EP3146206B1 - Axialkolbenmaschine - Google Patents

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EP3146206B1
EP3146206B1 EP15721721.7A EP15721721A EP3146206B1 EP 3146206 B1 EP3146206 B1 EP 3146206B1 EP 15721721 A EP15721721 A EP 15721721A EP 3146206 B1 EP3146206 B1 EP 3146206B1
Authority
EP
European Patent Office
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axial piston
piston machine
housing
cylinder
disposed
Prior art date
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Not-in-force
Application number
EP15721721.7A
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
EP3146206A1 (de
Inventor
Gert Baitinger
Christoph Beerens
Michael Kreisig
Markus LEUTERT
Rolf Müller
Berthold Repgen
Roland Schacherer
Falk Schneider
Peter Wieske
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mahle International GmbH
Original Assignee
Mahle International GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
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Publication of EP3146206A1 publication Critical patent/EP3146206A1/de
Application granted granted Critical
Publication of EP3146206B1 publication Critical patent/EP3146206B1/de
Not-in-force legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

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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
    • F04B53/00—Component parts, details or accessories not provided for in, or of interest apart from, groups F04B1/00 - F04B23/00 or F04B39/00 - F04B47/00
    • F04B53/16—Casings; Cylinders; Cylinder liners or heads; Fluid connections
    • F04B53/162—Adaptations of cylinders
    • F04B53/166—Cylinder liners
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01B—MACHINES OR ENGINES, IN GENERAL OR OF POSITIVE-DISPLACEMENT TYPE, e.g. STEAM ENGINES
    • F01B3/00—Reciprocating-piston machines or engines with cylinder axes coaxial with, or parallel or inclined to, main shaft axis
    • F01B3/0002—Reciprocating-piston machines or engines with cylinder axes coaxial with, or parallel or inclined to, main shaft axis having stationary cylinders
    • F01B3/0017—Component parts, details, e.g. sealings, lubrication
    • F01B3/002—Cylinders
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01B—MACHINES OR ENGINES, IN GENERAL OR OF POSITIVE-DISPLACEMENT TYPE, e.g. STEAM ENGINES
    • F01B3/00—Reciprocating-piston machines or engines with cylinder axes coaxial with, or parallel or inclined to, main shaft axis
    • F01B3/0002—Reciprocating-piston machines or engines with cylinder axes coaxial with, or parallel or inclined to, main shaft axis having stationary cylinders
    • F01B3/0017—Component parts, details, e.g. sealings, lubrication
    • F01B3/0023—Actuating or actuated elements
    • F01B3/0026—Actuating or actuated element bearing means or driving or driven axis bearing means
    • 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
    • F04B1/14—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 having stationary cylinders
    • F04B1/141—Details or component parts
    • F04B1/143—Cylinders

Definitions

  • the present invention relates to an axial piston machine with a shaft which is non-rotatably connected to a swash plate, according to the preamble of claim 1.
  • the invention also relates to a heat recovery system with such an axial piston machine.
  • an axial piston machine with a shaft which is rotatably connected to a swash plate.
  • a plurality of cylinders are arranged, in each of which built and hollow pistons are arranged translationally adjustable.
  • Each of these pistons is coupled via an associated spherical bearing and a sliding block with the swash plate, whereby a movement of the respective piston causes a drive of the swash plate and thus a driving of the shaft.
  • each inlet opening of a cylinder is swept once over a control disk with an eccentrically arranged passage opening in each revolution and thereby fed to the respective cylinder working medium.
  • the present invention therefore deals with the problem of providing for an axial piston machine of the generic type an improved or at least one alternative embodiment, which is characterized in particular by a simplified structure and a simplified assembly.
  • the present invention is based on the general idea to make open a cylinder head of an axial piston machine, so that in these comparatively easy cylinder liner can be used, said cylinder liner has not only a cylinder jacket, but also an end wall and an inlet opening.
  • the cylinder liner thus closes off the entire cylinder chamber, resulting in the previously very complicated production of the cylinder head or the cylinder can be bypassed.
  • the axial piston machine according to the invention in this case has a shaft which is rotatably connected to a swash plate and in which at least four ring / ring around and coaxial with the shaft arranged cylinder are provided, in which in particular built and hollow piston are arranged translationally adjustable.
  • Each of these pistons is connected via its own spherical bearing and a sliding block with the swash plate of the drive.
  • an inlet opening is arranged, which is swept periodically by a control disk with an eccentrically arranged passage opening. With each revolution of the control disk thus passes through the through hole exactly once the associated inlet opening of the cylinder, thereby allowing an entry of working fluid in the associated cylinder.
