WO2016142229A1 - Axialkolbenmaschine - Google Patents

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WO2016142229A1
WO2016142229A1 PCT/EP2016/054377 EP2016054377W WO2016142229A1 WO 2016142229 A1 WO2016142229 A1 WO 2016142229A1 EP 2016054377 W EP2016054377 W EP 2016054377W WO 2016142229 A1 WO2016142229 A1 WO 2016142229A1
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axial piston
piston machine
machine according
polymer
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PCT/EP2016/054377
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Michael Bucher
Christoph Fiala
Mirko GÜNTHER
Michael HÖTGER
Hannes MARLOK
Falk Schneider
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Mahle International GmbH
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Mahle International GmbH
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    • F16K27/041—Construction of housing; Use of materials therefor of sliding valves cylindrical slide valves

Definitions

  • the present invention relates to an axial piston machine with a rotatably mounted in a housing rotor with a shaft according to the preamble of claim 1.
  • the invention also relates to a heat recovery system in a motor vehicle having such an axial piston machine.
  • a generic axial piston machine with a rotor rotatably mounted in a housing with a shaft wherein annularly arranged around and parallel to the rotor cylinder are provided in which piston by means of a working medium, such as steam, translational are arranged adjustable.
  • Each cylinder has an inlet opening in a cylinder head and an outlet opening in the housing.
  • a so-called Mauauslasswindschieber is provided which allows the booting of the piston from the bottom dead center to top dead center bleeding the cylinder and thereby compressing the still in the cylinder working fluid due to the closed at this time Inlet opening, associated with the associated counter work prevented.
  • the Mauauslasswindschieber has a circumferentially arranged outlet opening
  • the Mauauslasswindschieber course in the axial piston machine is oriented such that the discharge opening of Volunteerauslassmosschiebers always coincides with a corresponding discharge opening of an associated cylinder when this cylinder is to be vented.
  • such a Mauauslass rotary valve is made of solid steel, making it not only relatively heavy, but also expensive.
  • the Fineauslasswindschieber due to tolerance problems often grinds on the housing or even stuck, which can lead to damage of the axial piston machine in the worst case.
  • the present invention therefore deals with the problem for an axial piston machine of the generic type to provide an improved or at least one alternative embodiment, which is easier and more cost-effective to manufacture in particular in terms of their weight.
  • the present invention is based on the general idea of a known per se from generic Axialkolbenmaschinen Mauauslass- rotary valve no longer run as comparatively heavy and expensive steel part, but this at least partially made of carbon or of a polymer and thereby not only much easier and less expensive, but even with a compared to a Mauauslasswindschieber steel significantly reduced sliding resistance, which contributes to increasing the efficiency of the axial piston according to the invention.
  • the axial piston machine according to the invention in this case has a rotatably mounted in a housing rotor with a shaft, which are arranged annularly around and at an angle to the rotor or to the shaft cylinder, in which pistons are arranged translationally adjustable.
  • the cylinders are arranged in a range of +/- 30 ° to the rotor, in particular 0 °, that is parallel to the rotor.
  • These pistons are driven by a working medium, for example by steam heated by exhaust gas.
  • Each of these cylinders is assigned an inlet opening in a cylinder head and at least one associated outlet opening in the housing, wherein the working medium flows via the inlet opening into the cylinder and via the outlet opening. Opening can flow out of this.
  • the associated with the shaft Mauauslasswindschieber is also provided with a Mauauslasso réelle, the Mauauslasso réelle, also called drain opening short, woowinkelabhangig connected to one of the cylinder to its vent or connected.
  • this auxiliary outlet rotary valve now has a material which reduces the sliding friction resistance and which is formed at least partially from carbon or from a polymer.
  • the secondary outlet rotary slide valve can thus either be made entirely of a carbon-containing or polymer-containing material or else have a carbon-containing or polymer-containing coating.
  • the Mauauslasswindschieber invention is both temperature-resistant and fine wear by the choice of materials and can thereby "grinding in” in a steady state operating condition.
  • the invention Mauauslasswindschieber can also be made significantly lighter, which is particularly important when using the axial piston machine according to the invention in a motor vehicle is of particular importance.
  • a metallic material with a comparatively high carbon content which is also temperature-resistant and has self-lubricating properties, is conceivable.
  • Such a Crowauslasswindschieber could for example by Urformen, ie pressing into a green compact and annealing, are produced inexpensively and with high dimensional accuracy and is still significantly lighter than a comparable side outlet rotary valve made of steel.
  • the auxiliary outlet rotary valve has a cup-shaped body deep-drawn from sheet metal, which has a carbon-containing or a polymer-containing coating.
  • a cup-shaped body deep-drawn from sheet metal which has a carbon-containing or a polymer-containing coating.
  • the base body has a deformed collar, via which it is non-rotatably connected to the shaft, for example, welded, soldered, pressed or glued.
  • a compression or a soldering is on the one hand cost-effective and easy to manufacture and on the other hand easy way to rotatably connect the body with the shaft.
  • a lid can also be provided which closes the pot-shaped basic body at the end facing away from the collar, wherein the lid itself likewise has a passage opening and in the region of this connected to the shaft, for example welded, soldered, pressed or glued.
  • the cover has a corresponding collar, via which the connection of the shaft takes place.
  • At least one housing wall in contact with the secondary outlet rotary valve is provided with a polymer-containing coating which reduces the sliding friction resistance.
  • the stability of the polyimide / amide matrix can be improved by adding silanes, without the fillers hitherto required for this purpose.
