vermieden und es kann die gesamte Verdichterleistung, beispielsweise als Kälteleistung für eine Klimaanlage genutzt werden. Ferner kann das Axialkolbentriebwerk mit einem geringen Druck im Kurbelraum betrieben werden. Ein Leckagestrom von Kältemittel aus dem Kurbelraum durch Wellenabdichtungen nach außen ist etwa proportional dem Kurbelraumdruck. Mit einem geringen Druck kann eine aufwendige Abdichtung des Kurbelraums vermieden und eine geringe Leckage erreicht werden. Dies ist insbesondere bei Kältemitteln mit hohen absoluten Drücken von Vorteil, bei denen im allgemeinen für eine Regelung über eine Gasdruckdifferenz am Kolben hohe Drücke im Kurbelraum erforderlich sind. Bei einem geringen Druck ist ferner die Löslichkeit des Kältemittels einer Klimaanlage in einem Schmierstoff des Kolbens gering, wodurch eine hohe Viskosität beibehalten werden kann.
Ferner wirkt sich positiv auf die Viskosität aus, daß mit einer separaten Stelleinheit ein Aufheizen des Schmierstoffs durch ein von der Hochdruckseite des Kolbens erwärmtes Gas vermieden werden kann. Mit einer hohen Viskosität kann eine geringe Reibung zwischen hochbelasteten Gleitpaaren auf der Schrägscheibe und zwischen den Kolben und den Zylindern erreicht werden, was zu einer hohen Lebensdauer und einer hohen Zuverlässigkeit beiträgt.
Mit einer vom Kolben getrennten Stelleinheit ist kein bestimmter Druck im Kurbelraum zur Regelung erforderlich, wodurch von einem Verdampfer Kühlmittel durch den Kurbelraum in den Zylinder geführt werden kann. Der Kurbelraum kann dadurch gekühlt, eine zusätzliche Ansaugkammer auf der Oberseite des Kolbens kann vermieden und Bauraum kann eingespart werden. Ferner kann ein meist großes Volumen des Kurbelraums zur Dämpfung von Gaspulsationen genutzt werden.
Die Stelleinheit kann elektrisch, pneumatisch oder vorteilhaft hydraulisch angetrieben sein. Mit Hydraulikflüssigkeit kann eine vorteilhafte Schwingungsdämpfung erreicht und ein besonders schwingungsunempfindliches Axialkolbentrieowerk geschaffen werden. Die hydraulische Stelleinheit wird von einer vom geförderten Medium des Kolbens unabhängigen Hydraulikeinheit mit Drucköl versorgt, beispielsweise vorteilhaft von einer in einem Kraftfahrzeug bereits vorhandenen Hydraulikeinheit. Zusätzliche Bauteile können eingespart und ein von den Betriebspunkten des Axlalkolbentriebwerks unabhängiger großer Regelbereich kann erreicht werden. Ferner ist kein Druckaufbau beim Anfahren des Axialkolbentriebwerks für die Regelung erforderlich, beispielsweise durch einem minimalen Kippwinkel von 2°. Ein lastfreies Anfahren des Axialkolbentriebwerks wird ermöglicht und das Starten beispielsweise einer das Axialkolbentriebwerk antreibenden Brennkraftmaschine wird erleichtert.
Die Schrägscheibe kann mit verschiedenen dem Fachmann als geeignet erscheinenden Konstruktionen kippbar und axial verschiebbar ausgeführt werden. Beispielsweise kann die Schrägscheibe auf einer Z-Welle mit einer gekippten Lagerbohrung gelagert und eine Verdrehbewegung der Lagerscheibe mit einer Hubbewegung überlagert sein usw. In einer Ausgestaltung der Erfindung wird vorgeschlagen, daß die Schrägscheibe auf einem über einen Stellkolben der Stelleinheit axial verschiebbaren Gelenkkopf gelagert und die Schrägscheibe über ein dezentrales Gelenk mit einem in axialer Richtung fixierten Bauteil verbunden ist. Es kann ein konstruktiv einfacher und kostengünstiger Verstellmechanismus erreicht werden, bei dem Kippwinkel und axiale Position der Schrägscheibe einen gewünschten Zusammenhang besitzen. Der obere Totpunkt des Kolbens in der Zylinderlaufbahn kann erhalten und ein Schadraum und Energieverluste können vermieden werden, wodurch das Axialkolbentriebwerk besonders vorteilhaft als Verdichter in einer Klimaanlage verwendet werden kann. Der Verdichter kann als reiner Schrägscheibenverdichter oder als Taumelscheibenverdichter ausgeführt sein. Ferner kann die erfindungsgemäße Lösung bei Getrieben usw. angewendet werden.