  • the inlet opening towards the control disk has a coating, in particular a polymer coating, a DLC coating, a carbon coating or a polytetrafluoroethylene coating.
  • a coating in particular a polymer coating, a DLC coating, a carbon coating or a polytetrafluoroethylene coating.
  • heat-insulating cavities are arranged between the cylinder liner and the housing or the cylinder head of the axial piston engine. Since heat losses generally represent energy losses and have a negative effect on the efficiency of the axial piston machine, heat dissipation is at least reduced by the inventive provision of heat-insulating cavities, whereby the efficiency of the axial piston machine can be increased. At least one of these cavities is filled with air and / or a heat-insulating material, which improves the overall thermal insulation.
  • air As a heat-insulating material provides a nearly optimal Thermal insulator, which not only ensures high thermal insulation, but also has no weight.
  • the housing of the axial piston machine ie the cylinder head
  • the housing of the axial piston machine is composed of at least two housing parts, wherein at least one heat-insulating cavity is arranged between at least two housing parts.
  • the assembly of the housing or the cylinder head of the axial piston from at least two housing parts in turn facilitates their manufacture or assembly, wherein the provision of at least one heat-insulating cavity in turn minimizes uncontrolled and especially undesirable heat flow and thus positively influences the efficiency of the axial piston.
  • the housing or the cylinder head from several parts, these can be processed more easily due to the improved accessibility.
  • the housing or the cylinder head can be made of a cast material and have an integrated outlet channel or be composed of several housing parts, of which at least two housing parts together form an outlet channel.
  • the latter alternative allows a comparatively simple construction of the housing or the cylinder head, since, for example, sand or salt cores, as they must be provided in the molded housing for imaging the exhaust duct, are no longer necessary. By eliminating a comparatively complicated casting core, a significant manufacturing advantage can be realized.
  • a particularly advantageous solution of the axial piston machine according to the invention is characterized in that a housing covering the outlet channel is provided.
  • a cover also serves to heat insulation and can for example at a distance from the housing or arranged to the cylinder head. At this distance, for example, an insulator, in particular air or a heat-insulating material, is provided which additionally complicates an undesirable heat dissipation at least.
  • An inventive axial piston machine 1 which is for example part of a heat recovery system 2 of a motor vehicle, not shown in detail, a shaft 3, which is rotatably connected to a swash plate 4.
  • a shaft 3 which is rotatably connected to a swash plate 4.
  • cylinders 5 Arranged around the shaft 3 and coaxially therewith are preferably at least four cylinders 5, in which built and hollow pistons 6 are arranged so as to be translationally adjustable.
  • Each of these pistons 6 is coupled via a spherical bearing 7 and a sliding block 8 with the swash plate 4 for driving the shaft 3.
  • Each cylinder 5 is also associated with an inlet opening 9, which is each covered by a control disk 10.
  • This control disk 10 has an eccentrically arranged passage opening 11 and is also rotatably connected to the shaft 3.
  • a cylinder liner 13 is now used in at least one cylinder 5, which has not only a lateral surface, but also an end wall 14 and the inlet opening 9 integrated therein.
  • the cylinder liner 13 from below into a cylinder cavity of the cylinder 5 is inserted until it abuts with its (Zylinderbuchsen-) end wall 14 on a cover 16.
  • the cover 16 protrudes collar like and designed as a stop inward, so that the cylinder liner 13 can be supported with its end wall 14 thereon.
  • FIG. 4 the axial piston machine 1 according to the invention is shown in a sectional view through a cylinder 5, which has no such cylinder liner 13.
  • 5 cylinder liners 13 need not be used in all cylinders.
  • the inlet opening 9 has a coating 17, in particular a polymer coating, a DLC coating, a carbon coating or a polytetrafluoroethylene coating (PTFE), which is not only particularly resistant to wear, but also friction between the control disk 10 and the inlet opening 9 or minimizes their edge at least.
  • a coating 17 in particular a polymer coating, a DLC coating, a carbon coating or a polytetrafluoroethylene coating (PTFE), which is not only particularly resistant to wear, but also friction between the control disk 10 and the inlet opening 9 or minimizes their edge at least.
  • PTFE polytetrafluoroethylene coating
  • the inlet opening 9 is integrated in the cover 16, so that the coating 17 is arranged on the cover 16 around the inlet opening 9 around.
  • the cover 16 forms an integral part of the housing 15 and the cylinder head.
  • 15 heat-insulating cavities 18 are arranged between the cylinder liner 13 and the housing, which are optionally filled with air or with a heat-insulating material. Since even air is a comparatively good heat insulator, moreover has no weight, an air-filled cavity 18 is preferably used.
  • corresponding ribs and Webs for limiting the cavities 18 on the one hand and for supporting the cylinder liner 13 on the other hand provided, so that the cylinder liner 13 is held reliably.