  • the polyimide / amide resin matrix also provides high chemical resistance and high mechanical and thermal resistance.
  • PTFE polytetrafluoroethylene
  • FEP fluorinated ethylene propylene
  • the wear resistance can be significantly increased.
  • the polymer-containing coating has color pigments, in particular 5-20% by volume of copper phthalocyanine, to which the polymer coating dyes blue. In this way, possible wear and tear can be detected quickly and reliably.
  • the polymer-containing coating is expediently sprayed on.
  • the application of the coating by means of injection molding not only represents a manufacturing technology simple and highly efficient, but also cost-effective way.
  • a weight is arranged in the Mauauslasswindschieber, which counteracts by its centrifugal force during operation of the axial piston a compressive force in a cylinder located in the working cycle.
  • a weight can be enclosed, for example, in the carbonaceous or polymer-containing material or fastened to the base body, wherein the weight acting through a force acting between the cylinder wall and Mauauslasswindschieber and a deformation of the shaft or the Ne benauslasswindschiebers causing compressive force, at least partially is compensated.
  • a weight may either be attached to the secondary outlet rotary valve or at least partially embedded in its material.
  • the weight, which is arranged in the Mauauslasswindschieber may be formed as an additional component or as a material accumulation of Mauauslasswindschiebers.
  • the Mauauslasswindschieber can be fixed by means of a feather key on the shaft so that a rotational drive of the Mauauslassmosschiebers is ensured by the shaft.
  • FIG. 2 shows a detail view from FIG. 1 in the region of a secondary outlet rotary valve with a polymer- or carbon-containing coating
  • Fig. 3 is a view as in Figure 2, but with a Mauauslass- rotary valve made of a material which is at least partially made of carbon or of a polymer.
  • an axial piston machine 1 according to the invention has a rotor 3 which is rotatably mounted in a housing 2 and has a shaft 4.
  • cylinders 5 are arranged in a ring shape around and parallel to the rotor 3, in which pistons 6 are translationally adjustable by means of an expanding working medium 7.
  • Each cylinder 5 is assigned an inlet opening 9 in the cylinder head 8 and outlet openings 10 in the housing 2, wherein the working medium 7 can flow into the cylinder 5 via the inlet opening 9 and can escape from the latter via the outlet opening 10.
  • a Volunteerauslasswindschieber 1 1 with a Mauauslassö réelle 12 discharge opening
  • the angle of rotation is connected via a vent 13 with one of the cylinder 5 to its vent or connectable (see also Figures 2 to 4).
  • this auxiliary outlet rotary valve 1 1 has a material which reduces the sliding friction resistance and which is formed at least partially from carbon or from a polymer. Since the Superauslasswindschieber 1 1 quasi force-free rotates and no large forces must be transmitted, thus the complete Mauauslasswindschieber 1 1 can be made of a material with a high carbon content.
  • Such a material is not only temperature-resistant and has self-lubricating properties, but it is also fine wear and thus can "grind” in a steady state operating condition.
  • a Fineauslasswindschieber 1 for example, by Urformen, so pressed to a green compact and subsequent annealing cost and with high dimensional stability can be prepared, and is also much lighter than a known from the prior art Mauauslasswindschieber made of steel.
  • Such a Mauauslasswindschieber 1 1 is shown for example in the detailed illustration of Figures 3 and 4.
  • the Mauauslass rotary valve 1 1 can be secured with a key 25 in the circumferential direction on the shaft 4.
  • the auxiliary outlet rotary valve 1 1 has a cup-shaped basic body 14, which is deep-drawn from sheet metal (see FIG. 2) and has a carbon-containing coating 15 or a polymer-containing coating 16. These two coatings 15, 16 also allow a Einschieifen and also reduce the sliding resistance, which is advantageous for the efficiency of the axial piston machine 1 according to the invention.
  • the main body 14 has according to Figures 2 and 3, a deformed collar 17, via which the base body 14 is welded to the shaft 4, soldered, pressed or glued.
  • a collar 17 can of course also be provided in a secondary outlet rotary valve 11, which is completely formed from a carbon-containing or a polymer-containing material, as shown in FIG.
  • the cup-shaped base body 13 or a cup-shaped side outlet rotary valve 1 1 configured in this way can be closed with a lid 18 (see Figures 2 and 3), this lid 18 also having connected to the shaft 4, for example, welded, soldered, pressed or glued.
  • a lid 18 In the lid 18 itself openings 19 are provided, via which the discharged from the respective cylinder 5 via the vent passage 13 and the Mauauslass- opening 12 working medium 7 can be derived.
  • an undercut 20 is additionally provided on a bearing 18 adjacent to the cover 18. The flow cross section through the bearing 21 itself might be too low.
  • Slider 1 1 standing in contact housing wall 22 may be provided with a sliding friction reducing polymer-containing coating 16.
  • Such a polymer-containing coating 16 may comprise, for example, a matrix of a polymer made of polymeric polyimide / amide material which, distributed over the entire matrix, has the following composition: 10 to 25% by volume aluminum powder, preferably 12.5% by volume aluminum powder, 2 to 8% by volume of fluoropolymer, preferably to 6 to 8% by volume of fluoropolymer, 2 to 10% by volume of silane, preferably 3 to 8% by volume of silane, more preferably 3 to 6% by volume of silane and to residual parts, the polyimide / amide resin without incidental impurities.
  • the stability of the polyimide / amide matrix can be improved by adding silanes, without the fillers hitherto required for this purpose.