Vorteilhaft ist der Stellkolben und der Gelenkkopf einstückig ausgeführt, wodurch zusätzliche Bauteile, Montageaufwand und Kosten eingespart werden können. Die Stelleinheit kann teilweise oder vollständig mit der Antriebswelle mitrotierend oder drehfest in einem Gehäuse angeordnet sein. Ferner kann die Stelleinheit von der dem Kolben abwandten Seite auf die Schrägscheibe oder von der dem Kolben zugewandten Seite auf die Schrägscheibe wirken.
Zeichnung
Weitere Vorteile ergeben sich aus der folgenden Zeichnungsbeschreibung. In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt. Die Zeichnung, die Beschreibung und die Ansprüche enthalten zahlreiche Merkmale in Kombination. Der Fachmann wird die Merkmale zweckmäßigerweise auch einzeln betrachten und zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusammenfassen.
Es zeigen:
Fig. 1
ein Axialkolbentriebwerk bei maximalem Kolbenhub im Schnitt,
Fig. 2
ein Axialkolbentriebwerk bei minimalem Kolbenhub im Schnitt,
Fig. 3
einen Ausschnitt einer Variante nach Fig. 1 und
Fig. 4
eine Prinzipskizze einer hydraulischen Regelung.
Beschreibung der Ausführungsbeispiele
Fig. 1 zeigt ein Axialkolbentriebwerk für eine Klimaanlage eines Kraftfahrzeugs, das als Verdichter arbeitet. Das Axialkolbentriebwerk besitzt eine Antriebswelle 10, auf der in einem Kurbelraum 14 eine Schrägscheibe 16 gelagert ist. Die Schrägscheibe 16 ist antriebsmäßig über halbkugelförmige Gelenksteine 56 mit in Zylindern 22, 24 geführten Kolben 26, 28 verbunden. Zur Aufnahme von Zug- und Druckbelastungen ist jeder Kolben 26, 28 über zwei Gelenksteine 56 mit der Schrägscheibe 16 verbunden, und zwar jeweils über einen Gelenkstein 56 mit einer den Kolben 26, 28 zugewandten und mit einer den kolben 26, 28 abgewandten Lauffläche 58, 60. Die Gelenksteine 56 laufen mit ihren Planflächen auf den Laufflächen 58, 60 der Schrägscheibe 16 mit voller Umfangsgeschwindigkeit bei überlagerter radialer Bewegung, wodurch sich eine elliptische Bahn ergibt. Die Gelenksteine 56 liegen mit ihren gewölbten Oberflächen in ausgeformten kugelschaligen Lagern 62 der Kolben 26, 28, in denen während des Betriebs eine vergleichsweise kleine Relativbewegung vorliegt.
Die Schrägscheibe ist über einen Gelenkkopf 48 einer Gelenkhülse 64 mit der Antriebswelle 10 drehfest verbunden. Um den Kolbenhub und damit die Leistung des Axialkolbentriebwerks stufenlos einstellen zu können, ist die Schrägscheibe 16 mit einer Regeleinrichtung 18 auf dem Gelenkkopf 48 verkippbar und in axialer Richtung mit der Gelenkhülse 64 verschiebbar. Bei einem großen Kippwinkel wird eine großer Kolbenhub und eine hohe Leistung, bei einem kleinen Kippwinkel wird ein kleiner Kolbenhub und eine niedrige Leistung erreicht (Fig. 1 u. 2).
Erfindungsgemäß besitzt die Regeleinrichtung 18 eine von den Kolben 26, 28 getrennte hydraulische Stelleinheit 30. Die Stelleinheit 30 weist einen einstückig mit der Gelenkhülse 64 und dem Gelenkkopf 48 ausgebildeten Stellkolben 44 auf. Der Stellkolben 44 ist in einem von einem Stellgehäuse 54 gebildeten Zylinder geführt. Das Stellgehäuse 54 ist radial über einen nicht näher dargestellten Formschluß und axial über einen Spannring 76 formschlüssig auf der Antriebswelle 10 befestigt. Die Antriebswelle 10 ist axial in die von den Zylindern 22, 24 abgewandte Richtung über das Stellgehäuse 54, ein Axiallager 80 und über eine Laufscheibe 82 an einem Deckel 78 und in Richtung der Zylinder 22, 24 über ein axiales Gleitlager 84 an einem Gehäuse 86 des Axialkolbentriebwerks abgestützt. Ferner ist die Antriebswelle 10 über zwei Radiallager 88, 90 im Deckel 78 und im Gehäuse 86 gelagert.