  • the housing 15 of the axial piston machine 1 is composed of several housing parts, between the housing part 19 and the housing part 20, in this case the cover 16, again a heat-insulating cavity 18 'is provided, which should at least reduce unwanted heat dissipation.
  • the housing 15 can also be composed of more than two housing parts 19, 20, wherein in particular in accordance with the FIG. 2 variant shown, a further housing part 21 together with the housing part 19 an outlet channel 22 forms.
  • seals 23 may be arranged between the two housing parts 19 and 21.
  • a connection between the housing part 21 and the housing part 19 can be accomplished, for example, by a screw connection (not shown).
  • the intervening cavity 18 "is also filled with air or a heat-insulating material for insulation purposes.Of course, it is also conceivable that the cover 24 consists only of the housing part 25, which is mounted in a correspondingly modified form directly on the housing 15 as in accordance with the Figures 3 and 4 is shown.
  • the housing part 19 can also be formed as a casting, as for example in the FIGS. 1 3 and 4, in which Case of the outlet channel 22 by means of a casting core, in particular by means of a salt or sand core, is produced.
  • FIG. 2 eliminates this comparatively complex casting core for producing the outlet channel 22, since this is formed by the two interconnected housing parts 19 and 21.
  • a cover 27 enclosing the housing 15 in the region of the outlet channel 22 is provided, which likewise serves for thermal insulation and which is arranged, for example, at a distance, that is to say with a gap, to the housing part 19, ie to the housing 15 , Between the cover 27 and the housing 15 either air or also a heat-insulating material can be arranged.
  • the cover 27 is connected, for example, by means of a welded connection to the housing part 19.
  • an outlet opening 28 can be mechanically reworked, in particular if the housing 15 or the housing part 19 is designed as a cast part.
  • the comparatively close tolerance of the dimensions of the outlet opening 28 is therefore particularly important that the outlet does not open too early and thus the efficiency is reduced.
  • This can be done, for example, by first milling out smaller outlet openings 28 in the casting and producing them by precise reworking, for example by stamping or laser cutting, upon insertion of the cylinder liner 13. It is also conceivable that the cylinder liner 13 is punched / cut as a flat sheet metal part and then rolled up to the cylindrical cylinder liner 13 or reshaped and welded.
  • the mechanical reworking of the outlet opening 28 can also in the axial piston machine 1 according to the FIG. 4 take place, in which in this cylinder 5, however, no cylinder liner 13 is provided.
  • the axial piston machine 1 With the axial piston machine 1 according to the invention a significantly simpler manufacture of the same is possible, since the cylinder head or the housing 15 are open at the top and thereby allow a comparatively simple insertion of the cylinder liner 13. At the same time they also allow a relatively simple reworking of the housing 15, in particular in the region of the outlet opening 28. By providing cavities 18 between the housing 15 and the actual cylinder liner 13 can also be a heat-insulating arrangement can be created, through which less heat flows and the efficiency the axial piston machine 1 can be increased.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
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  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Reciprocating Pumps (AREA)
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  • Pistons, Piston Rings, And Cylinders (AREA)

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Axialkolbenmaschine mit einer Welle, die drehfest mit einer Schrägscheibe verbunden ist, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Die Erfindung betrifft außerdem ein Wärmerückgewinnungssystem mit einer derartigen Axialkolbenmaschine.
  • Bei Verbrennungsmotoren ist es bekannt, dass lediglich 40% der in Kraftstoff gespeicherten Energie zur Bewegung des Kolbens und damit zum Antrieb des Verbrennungsmotors genutzt werden. Die restliche im Rahmen der Verbrennung erzeugte Energie wird hauptsächlich durch entweichende Verbrennungsabgase in Form von Wärme aus dem Verbrennungsmotor abgeleitet. Zur Reduzierung derartiger Wärmeverluste und damit auch zur Steigerung der Effizienz des Verbrennungsmotors ist es bekannt, eine Axialkolbenmaschine mit dem Verbrennungsmotor zu koppeln.
  • Aus der US 3,169,488 A ist eine Axialkolbenmaschine mit einer Welle bekannt, die drehfest mit einem Zylinderblock verbunden ist. Ringförmg um und koaxial zur Welle sind dabei Zylinder angeordnet, in welchen Kolben translatorisch verstellbar angeordnet sind, wobei jeder Kolben über ein Kalottenlager und einen Gleitstein mit der Schrägscheibe gekoppelt ist. Jedem Zylinder ist dabei eine Einlassöffnung zugeordnet. Ebenfalls vorgesehen ist eine Steuerscheibe mit einer exzentrisch angeordneten Durchgangsöffnung, die bei jeder Umdrehung des Zylinderblocks jede Einlassöffnung einmal überstreicht und dabei das Arbeitsmedium in den zugehörigen Zylinder leitet. In zumindest einem der Zylinder ist dabei eine Zylinderlaufbuchse eingesetzt, die eine Stirnwand und die Einlassöffnung aufweist.