  • the polyimide / amide resin matrix also provides high chemical resistance and high mechanical and thermal resistance.
  • PTFE polytetrafluoroethylene
  • fluoropolymers such as fluorinated ethylene propylene (FEP) can be used.
  • FEP fluorinated ethylene propylene
  • the aluminum powder particles in the form of thin flakes having a size of about 1 to 40 ⁇ , preferably 1 to 5 ⁇ on.
  • the wear resistance can be significantly increased.
  • the polymer-containing coating has color pigments, in particular 5-20% by volume. Copper phthalocyanine to which the polymer coating turns blue. In this way, possible wear and tear can be detected quickly and reliably.
  • a carbon-containing coating 15 may be applied to the main body 14 or generally to the secondary outlet rotary valve 11, or else the secondary outlet rotary valve 11 may be formed entirely from such a material 15 or 16.
  • a weight 22 may be arranged, which is arranged on one side and acts by its centrifugal force during rotation on the shaft 4 and the Mauauslassmosschieber 1 1, that acting through between wall 23 and Mauauslassmosschieber 1 1 compressive force, which to cause a deformation of the Mauauslasswindschiebers 1 1 and the shaft 4, at least partially compensate can (see Figure 2).
  • the weight 22 may be formed as additional weight and attached to the Mauauslasswindschieber 1 1 or be embedded in the material at least partially.
  • a material accumulation of the material of the Mauauslassmos- slide 1 1 is provided, which then causes the desired centrifugal forces.
  • the axial piston machine 1 can be part of a heat recovery system 24 in an unspecified motor vehicle, so that, for example, a heating of the working medium 7 takes place for example by means of hot exhaust gas of an internal combustion engine. This makes it possible to convert thermal energy into mechanical energy and thereby recover energy.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Axialkolbenmaschine (1), -mit einem in einem Gehäuse (2) drehbar gelagerten Rotor (3) mit einer Welle (4), -mit ringförmig um den Rotor (3) angeordneten Zylindern (5), in welchen Kolben (6) translatorisch verstellbar angeordnet sind, -wobei jedem Zylinder (5) in einem Zylinderkopf (8) eine Einlassöffnung (9) und im Gehäuse (2) eine Auslassöffnung(10) zugeordnet ist, -mit einem drehfest mit der Welle (4) verbundenen Nebenauslassdrehschieber (11) mit einer Nebenauslassöffnung (12), die drehwinkelabhängig mit einem Entlüftungskanal (13) einem der Zylinder (5) zu dessen Entlüftung verbunden ist. Erfindungswesentlich ist dabei, dass der Nebenauslassdrehschieber (11) zumindest teilweise aus einem, den Gleitreibungswiderstand reduzierenden Werkstoff ausgebildet ist, der zumindest Kohlenstoff oder Polymer aufweist.

Description

Axialkolbenmaschine
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Axialkolbenmaschine mit einem in einem Gehäuse drehbar gelagerten Rotor mit einer Welle gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 . Die Erfindung betrifft außerdem ein Wärmerückgewinnungssystem in einem Kraftfahrzeug mit einer solchen Axialkolbenmaschine.
Aus der DE 10 201 1 1 18 622 A1 ist eine gattungsgemäße Axialkolbenmaschine mit einem in einem Gehäuse drehbar gelagerten Rotor mit einer Welle bekannt, wobei ringförmig um und parallel zum Rotor angeordnete Zylinder vorgesehen sind, in welchen Kolben mittels eines Arbeitsmediums, beispielsweise Dampf, translatorisch verstellbar angeordnet sind. Jedem Zylinder ist dabei in einem Zylinderkopf eine Einlassöffnung und im Gehäuse eine Auslassöffnung zugeordnet. Um den Wirkungsgrad der Axialkolbenmaschine steigern zu können, ist ein sogenannter Nebenauslassdrehschieber vorgesehen, der beim Hochfahren des Kolbens aus der unteren Totpunktlage hin zum oberen Totpunkt ein Entlüften des Zylinders ermöglicht und dadurch ein Verdichten des sich im Zylinder noch befindlichen Arbeitsmediums aufgrund der zu diesem Zeitpunkt geschlossenen Einlassöffnung, verbunden mit der damit einhergehenden Gegenarbeit, verhindert. Hierzu weist der Nebenauslassdrehschieber eine am Umfang angeordnete Ablassöffnung auf, wobei der Nebenauslassdrehschieber selbstverständlich in der Axialkolbenmaschine derart ausgerichtet ist, dass die Ablassöffnung des Nebenaus- lassdrehschiebers immer mit einer korrespondieren Ablassöffnung eines zugehörigen Zylinders zur Deckung kommt, wenn dieser Zylinder entlüftet werden soll.
Üblicherweise ist ein solcher Nebenauslassdrehschieber massiv aus Stahl ausgeführt, wodurch dieser nicht nur vergleichsweise schwer, sondern zudem auch teuer ist. Zudem ergibt sich oft die Problematik, dass der Nebenauslassdrehschieber durch Toleranzprobleme öfters am Gehäuse schleift oder sogar festsitzt, was im ungünstigsten Fall zu einer Beschädigung der Axialkolbenmaschine führen kann.
Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich daher mit dem Problem für eine Axialkolbenmaschine der gattungsgemäßen Art eine verbesserte oder zumindest eine alternative Ausführungsform anzugeben, welche insbesondere hinsichtlich ihres Gewichts leichter und zudem kostengünstiger zu fertigen ist.