Der Stellkolben 44 schließt mit dem Zylinder ein über drei Dichtungen 68, 70, 72 abgedichteten Druckraum 74 ein. Die Schrägscheibe 16 ist über ein einstückig an die Schrägscheibe 16 angeformtes Verbindungselement 66 und ein dezentrales Gelenk 52 mit dem Steilgehäuse 54 verbunden.
Wird der Druckraum 74 mit Drucköl beaufschlagt, verschiebt sich der Stellkolben 44 gemeinsam mit der Gelenkhülse 64, dem Gelenkkopf 48 und der Schrägscheibe 16 in Richtung der Zylinder 22, 24 entgegen einer vorgespannten Druckfeder 92 (Fig. 2). Die Druckfeder 92 ist drehfest mit der Antriebswelle 10 verbunden und stützt sich an einem Spannring 94 in die vom Stellkolben 44 abgewandte Richtung ab. Durch das dezentrale Gelenk 52, welches von einem am Verbindungselement 66 befestigten, in einem Langloch 96 geführten Bolzen 98 gebildet ist, entsteht durch die Hubbewegung der Schrägscheibe 16 ein Kippmoment auf die Schrägscheibe 16. Die Hubbewegung der Schrägscheibe 16 wird von einer durch den Bolzen 98 im Langloch 96 geführten Kippbewegung überlagert, so daß jeweils ein oberer Totpunkt 100 der Kolben 26, 28 in den Zylindern 22, 24 erhalten bleibt. Um mit einer geringen Ölmenge auszukommen, ist das Volumen des Druckraums 74 vorzugsweise klein.
Die Stelleinheit 30 bzw. der Stellkolben 44 wird von einem den Zylindern 22, 24 nachgeschalteten Ölabscheider 34 über eine Axialbohrung 102, 104, 106 im Gehäuse 86, im Gleitlager 84 und in der Antriebswelle 10 und über eine Radialbohrung 108 in der Antriebswelle 10 mit Drucköl versorgt (Fig. 1, 2 u. 4). Das Drucköl wird vorteilhaft in die Antriebswelle 10 axial mittig zugeführt. In diesem Bereich ist die Relativbewegung zwischen der Antriebswelle 10 und dem Gleitlager 84 vorteilhaft gering. Ferner kann das Gleitlager 84 zusätzlich als Dichtung genutzt werden. Liegt beim Anfahren im Ölabscheider 34 noch kein Öldruck vor, stellt die Druckfeder 92 einen maximalen Kippwinkel ein, wodurch ein Druckaufbau sichergestellt ist.
Die Stelleinheit 30 ist über einen Zufluß 38 mit dem Ölabscheider 34 und über einen Abfluß 36 mit dem Kurbelraum 14 verbunden. Der Zufluß 38 und der Abfluß 36 sind jeweils über ein Ventil 110, 112 regelbar. Wird eine höhere Stellkraft benötigt, öffnet das Ventil 110. Das Öl strömt mit hohem Druckniveau in die Stelleinheit 30 und wirkt auf den Stellkolben 44. Das Ventil 112 bleibt dabei geschlossen. Wird eine geringere Stellkraft benötigt, öffnet das Ventil 112, wodurch das Öl aus der Stelleinheit 30 abflleßt und an der Stelleinheit 30 eine geringere Kraft verfügbar ist. Die Schrägscheibe 16 wird über die Druckfeder 92 in Richtung maximalen Kippwinkel verschoben. Das Ventil 110 ist geschlossen.
Wird eines der Ventile 110, 112 durch eine Drossel ersetzt und ist nur der Zufluß 38 oder der Abfluß 36 regelbar, kann vorteilhaft mit einer in Fig. 4 angedeuteten Ölstandsregeleinheit 40 und mit einem Kanal 42 vom Ölabscheider 34 zum Kurbelraum 14 sichergestellt werden, daß stets eine ausreichende Menge an Schmierstoff im Kurbelraum 14 zur Verfügung steht.