  • Aus der DE 44 24 607 A1 ist eine weitere Axialkolbenmaschine bekannt.
  • Aus der DE 10 2010 036 917 A1 ist beispielsweise eine Axialkolbenmaschine mit einer Welle bekannt, welche drehfest mit einer Schrägscheibe verbunden ist. Koaxial zur Welle und ringförmig um diese sind dabei mehrere Zylinder angeordnet, in welchen jeweils gebaute und hohle Kolben translatorisch verstellbar angeordnet sind. Jeder dieser Kolben ist über ein zugehöriges Kalottenlager und einen Gleitstein mit der Schrägscheibe gekoppelt, wodurch eine Bewegung des jeweiligen Kolbens einen Antrieb der Schrägscheibe und damit ein Antreiben der Welle bewirkt. Über eine Steuerscheibe mit einer exzentrisch angeordneten Durchgangsöffnung wird dabei jede Einlassöffnung eines Zylinders bei jeder Umdrehung einmal überstrichen und dabei dem jeweiligen Zylinderarbeitsmedium zugeführt. Hierdurch soll insbesondere eine kompaktbauende Axialkolbenmaschine geschaffen werden können.
  • Nachteilig bei der aus dem Stand der Technik bekannten Axialkolbenmaschine ist indes deren vergleichsweise aufwendige Fertigung.
  • Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich daher mit dem Problem, für eine Axialkolbenmaschine der gattungsgemäßen Art eine verbesserte oder zumindest eine alternative Ausführungsform anzugeben, welche sich insbesondere durch einen vereinfachten Aufbau und eine vereinfachte Montage auszeichnet.
  • Dieses Problem wird erfindungsgemäß durch die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
  • Die vorliegende Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, einen Zylinderkopf einer Axialkolbenmaschine offen zu gestalten, so dass in diesen vergleichsweise einfach eine Zylinderlaufbuchse eingesetzt werden kann, wobei diese Zylinderlaufbuchse nicht nur einen Zylindermantel, sondern auch eine Stirnwand und eine Einlassöffnung besitzt. Die Zylinderlaufbuchse schließt somit den gesamten Zylinderraum ab, wodurch die bisher sehr aufwendige Fertigung des Zylinderkopfs bzw. der Zylinder umgangen werden kann. Die erfindungsgemäße Axialkolbenmaschine besitzt dabei eine Welle, welche drehfest mit einer Schrägscheibe verbunden ist und bei welcher zumindest vier kranz-/ringförmig um und koaxial zur Welle angeordnete Zylinder vorgesehen sind, in welchen insbesondere gebaute und hohle Kolben translatorisch verstellbar angeordnet sind. Jeder dieser Kolben ist dabei über ein eigenes Kalottenlager und einen Gleitstein mit der Schrägscheibe des Antriebs verbunden. In dem Zylinder ist darüber hinaus eine Einlassöffnung geordnet, die periodisch von einer Steuerscheibe mit einer exzentrisch angeordneten Durchgangsöffnung überstrichen wird. Bei jeder Umdrehung der Steuerscheibe überstreicht somit die Durchgangsöffnung genau einmal die zugehörige Einlassöffnung des Zylinders und ermöglicht dadurch einen Eintritt von Arbeitsmedium in den zugehörigen Zylinder. Durch die erfindungsgemäß in den Zylinder eingesetzte Zylinderlaufbuchse, die zugleich eine Stirnwand und die Einlassöffnung aufweist, müssen diese nicht mehr wie bisher im Zylinderkopf, d.h. im Gehäuse, vorgesehen werden, wodurch nicht nur die Fertigung des Zylinderkopfes bzw. des Gehäuses vereinfacht wird, sondern auch deutlich höhere Qualitätsansprüche bei der separaten Fertigung der Zylinderlaufbuchse verwirklicht werden können.
  • Bei einer vorteilhaften Weitungsbildung der erfindungsgemäßen Lösung weist die Einlassöffnung zur Steuerscheibe hin eine Beschichtung auf, insbesondere eine Polymerbeschichtung, eine DLC-Beschichtung, eine Kohlenstoffbeschichtung oder eine Polytetrafluorethylen-Beschichtung. Bereits diese nicht abschließende Aufzählung der Beschichtungsmaterialien lässt erahnen, welch mannigfaltige Möglichkeiten hinsichtlich der Verbesserung der Verschleißbeständigkeit und der Reduzierung des Reibungswiderstandes bestehen. Sämtliche genannte Beschichtungen ermöglichen dabei ein vergleichsweise reibungsarmes Gleiten der Steuerscheibe auf der Einlassöffnung und reduzieren zudem den dabei auftretenden Verschleiß.