Dieses Problem wird erfindungsgemäß durch den Gegenstand des unabhängigen Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Die vorliegende Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken einen an sich bereits aus gattungsgemäßen Axialkolbenmaschinen bekannten Nebenauslass- drehschieber nicht mehr als vergleichsweise schweres und teures Stahlteil auszuführen, sondern diesen zumindest teilweise aus Kohlenstoff oder aus einem Polymer auszubilden und dadurch nicht nur deutlich leichter und kostengünstiger, sondern auch mit einem im Vergleich zu einem Nebenauslassdrehschieber aus Stahl erheblich reduzierten Gleitwiderstand, was zur Steigerung des Wirkungsgrades der erfindungsgemäßen Axialkolbenmaschine beiträgt. Die erfindungsgemäße Axialkolbenmaschine weist dabei einen in einem Gehäuse drehbar gelagerten Rotor mit einer Welle auf, wobei ringförmig um und winkelig zum Rotor bzw. zur Welle Zylinder angeordnet sind, in welchen Kolben translatorisch verstellbar angeordnet sind. Dabei sind die Zylinder in einem Bereich von +/- 30° zum Rotor, insbesondere 0°, also parallel zum Rotor angeordnet. Diese Kolben werden mit einem Arbeitsmedium, beispielsweise mittels von Abgas erhitzten Dampfs angetrieben. Jedem dieser Zylinder ist dabei in einem Zylinderkopf eine Einlassöffnung und im Gehäuse mindestens eine zugehörige Auslassöffnung zugeordnet, wobei das Arbeitsmedium über die Einlassöffnung in den Zylinder und über die Auslass- Öffnung aus diesem herausströmen kann. Um den Wirkungsgrad der Axialkolbenmaschine zu erhöhen, ist zudem der mit der Welle verbundene Nebenauslassdrehschieber mit einer Nebenauslassoffnung vorgesehen, wobei die Nebenauslassoffnung, kurz auch Ablassöffnung genannt, drehwinkelabhangig mit einem der Zylinder zu dessen Entlüftung verbindbar bzw. verbunden ist. Soll somit das expandierte Arbeitsmedium, beispielsweise der expandierte Dampf wieder aus dem Zylinder ausgeschoben werden, so sorgt der Nebenauslassdrehschieber mit seiner Nebenauslassoffnung für ein vergleichsweise widerstandsarmes Ausschieben des Arbeitsmediums, ohne dass hierfür viel Arbeit aufgewendet werden müsste. Erfindungsgemäß weist nun dieser Nebenauslassdrehschieber einen, den Gleitreibungswiderstand reduzierenden Werkstoff auf, der zumindest teilweise aus Kohlenstoff oder aus einem Polymer ausgebildet ist. Der Nebenauslassdrehschieber kann somit entweder gänzlich aus einem Kohlenstoff oder polymer- haltigen Werkstoff ausgebildet sein, oder aber eine kohlenstoffhaltige bzw. poly- merhaltige Beschichtung aufweisen. Der erfindungsgemäße Nebenauslassdrehschieber ist durch die Werkstoffauswahl sowohl temperaturbeständig als auch feinverschleißfähig und kann sich dadurch in einem gleichbleibenden Betriebszustand "einschleifen". Mit dem Ersatz des bisherigen Stahlbauteils durch einen Nebenauslassdrehschieber, der zumindest teilweise aus einem kohlenstoffhaltigen oder einem polymerhaltigen Werkstoff ausgebildet ist, kann der erfindungsgemäße Nebenauslassdrehschieber auch deutlich leichter ausgebildet werden, was insbesondere bei einem Einsatz der erfindungsgemäßen Axialkolbenmaschine in einem Kraftfahrzeug von besonderer Bedeutung ist. Denkbar ist hierbei insbesondere auch der Einsatz eines metallischen Werkstoffs mit einem vergleichsweise hohen Kohlenstoffgehalt, der ebenfalls temperaturbeständig ist und selbstschmierende Eigenschaften aufweist. Ein derartiger Nebenauslassdrehschieber könnte beispielsweise durch Urformen, also Verpressen zu einem Grünling und Glühen, kostengünstig und mit hoher Maßhaltigkeit hergestellt werden und ist trotzdem deutlich leichter als ein vergleichbarer Nebenauslassdrehschieber aus Stahl.
Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Lösung weist der Nebenauslassdrehschieber einen aus Blech tiefgezogenen topfförmigen Grundkörper auf, der eine kohlenstoffhaltige oder eine polymerhaltige Beschichtung aufweist. In diesem Fall ist somit nicht der gesamte Nebenauslassdrehschieber aus dem, den Gleitwiderstand reduzierenden kohlenstoffhaltigen bzw. polymerhal- tigen Werkstoff ausgebildet, sondern weist lediglich eine solche Beschichtung auf, die jedoch ebenfalls die im vorherigen Absatz beschriebenen Eigenschaften besitzt und dadurch sowohl ein "Einschieifen" ermöglicht, als auch ein deutlich reduziertes Gewicht.
Zweckmäßig weist der Grundkörper einen umgeformten Kragen auf, über welchen er drehfest mit der Welle verbunden, beispielsweise verschweißt, verlötet, ver- presst oder verklebt ist. Besonders eine Verpressung oder eine Verlötung stellt dabei eine einerseits kostengünstige und leicht zu fertigende und andererseits einfache Möglichkeit dar, den Grundkörper drehfest mit der Welle zu verbinden. Um diesen Grundkörper zusätzlich in Bezug auf die Welle fixieren zu können, kann auch ein Deckel vorgesehen werden, der den topfförmigen Grundkörper an den dem Kragen abgewandten Ende verschließt, wobei der Deckel selbst ebenfalls eine Durchgangsöffnung aufweist und im Bereich dieser mit der Welle verbunden, beispielsweise verschweißt, verlötet, verpresst oder verklebt ist. Selbstverständlich ist auch hierbei denkbar, dass der Deckel einen entsprechenden Kragen aufweist, über welchen die Verbindung der Welle erfolgt.
Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Lösung ist zumindest eine mit dem Nebenauslassdrehschieber in Kontakt stehende Gehäusewand mit einer den Gleitreibungswiderstand reduzierenden, polymerhaltigen Beschich- tung versehen. Hierdurch kann insbesondere ein Festsetzen des Nebenauslass- drehschiebers zuverlässig verhindert werden, wobei zugleich aufgrund des reduzierten Gleitreibungswiderstandes eine erhöhte Leichtgängigkeit der Axialkol- benmaschine erreicht werden kann.
Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Lösung weist die polymerhaltige Beschichtung bzw. der polymerhaltige Werkstoff, aus dem der Ne- benauslassdrehschieber zumindest teilweise besteht, eine Matrix aus einem Kunststoff aus polymerischem Polyimid-/-amidmaterial auf, das über die gesamte Matrix verteilt folgende Zusammensetzung aufweist: 10 - 25 Vol.-% Aluminiumpulver, bevorzugt 12,5 Vol.-% Aluminiumpulver, 2 bis 8 Vol.-% Fluorpolymer, bevorzugt bis 6 - 8 Vol.-% Fluorpolymer, 2 bis 10 Vol.-% Silan, bevorzugt 3 bis 8 Vol.-% Silan, besonders bevorzugt bis 3 - 6 Vol.-% Silan und zu übrigen Teilen das Polyimid/-amidharz ohne zufällige Verunreinigungen. Durch den Zusatz von Silanen kann insbesondere die Stabilität der Polyimid-/amidmatrix verbessert werden, ohne die hierfür bislang erforderlichen Füllstoffe. Durch die Polyimid-/- amidharzmatrix kann auch eine hohe chemische Beständigkeit, sowie eine hohe mechanische und thermische Belastbarkeit erreicht werden. Der Zusatz von ca. 2 bis 8 Vol.-% Fluorpolymer, bevorzugt bis 6 - 8 Vol.-% Fluorpolymer, bewirkt die gewünschte Verringerung des Reibungskoeffizienten, wobei als Fluorpolymer beispielsweise Polytetrafluorethylen (PTFE) verwendet werden kann. Selbstverständlich können auch weitere Fluorpolymere, wie beispielsweise fluoriertes Ethy- lenpropylen (FEP) eingesetzt werden. Mittels dieser Fluorpolymere lassen sich insbesondere die Gleiteigenschaften deutlich verbessern.
Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Lösung weist das Aluminiumpulver Teilchen in Form von dünnen Schuppen mit einer Größe von ca. 1 bis 40 μιτι, vorzugsweise 1 bis 5 μιτι, auf. Durch eine derartige Größenverteilung der Aluminiumteilchen kann die Verschleißbeständigkeit deutlich erhöht werden. Bei einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Lösung weist die polymerhaltige Beschichtung Farbpigmente, insbesondere 5-20 Vol. -% Kupferphthalocyanin, auf die, die Polymerbeschichtung blau einfärbt. So lässt sich eventueller Abrieb bei Verschleiß schnell und sicher feststellen.
Zweckmäßig ist die polymerhaltige Beschichtung aufgespritzt. Das Aufbringen der Beschichtung mittels Spritzverfahren stellt nicht nur eine fertigungstechnisch einfache und hocheffiziente, sondern zudem auch kostengünstige Möglichkeit dar.
Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Lösung ist in dem Nebenauslassdrehschieber ein Gewicht angeordnet, welches durch seine Fliehkraft beim Betrieb der Axialkolbenmaschine einer Druckkraft in einem sich im Arbeitstakt befindlichen Zylinder entgegenwirkt. Ein derartiges Gewicht kann beispielsweise in den kohlenstoffhaltigen oder polymerhaltigen Werkstoff eingeschlossen oder am Grundkörper befestigt werden, wobei durch die im Betrieb auftretende Fliehkraft das Gewicht eine durch zwischen Zylinderwandung und Nebenauslassdrehschieber wirkende und eine Verformung der Welle bzw. des Ne- benauslassdrehschiebers bewirkende Druckkraft, zumindest teilweise kompensiert wird. Wie gesagt, kann ein derartiges Gewicht entweder am Nebenauslassdrehschieber befestigt oder zumindest teilweise in dessen Material eingebettet sein. Das Gewicht, das in dem Nebenauslassdrehschieber angeordnet ist, kann als zusätzliches Bauteil oder auch als Materialanhäufung des Nebenauslassdreh- schiebers ausgebildet sein.
Der Nebenauslassdrehschieber kann mittels einer Passfeder auf der Welle fixiert werden so das eine Drehmitnahme des Nebenauslassdrehschiebers durch die Welle sichergestellt ist. 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.
Dabei zeigen, jeweils schematisch, eine Schnittdarstellung durch eine erfindungsgemäße Axialkolbenmaschine
Fig. 2 eine Detaildarstellung aus Figur 1 im Bereich eines Nebenauslass- drehschiebers mit einer polymer- oder kohlenstoffhaltigen Beschich- tung,
Fig. 3 eine Darstellung wie in Figur 2, jedoch mit einem Nebenauslass- drehschieber aus einem Werkstoff, der zumindest teilweise aus Kohlenstoff oder aus einem Polymer ausgebildet ist.