Fig. 3 zeigt einen Ausschnitt einer Variante eines Axialkolbentriebwerks mit einer Regeleinrichtung 20. Im wesentlichen gleichbleibende Bauteile sind grundsätzlich mit den gleichen Bezugszeichen beziffert. Bezüglich der Funktion und nicht dargestellter Bauteile kann auf das Ausführungsbeispiel in Fig. 1 und 2 verwiesen werden. Die Regeleinrichtung 20 besitzt eine Stelleinheit 32 mit einem Stellkolben 46, der in einem ringförmigen Einstich 122 eines Gehäuses 114 des Axialkolbentriebwerks drehfest angeordnet ist, wodurch ein zusätzliches Stellgehäuse eingespart werden kann. Der Stellkolben 46 wird in Richtung Schrägscheibe 16 durch eine erste Druckfeder 136 belastet, ist über zwei Dichtungen 116, 118 gegenüber dem Gehäuse 114 abgedichtet und wirkt über eine Gelenkhülse 120 und einen einstückig mit der Gelenkhülse 120 ausgeführten Gelenkkopf 50 auf die Schrägscheibe 16 in axialer Richtung entgegen einer zweiten vorgespannten, stärkeren Druckfeder 124. Die Druckfeder 124 ist in die vom Stellkolben 46 abgewandte Richtung an einem Absatz 126 einer Antriebswelle 12 abgestützt. Die Schrägscheibe 16 ist über ein nicht näher dargestelltes dezentrales Gelenk in axialer Richtung abgestützt, so daß durch die Hubbewegung der Schrägscheibe 16 ein Kippmoment auf die Schrägscheibe 16 entsteht. Der Stellkolben 46 und die Gelenkhülse 120 sind über ein beidseitig wirkendes Axiallager 128 verbunden, wobei der Stellkolben 46 innere Laufflächen, die Gelenkhülse 120 und ein Befestigungselement 130 äußere Laufflächen bilden. Mit dem Befestigungselement 130, das über ein Gewinde 132 mit der Gelenkhülse 120 verbunden ist, kann ein definiertes axiales Spiel im Axiallager 128 eingestellt werden. Die Stelleinheit 32 bzw. der Stellkolben 46 wird über eine Axialbohrung 134 von einem Ölabscheider 34 mit Drucköl versorgt, wie die Stelleinheit 30 (vgl. entsprechend Fig. 4).
Bezugszeichen
10
Antriebswelle
12
Antriebswelle
14
Kurbelraum
16
Schrägscheibe
18
Regeleinrichtung
20
Regeleinrichtung
22
Zylinder
24
Zylinder
26
Kolben
28
Kolben
30
Stelleinheit
32
Stelleinheit
34
Ölabscheider
36
Abfluß
38
Zufluß
40
Ölstandsregeleinheit
42
Kanal
44
Stellkolben
46
Stellkolben
48
Gelenkkopf
50
Gelenkkopf
52
Gelenk
54
Bauteil
56
Gelenkstein
58
Lauffläche
60
Lauffläche
62
Lager
64
Gelenkhülse
66
Verbindungselement
68
Dichtung
70
Dichtung
72
Dichtung
74
Druckraum
76
Spannring
78
Deckel
80
Axiallager
82
Laufscheibe
84
Gleitlager
86
Gehäuse
88
Lager
90
Lager
92
Druckfeder
94
Spannring
96
Langloch
98
Bolzen
100
Totpunkt
102
Bohrung
104
Bohrung
106
Bohrung
108
Bohrung
110
Ventil
112
Ventil
114
Gehäuse
116
Dichtung
118
Dichtung
120
Gelenkhülse
122
Einstich
124
Druckfeder
126
Absatz
128
Lager
130
Befestigungselement
132
Gewinde
134
Bohrung
136
Druckfeder

Claims (4)

  1. Axialkolbentriebwerk mit einem stufenlos verstellbaren Kolbenhub, das eine Antriebswelle (10, 12) aufweist, auf der in einem Kurbelraum (14) eine Schrägscheibe (16) verkippbar und in axialer Richtung verschiebbar gelagert ist und mit einer Regeleinrichtung (18, 20), über die ein Kippwinkel und eine axiale Position der Schrägscheibe (16) einstellbar ist und mit mindestens einem mit der Schrägscheibe (16) antriebsmäßig verbundenen, in einem Zylinder (22, 24) bewegbaren Kolben (26, 28), wobei die Regeleinrichtung (18, 20) eine vom Kolben (26, 28) getrennte und hydraulisch angetriebene Stelleinheit (30, 32) aufweist,
    dadurch gekennzeichnet, daß
    die Stelleinheit (30, 32) von einer vom geförderten Medium des Kolbens (26, 28) unabhängigen Hydraulikeinheit mit Drucköl versorgt ist.
  2. Axialkolbentriebwerk nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, daß
    die Stelleinheit (30, 32) hydraulisch angetrieben ist.
  3. Axialkolbentriebwerk nach Anspruch 1 oder 2,
    dadurch gekennzeichnet, daß
    die Schrägscheibe (16) auf einem über einen Stellkolben (44, 46) der Stelleinheit (30, 32) axial verschiebbaren Gelenkkopf (48, 50) gelagert und die Schrägscheibe (16) über ein dezentrales Gelenk (52) mit einem in axialer Richtung fixierten Bauteil (54) verbunden ist.
  4. Axialkolbentriebwerk nach Anspruch 3,
    dadurch gekennzeichnet, daß
    der Stellkolben (44) und der Gelenkkopf (48) einstückig ausgeführt sind.
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