  • Erfindungsgemäß sind zwischen der Zylinderlaufbuchse und dem Gehäuse bzw. dem Zylinderkopf der Axialkolbenmaschine wärmeisolierende Hohlräume angeordnet. Da Wärmeverluste generell Energieverluste darstellen und direkt den Wirkungsgrad der Axialkolbenmaschine negativ beeinflussen, ist durch das erfindungsgemäße Vorsehen von wärmeisolierenden Hohlräumen eine Wärmeabfuhr zumindest reduziert, wodurch der Wirkungsgrad der Axialkolbenmaschine erhöht werden kann. Zumindest einer dieser Hohlräume ist dabei mit Luft und/oder einem wärmeisolierenden Material gefüllt, was die Wärmeisolierung insgesamt verbessert. Bereits das Vorsehen von lediglich Luft als wärmeisolierendem Material stellt einen nahezu optimalen Wärmeisolator dar, der nicht nur eine hohe Wärmeisolierung gewährleistet, sondern zudem auch kein Gewicht aufweist.
    Zweckmäßig ist das Gehäuse der Axialkolbenmaschine, d.h. der Zylinderkopf, aus zumindest zwei Gehäuseteilen zusammengesetzt, wobei zwischen zumindest zwei Gehäuseteilen zumindest ein wärmeisolierender Hohlraum angeordnet ist. Das Zusammensetzen des Gehäuses bzw. des Zylinderkopfes der Axialkolbenmaschine aus zumindest zwei Gehäuseteilen erleichtert wiederum deren Fertigung bzw. Montage, wobei das Vorsehen des zumindest einen wärmeisolierenden Hohlraums wiederum einen unkontrollierten und insbesondere auch unerwünschten Wärmeabfluss zumindest minimiert und damit den Wirkungsgrad der Axialkolbenmaschine positiv beeinflusst. Durch das Herstellen des Gehäuses bzw. des Zylinderkopfes aus mehreren Teilen lassen sich diese aufgrund der verbesserten Zugänglichkeit leichter bearbeiten.
  • Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Lösung kann das Gehäuse bzw. der Zylinderkopf aus einem Gussmaterial hergestellt sein und einen integrierten Auslasskanal aufweisen oder aber aus mehreren Gehäuseteilen zusammengesetzt sein, wovon zumindest zwei Gehäuseteile zusammen einen Auslasskanal bilden. Besonders die zuletzt genannte Alternative ermöglicht dabei einen vergleichsweise konstruktiv einfachen Aufbau des Gehäuses bzw. des Zylinderkopfes, da beispielsweise Sand- oder Salzkerne, wie diese beim gegossenen Gehäuse zur Abbildung des Auslasskanals vorgesehen werden müssen, nun nicht mehr erforderlich sind. Durch den Entfall eines vergleichsweise komplizierten Gießkerns kann ein deutlicher Fertigungsvorteil realisiert werden.
  • Eine besonders vorteilhafte Lösung der erfindungsgemäßen Axialkolbenmaschine zeichnet sich dadurch aus, dass eine Gehäuse im Bereich des Auslasskanals überziehende Abdeckung vorgesehen ist. Eine derartige Abdeckung dient dabei ebenfalls der Wärmeisolierung und kann beispielsweise mit Abstand zum Gehäuse bzw. zum Zylinderkopf angeordnet sein. In diesem Abstand ist beispielsweise ein Isolator, insbesondere Luft oder ein wärmeisolierendes Material, vorgesehen, welches einen unerwünschten Wärmeabfluss zusätzlich zumindest erschwert. Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus den Zeichnungen und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnungen.
  • Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
  • Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert, wobei sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder ähnliche oder funktional gleiche Komponenten beziehen.
  • Es zeigen, jeweils schematisch
    • Fig. 1
    eine Schnittdarstellung durch eine erfindungsgemäße Axialkolbenmaschine im Bereich eines Zylinders mit eingesetzter Zylinderlaufbuchse,
    Fig. 2
    eine Darstellung wie in Figur 1, jedoch bei anders ausgebildeten Zylinderkopf/-gehäuse,
    Fig. 3
    eine Darstellung wie in Figur 1, jedoch mit zusätzlich angeordneter Abdeckung über einem Auslasskanal,
    Fig. 4
    eine Darstellung der erfindungsgemäßen Axialkolbenmaschine bei Schnitt durch einen Zylinder ohne Zylinderlaufbuchse und gegossenem Gehäuse, jedoch mit mechanisch nachbearbeitetem Auslass.