Fig. 4 eine Ansicht auf einen erfindungsgemäßen Nebenauslassdreh- schieber. Entsprechend der Figur 1 , weist eine erfindungsgemäße Axialkolbenmaschine 1 einen in einem Gehäuse 2 drehbar gelagerten Rotor 3 mit einer Welle 4 auf. Ringförmig um und parallel zum Rotor 3 sind dabei Zylinder 5 angeordnet, in welchen Kolben 6 translatorisch, mittels eines expandierenden Arbeitsmediums 7, verstellbar sind. Jedem Zylinder 5 ist dabei in einem Zylinderkopf 8 eine Einlassöffnung 9 und im Gehäuse 2 Auslassöffnungen 10 zugeordnet, wobei über die Einlassöffnung 9 das Arbeitsmedium 7 in den Zylinder 5 einströmen und über die Auslassöffnung 10 wieder aus diesem entweichen kann. Drehfest mit der Welle 4 verbunden ist ein Nebenauslassdrehschieber 1 1 mit einer Nebenauslassöffnung 12 (Ablassöffnung), die drehwinkelabhängig über einen Entlüftungskanal 13 mit einem der Zylinder 5 zu dessen Entlüftung verbunden ist bzw. verbindbar ist (vgl. auch die Figuren 2 bis 4). Erfindungsgemäß weist nun dieser Nebenauslassdrehschieber 1 1 einen, den Gleitreibungswiderstand reduzierenden Werkstoff auf, der zumindest teilweise aus Kohlenstoff oder aus einem Polymer ausgebildet ist. Da der Nebenauslassdrehschieber 1 1 quasi kraftfrei mit dreht und keine großen Kräfte übertragen muss, kann somit der komplette Nebenauslassdrehschieber 1 1 aus einem Werkstoff mit einem hohen Kohlenstoffgehalt gefertigt werden. Solch ein Werkstoff ist nicht nur temperaturbeständig und hat selbstschmierende Eigenschaften, sondern er ist darüber hinaus auch feinverschleißfähig und kann sich dadurch in einen gleichbleibenden Betriebszustand "einschleifen". Solch ein Nebenauslassdrehschieber 1 1 kann beispielsweise durch Urformen, also Verpres- sen zu einem Grünling und anschließendem Glühen kostengünstig und mit hoher Maßhaltigkeit hergestellt werden, und ist zudem deutlich leichter als ein aus dem Stand der Technik bekannter Nebenauslassdrehschieber aus Stahl. Ein solcher Nebenauslassdrehschieber 1 1 ist beispielsweise in der Detaildarstellung der Figuren 3 und 4 gezeigt. Der Nebenauslassdrehschieber 1 1 kann mit einer Passfeder 25 in Umfangsrichtung auf der Welle 4 gesichert sein. Alternativ hierzu kann auch vorgesehen sein, dass der Nebenauslassdrehschieber 1 1 einen aus Blech tiefgezogenen, topfförmigen Grundkörper 14 aufweist (vgl. Figur 2), der eine kohlenstoffhaltige Beschichtung 15 oder eine polymerhaltige Beschichtung 16 besitzt. Diese beiden Beschichtungen 15, 16 ermöglichen ebenfalls ein sich Einschieifen und reduzieren zudem den Gleitwiderstand, was vorteilhaft für den Wirkungsgrad der erfindungsgemäßen Axialkolbenmaschine 1 ist.
Der Grundkörper 14 weist gemäß den Figuren 2 und 3 einen umgeformten Kragen 17 auf, über welchen der Grundkörper 14 mit der Welle 4 verschweißt, verlötet, verpresst oder verklebt ist. Ein solcher Kragen 17 kann selbstverständlich auch bei einem Nebenauslassdrehschieber 1 1 vorgesehen werden, der komplett aus einem kohlenstoffhaltigen oder einem polymerhaltigen Werkstoff ausgebildet ist, wie dies gemäß der Figur 3 dargestellt ist.
Um den Nebenauslassdrehschieber 1 1 besser und stabiler lagern zu können, kann der topfförmige Grundkörper 13 bzw. ein in dieser Weise ausgestalteter topfförmiger Nebenauslassdrehschieber 1 1 mit einem Deckel 18 (vgl. die Figuren 2 und 3) verschlossen sein, wobei dieser Deckel 18 ebenfalls mit der Welle 4 verbunden, beispielsweise verschweißt, verlötet, verpresst oder verklebt sein kann. In dem Deckel 18 selbst sind Öffnungen 19 vorgesehen, über welche das aus dem jeweiligen Zylinder 5 über den Entlüftungskanal 13 und die Nebenauslass- öffnung 12 ausgestoßene Arbeitsmedium 7 abgeleitet werden kann. Hierzu ist beispielsweise zusätzlich ein Hinterschnitt 20 an einem dem Deckel 18 benachbarten Lager 21 vorgesehen. Der Strömungsquerschnitt durch das Lager 21 selbst wäre unter Umständen zu gering.
Um einen Gleitreibungswiderstand im Betrieb der Axialkolbenmaschine 1 weiter reduzieren zu können, kann auch zumindest eine mit einem Nebenauslassdreh- Schieber 1 1 in Kontakt stehende Gehäusewand 22 mit einer den Gleitreibungswiderstand reduzierenden polymerhaltigen Beschichtung 16 versehen sein.
Eine derartige polymerhaltige Beschichtung 16 kann beispielsweise eine Matrix aus einem Kunststoff aus polymerischem Polyimid-/-amidmaterial aufweisen, das über die gesamte Matrix verteilt folgende Zusammensetzung aufweist: 10 - 25 Vol.-% Aluminiumpulver, bevorzugt 12,5 Vol.-% Aluminiumpulver, 2 bis 8 Vol.-% Fluorpolymer, bevorzugt bis 6 - 8 Vol.-% Fluorpolymer, 2 bis 10Vol.-% Silan, bevorzugt 3 bis 8 Vol.-% Silan, besonders bevorzugt bis 3 - 6 Vol.-% Silan und zu übrigen Teilen das Polyimid/-amidharz ohne zufällige Verunreinigungen. Durch den Zusatz von Silanen kann insbesondere die Stabilität der Polyimid-/amidmatrix verbessert werden, ohne die hierfür bislang erforderlichen Füllstoffe. Durch die Polyimid-/-amidharzmatrix kann auch eine hohe chemische Beständigkeit, sowie eine hohe mechanische und thermische Belastbarkeit erreicht werden. Der Zusatz von ca. 2 bis 8 Vol.-% Fluorpolymer, bevorzugt bis 6 - 8 Vol.-% Fluorpolymer, bewirkt die gewünschte Verringerung des Reibungskoeffizienten, wobei als Fluorpolymer beispielsweise Polytetrafluorethylen (PTFE) verwendet werden kann.
Selbstverständlich können auch weitere Fluorpolymere, wie beispielsweise fluoriertes Ethylenpropylen (FEP) eingesetzt werden. Mittels dieser Fluorpolymere lassen sich insbesondere die Gleiteigenschaften deutlich verbessern.
Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Lösung weist das Aluminiumpulver Teilchen in Form von dünnen Schuppen mit einer Größe von ca. 1 bis 40 μιτι, vorzugsweise 1 bis 5 μιτι, auf. Durch eine derartige Größenverteilung der Aluminiumteilchen kann die Verschleißbeständigkeit deutlich erhöht werden.
Bei einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Lösung weist die polymerhaltige Beschichtung Farbpigmente, insbesondere 5-20 Vol. -% Kupferphthalocyanin, auf die, die Polymerbeschichtung blau einfärbt. So lässt sich eventueller Abrieb bei Verschleiß schnell und sicher feststellen.
An Stelle der polymerhaltigen Beschichtung 16 kann selbstverständlich auf den Grundkörper 14 oder generell auf den Nebenauslassdrehschieber 1 1 eine kohlenstoffhaltige Beschichtung 15 aufgebracht sein oder aber der Nebenauslassdrehschieber 1 1 ist gänzlich aus einem solchen Werkstoff 15 oder 16 ausgebildet.
Betrachtet man nochmals die Figur 4, so kann man an dieser eine Ansicht des Nebenauslassdrehschiebers 1 1 mit der Nebenauslassöffnung 12 erkennen, über welche eine Entlüftung eines jeweiligen Zylinders 5 gesteuert wird.
Mit dem erfindungsgemäß ausgestalteten Nebenauslassdrehschieber 1 1 kann nicht nur ein im Vergleich zu einem aus dem Stand der Technik bekannten und aus Stahl ausgebildeten Nebenauslassdrehschieber deutlich leichteres Bauteil geschaffen werden, sondern es können auch größere Fertigungstoleranzen kompensiert werden, erfindungsgemäße Nebenauslassdrehschieber 1 1 aufgrund seiner Feinverschleißfähigkeit in der Lage ist, sich in einen gleichbleibenden Betriebszustand "einzuschleifen".
Darüber hinaus kann in dem Nebenauslassdrehschieber 1 1 ein Gewicht 22 angeordnet sein, welches einseitig angeordnet ist und durch seine Fliehkraft bei Rotation derart auf die Welle 4 und den Nebenauslassdrehschieber 1 1 wirkt, dass eine durch zwischen Wandung 23 und Nebenauslassdrehschieber 1 1 wirkende Druckkraft, welche eine Verformung des Nebenauslassdrehschiebers 1 1 bzw. der Welle 4 bewirken möchte, zumindest teilweise kompensieren kann (vgl. Figur 2). Das Gewicht 22 kann dabei als Zusatzgewicht ausgebildet sein und am Nebenauslassdrehschieber 1 1 befestigt werden bzw. in dessen Material zumindest teilweise eingebettet werden. Selbstverständlich ist es auch denkbar, dass an Stelle des Gewichts 22 eine Materialanhäufung des Werkstoffs des Nebenauslassdreh- schiebers 1 1 vorgesehen wird, die dann die gewünschten Fliehkräfte bewirkt.
Die erfindungsgemäße Axialkolbenmaschine 1 kann dabei Bestandteil eines Wärmerückgewinnungssystems 24 in einem nicht näher bezeichneten Kraftfahrzeug sein, so dass beispielsweise eine Erhitzung der Arbeitsmediums 7 beispielsweise mittels heißem Abgas einer Brennkraftmaschine erfolgt. Hierdurch ist es möglich, thermische Energie in mechanische Energie umzuwandeln und dadurch Energie rückzugewinnen.