  • Entsprechend den Figuren 1 und 2, weist eine erfindungsgemäße Axialkolbenmaschine 1, welche beispielsweise Bestandteil eines nicht näher gezeigten Wärmerückgewinnungssystems 2 eines Kraftfahrzeuges ist, eine Welle 3 auf, welche drehfest mit einer Schrägscheibe 4 verbunden ist. Um die Welle 3 herum und koaxial zu dieser angeordnet sind vorzugsweise zumindest vier Zylinder 5, in welchen gebaute und hohle Kolben 6 translatorisch verstellbar angeordnet sind. Jeder dieser Kolben 6 ist dabei über ein Kalottenlager 7 und einen Gleitstein 8 mit der Schrägscheibe 4 zum Antrieb der Welle 3 gekoppelt. Jedem Zylinder 5 ist darüber hinaus eine Einlassöffnung 9 zugeordnet, die je von einer Steuerscheibe 10 abgedeckt ist. Diese Steuerscheibe 10 besitzt eine exzentrisch angeordnete Durchgangsöffnung 11 und ist zudem drehfest mit der Welle 3 verbunden. Bei jeder Umdrehung der Steuerscheibe 10 überstreicht deren Durchgangsöffnung 11 jeweils einmal jede Einlassöffnung 9 und ermöglicht dadurch einen Zutritt von Arbeitsmedium in den zugehörigen Zylinder 5. Das Arbeitsmedium wird dabei in einem Sammelraum 12 unter Druck gesammelt, wobei dieser Sammelraum 12 beispielsweise mit einem Abgasstrang eines Verbrennungsmotors verbunden ist.
  • Erfindungsgemäß ist nun in zumindest einem Zylinder 5 eine Zylinderlaufbuchse 13 eingesetzt, die nicht nur eine Mantelfläche, sondern zudem auch eine Stirnwand 14 und die darin integrierte Einlassöffnung 9 aufweist. Hierdurch ist es insbesondere möglich, einen Zylinderkopf bzw. ein Gehäuse 15, in welchem die einzelnen Zylinder 5 angeordnet sind, mehrteilig und damit fertigungstechnisch deutlich einfacher aufzubauen. Betrachtet man dabei die Figuren 1 bis 3, so ist erkennbar, dass die Zylinderlaufbuchse 13 von unten in einen Zylinderhohlraum des Zylinders 5 einschiebbar ist, bis sie mit ihrer (Zylinderbuchsen-)Stirnwand 14 an einer Abdeckung 16 anstößt. Die Abdeckung 16 ragt dabei kragen artig und als Anschlag ausgebildet nach innen, so dass sich die Zylinderlaufbuchse 13 mit ihrer Stirnwand 14 daran abstützen kann.
  • In Figur 4 ist die erfindungsgemäße Axialkolbenmaschine 1 in einer Schnittdarstellung durch einen Zylinder 5 gezeigt, der keine derartige Zylinderlaufbuchse 13 besitzt. Somit ist klar, dass nicht in sämtlichen Zylindern 5 derartige Zylinderlaufbuchsen 13 eingesetzt sein müssen.
  • Zur Steuerscheibe 10 hin besitzt die Einlassöffnung 9 eine Beschichtung 17, insbesondere eine Polymerbeschichtung, eine DLC-Beschichtung, eine Kohlenstoffbeschichtung oder eine Polytetrafluorethylen-Beschichtung (PTFE), welche nicht nur besonders verschleißbeständig ist, sondern auch eine Reibung zwischen der Steuerscheibe 10 und der Einlassöffnung 9 bzw. deren Rand zumindest minimiert.
  • Bei der Axialkolbenmaschine 1 gemäß der Figur 4 in dem dort geschnitten gezeigten Zylinder 5 ist die Einlassöffnung 9 in die Abdeckung 16 integriert, so dass die Beschichtung 17 an der Abdeckung 16 um die Einlassöffnung 9 herum angeordnet ist. Hierbei bildet die Abdeckung 16 einen integralen Bestandteil des Gehäuses 15 bzw. des Zylinderkopfs.