Claims

Ansprüche
1 . Axialkolbenmaschine (1 ),
- mit einem in einem Gehäuse (2) drehbar gelagerten Rotor (3) mit einer Welle (4),
- mit ringförmig um den Rotor (3) angeordneten Zylindern (5), in welchen Kolben (6) translatorisch verstellbar angeordnet sind,
- wobei jedem Zylinder (5) in einem Zylinderkopf (8) eine Einlassöffnung (9) und im Gehäuse (2) mindestens eine Auslassöffnung (10) zugeordnet ist,
- mit einem drehfest mit der Welle (4) verbundenen Nebenauslassdrehschieber (1 1 ) mit einer Nebenauslassöffnung (12), die drehwinkelabhängig mit einem Entlüftungskanal (13) einem der Zylinder (5) zu dessen Entlüftung verbunden ist,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Nebenauslassdrehschieber (1 1 ) zumindest teilweise aus einem, den Gleitreibungswiderstand reduzierenden Werkstoff ausgebildet ist, der zumindest Kohlenstoff oder Polymer aufweist.
2. Axialkolbenmaschine nach Anspruch 1 ,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Nebenauslassdrehschieber (1 1 ) einen aus Blech tiefgezogenen, topfformigen Grundkörper (14) aufweist, der eine kohlenstoffhaltige Beschich- tung (15) oder eine polymerhaltige Beschichtung (16) aufweist.
3. Axialkolbenmaschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,
dass der Grundkörper (14) einen umgeformten Kragen (17) aufweist, über welchen er drehfest mit der Welle (4) verbunden, insbesondere verschweißt, verlötet, verpresst oder verklebt, ist.
4. Axialkolbenmaschine nach Anspruch 2 oder 3,
dadurch gekennzeichnet,
dass der topfförmige Grundkörper (14) mit einem Deckel (18) verschlossen ist, der drehfest mit der Welle (4) verbunden, insbesondere verschweißt, verlötet, verpresst oder verklebt, ist.
5. Axialkolbenmaschine nach Anspruch 1 ,
dadurch gekennzeichnet,
- dass der Nebenauslassdrehschieber (1 1 ) komplett aus dem kohlenstoffhaltigen oder polymerhaltigen Werkstoff ausgebildet ist, oder
- dass der Nebenauslassdrehschieber (1 1 ) komplett aus einem kohlenstoffhaltigen Werkstoff ausgebildet ist und eine polymerhaltige Beschichtung (16) aufweist.
6. Axialkolbenmaschine nach Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Nebenauslassdrehschieber (1 1 ) mit einer Passfeder (25) in Um- fangsrichtung auf der Welle (4) gesichert ist.
7. Axialkolbenmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
dadurch gekennzeichnet,
dass zumindest eine mit dem Nebenauslassdrehschieber (1 1 ) in Kontakt stehende Gehäusewand mit einer den Gleitreibungswiderstand reduzierenden polymerhaltigen Beschichtung (16) versehen ist.
8. Axialkolbenmaschine nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet,
die polymerhaltige Beschichtung (16) eine Matrix aus einem Kunststoff aus polymerischem Polyimid-/-amidmaterial aufweist, das über die gesamte Matrix verteilt folgende Zusammensetzung aufweist:
- 5 bis 25 Vol.-% Aluminiumpulver, vorzugsweise 10 bis 20 Vol.-% Aluminiumpulver,
- 2 bis 8 Vol.-% Fluorpolymer, vorzugsweise 6 bis 8 Vol.-% Fluorpolymer,
- 2 bis 10 Vol.-% Silan, vorzugsweise 3 bis 8 Vol.-% Silan
- und zu übrigen Teilen das Polyimid/-amidharz ohne zufällige Verunreinigungen.
9. Axialkolbenmaschine nach Anspruch 8,
dadurch gekennzeichnet,
dass die polymerhaltige Beschichtung (16) noch Farbpigmente, insbesondere 5-20 Vol.-% Kupferphthalocyanin, aufweist.
10. Axialkolbenmaschine nach Anspruch 8 oder 9,
dadurch gekennzeichnet,
dass das Aluminiumpulver Teilchen in Form von dünnen Schuppen mit einer Größe von 1 bis 40 μιτι aufweist.
1 1 . Axialkolbenmaschine nach einem der Ansprüche 8 bis 10,
dadurch gekennzeichnet,
dass das Fluorpolymer ausgewählt ist aus einer Gruppe, die umfasst: Polytet- rafluorethylen (PTFE) und fluorierten Ethylen-Propylen (FEP).
12. Axialkolbenmaschine nach einem der Ansprüche 8 bis 1 1 , dadurch gekennzeichnet,
dass das Silanmaterial ausgewählt ist aus einer Gruppe bestehend aus:
gamma-Aminopropyl-triethoxysilan und Bis-(gamma-Trimethoxy-silylpropyl)- amin.
13. Axialkolbenmaschine nach einem der Ansprüche 2 bis 12,
dadurch gekennzeichnet,
dass die polymerhaltige Beschichtung (16) aufgespritzt ist.
14. Axialkolbenmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 13,
dadurch gekennzeichnet,
dass in dem Nebenauslassdrehschieber (1 1 ) ein Gewicht (22) angeordnet ist, welches durch seine Fliehkraft einer Druckkraft in einem sich im Arbeitstakt befindlichen Zylinder (5) entgegen wirkt.
15. Axialkolbenmaschine nach Anspruch 14,
dadurch gekennzeichnet,
dass das Gewicht (22) als zusätzliches Bauteil oder auch als Materialanhäufung des Nebenauslassdrehschiebers (1 1 ) ausgebildet ist.
16. Wärmerückgewinnungssystem (24) in einem Kraftfahrzeug mit einer Axialkolbenmaschine (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 15.
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