  • Um einen unerwünschten Wärmeabfluss und damit eine unerwünschte Reduzierung des Wirkungsgrades der erfindungsgemäßen Axialkolbenmaschine 1 möglichst zu minimieren, sind zwischen der Zylinderlaufbuchse 13 und dem Gehäuse 15 wärmeisolierende Hohlräume 18 angeordnet, die wahlweise mit Luft oder mit einem wärmeisolierenden Material gefüllt sind. Da bereits Luft ein vergleichsweise guter Wärmeisolator ist, zudem keinerlei Gewicht besitzt, ist ein luftgefüllter Hohlraum 18 bevorzugt eingesetzt. Selbstverständlich sind entsprechende Rippen und Stege zur Begrenzung der Hohlräume 18 einerseits und zur Abstützung der Zylinderlaufbuchse 13 andererseits vorgesehen, so dass die Zylinderlaufbuchse 13 zuverlässig gehalten ist.
  • Betrachtet man das Gehäuse 15 der Axialkolbenmaschine 1 gemäß den Figuren 1 bis 3, so kann man feststellen, dass dieses aus mehreren Gehäuseteilen zusammengesetzt ist, wobei zwischen dem Gehäuseteil 19 und dem Gehäuseteil 20, hier also der Abdeckung 16, wiederum ein wärmeisolierender Hohlraum 18' vorgesehen ist, welcher einen unerwünschten Wärmeabfluss zumindest reduzieren soll. Generell kann das Gehäuse 15 auch aus mehr als zwei Gehäuseteilen 19, 20 zusammengesetzt sein, wobei insbesondere bei der gemäß der Figur 2 gezeigten Variante ein weiteres Gehäuseteil 21 zusammen mit dem Gehäuseteil 19 einen Auslasskanal 22 bildet. Zur Abdichtung des Auslasskanals 22 können dabei zwischen den beiden Gehäuseteilen 19 und 21 Dichtungen 23 angeordnet sein. Eine Verbindung zwischen dem Gehäuseteil 21 und dem Gehäuseteil 19 kann beispielsweise durch eine nichtgezeigte Schraubverbindung bewerkstelligt werden. Zwischen dem Gehäuse 19 und der Abdeckung 16, das heißt dem Gehäuseteil 20 kann darüber hinaus eine nichtgezeigte Flachdichtung eingesetzt werden. Die Abdeckung 16 bzw. dieses Gehäuseteil 20 ist den Figuren 1 und 2 Bestandteil eines mehrteiligen Deckels 24, der neben dem Gehäuseteil 20 ein weiteres Gehäuseteil 25 sowie ein Abtrennblech 26 umfasst. Der dazwischen liegende Hohlraum 18" ist dabei zu Isolationszwecken ebenfalls mit Luft oder einem wärmeisolierenden Material gefüllt. Selbstverständlich ist auch denkbar, dass der Deckel 24 lediglich aus dem Gehäuseteil 25 besteht, welches in entsprechend modifizierter Form direkt auf dem Gehäuse 15 montiert wird wie dies gemäß den Figuren 3 und 4 dargestellt ist.
  • Das Gehäuseteil 19 kann darüber hinaus als Gussteil ausgebildet werden, wie dies beispielsweise in den Figuren 1 sowie 3 und 4 gezeigt ist, wobei in diesem Fall der Auslasskanal 22 mittels eines Gießkerns, insbesondere mittels eines Salz- oder Sandkerns, hergestellt wird. Bei der Ausführungsform gemäß der Figur 2 entfällt dieser vergleichsweise aufwendige Gießkern zum Herstellen des Auslasskanals 22, da diese durch die beiden miteinander verbundenen Gehäuseteile 19 und 21 gebildet wird.
  • Betrachtet man die Figur 1, so kann man erkennen, dass eine das Gehäuse 15 im Bereich des Auslasskanals 22 überziehende Abdeckung 27 vorgesehen ist, die ebenfalls der Wärmeisolierung dient und die beispielsweise mit Abstand, das heißt mit einem Spalt, zum Gehäuseteil 19, d.h. zum Gehäuse 15, angeordnet ist. Zwischen der Abdeckung 27 und dem Gehäuse 15 kann entweder Luft oder ebenfalls ein wärmeisolierendes Material angeordnet werden. Verbunden wird die Abdeckung 27 beispielsweise mittels einer Schweißverbindung mit dem Gehäuseteil 19.
  • Um eine möglichst präzise Auslasssteuerung erreichen zu können, kann eine Auslassöffnung 28 mechanisch nachbearbeitet werden, insbesondere sofern das Gehäuse 15 bzw. das Gehäuseteil 19 als Gussteil ausgebildet ist. Die vergleichsweise enge Toleranz der Maße der Auslassöffnung 28 sind insbesondere deshalb wichtig, dass der Auslass nicht zu früh geöffnet und damit der Wirkungsgrad reduziert wird. Dies kann beispielsweise dadurch erfolgen, dass im Gussteil zunächst kleinere Auslassöffnungen 28 ausgefräst werden und beim Einsetzen der Zylinderlaufbuchse 13 durch ein präzises Nachbearbeiten, beispielsweise durch Stanzen oder Laserschneiden gefertigt wird. Auch ist denkbar, dass die Zylinderlaufbuchse 13 als flaches Blechteil gestanzt/geschnitten wird und dann zur zylindrischen Zylinderlaufbuchse 13 aufgerollt bzw. umgeformt und verschweißt wird. Das mechanische Nachbearbeiten der Auslassöffnung 28 kann auch bei der Axialkolbenmaschine 1 gemäß der Figur 4 erfolgen, bei welcher in diesem Zylinder 5 jedoch keine Zylinderlaufbuchse 13 vorgesehen ist.
  • Mit der erfindungsgemäßen Axialkolbenmaschine 1 ist ein deutlich einfacheres Herstellen derselben möglich, da der Zylinderkopf bzw. das Gehäuse 15 nach oben offen sind und dadurch ein vergleichsweise einfaches Einschieben der Zylinderlaufbuchse 13 ermöglichen. Zugleich ermöglichen sie auch ein vergleichsweise einfaches Nachbearbeiten des Gehäuses 15, insbesondere im Bereich der Auslassöffnung 28. Durch das Vorsehen von Hohlräumen 18 zwischen dem Gehäuse 15 und der eigentlichen Zylinderlaufbuchse 13 kann zudem eine wärmeisolierende Anordnung geschaffen werden, durch welche weniger Wärme abfließt und der Wirkungsgrad der Axialkolbenmaschine 1 gesteigert werden kann.

Claims (9)

  1. Axialkolbenmaschine (1),
    - mit einer Welle (3), die drehfest mit einer Schrägscheibe (4) verbunden ist,
    - mit ringförmig um und koaxial zur Welle (3) angeordneten Zylindern (5), in welchen Kolben (6) translatorisch verstellbar angeordnet sind, wobei jeder Kolben (6) über ein Kalottenlager (7) und einen Gleitstein (8) mit der Schrägscheibe (4) gekoppelt ist,
    - wobei jedem Zylinder (5) eine Einlassöffnung (9) zugeordnet ist,
    - mit einer Steuerscheibe (10) mit einer exzentrisch angeordneten Durchgangsöffnung (11), die bei jeder Umdrehung der Steuerscheibe (10) jede Einlassöffnung (9) einmal überstreicht und dabei Arbeitsmedium in den zugehörigen Zylinder (5) leitet, dadurch gekennzeichnet, dass
    - in zumindest einem Zylinder (5) eine Zylinderlaufbuchse (13) eingesetzt ist, die eine Stirnwand (14) und die Einlassöffnung (9) aufweist, und dass zwischen der Zylinderlaufbuchse (13) und einem Gehäuse (15) der Axialkolbenmaschine (1) wärmeisolierende Hohlräume (18, 18') angeordnet sind.
  2. Axialkolbenmaschine nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Einlassöffnung (9) zur Steuerscheibe (10) hin eine Beschichtung (17) aufweist, insbesondere eine Polymerbeschichtung, eine DLC-Beschichtung, eine Kohlenstoffbeschichtung oder eine Polytetrafluorethylen-Beschichtung (PTFE).
  3. Axialkolbenmaschine nach Anspruch 1 oder 2,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass zumindest ein Hohlraum (18,18') mit Luft oder einem wärmeisolierenden Material gefüllt ist.
  4. Axialkolbenmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass ein Gehäuse (15) der Axialkolbenmaschine aus zumindest zwei Gehäuseteilen (19, 20, 21) zusammengesetzt ist, wobei zwischen zumindest zwei Gehäuseteilen (19, 20) zumindest ein wärmeisolierender Hohlraum (18') angeordnet ist.
  5. Axialkolbenmaschine nach Anspruch 4,
    dadurch gekennzeichnet,
    - dass zumindest zwei Gehäuseteile (19, 21) zusammen einen Auslasskanal (22) bilden, oder
    - dass das Gehäuse (15) aus einem Gussmaterial hergestellt ist und einen Auslasskanal (22) aufweist.
  6. Axialkolbenmaschine nach Anspruch 5,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass eine das Gehäuse (15) im Bereich des Auslasskanals (22) überziehende Abdeckung (27) vorgesehen ist.
  7. Axialkolbenmaschine nach Anspruch 6,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Abdeckung (27) mit Abstand zum Gehäuse (15) angeordnet ist.
  8. Axialkolbenmaschine nach Anspruch 6 oder 7,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass zwischen der Abdeckung (27) und dem Gehäuse (15) ein Isolator angeordnet ist.
  9. Wärmerückgewinnungssystem (2) in einem Kraftfahrzeug mit einer Axialkolbenmaschine (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 8.
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