WO2020207937A1

WO2020207937A1 - Hubkolbenkompressor

Info

Publication number: WO2020207937A1
Application number: PCT/EP2020/059701
Authority: WO
Inventors: Peter Giese
Original assignee: OET GmbH
Priority date: 2019-04-12
Filing date: 2020-04-06
Publication date: 2020-10-15
Also published as: CN113710893A; CN113710894A; JP7494206B2; DE102019112245A1; CN113710893B; WO2020207936A1; CN113710894B; JP2022527608A; JP2022528446A; JP7358501B2; DE102019112237A1

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Hubkolbenkompressor mit einer Antriebswelle (10), einer Taumelscheibe (30) und einer Mitnehmerscheibe (20), die mit der Antriebswelle (10) drehfest verbunden ist und eine Gleitfläche (21) aufweist, wobei die Taumelscheibe (30) einen Nocken (31, 32) mit einer gekrümmten Nockenspitze (33) umfasst, die an der Gleitfläche (21) der Mitnehmerscheibe (20) anliegt und deren Krümmung in einem ersten Berührkreis (11) liegt, der in einer zu einer Längsachse (14) der Antriebswelle (10) parallelen Ebene angeordnet ist, und wobei die Taumelscheibe (30) mit wenigstens einem Hubkolben (25) gekoppelt ist, der in einem Zylinder (26) geführt ist. Die Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass die Gleitfläche (21) der Mitnehmerscheibe (20) eine gekrümmte Kontur aufweist, deren Krümmung in einem zweiten Berührkreis (12) liegt, der in einer zu einer Längsachse (14) der Antriebswelle (10) parallelen Ebene angeordnet ist, wobei der erste Berührkreis (11) einen kleineren Radius als der zweite Berührkreis (12) aufweist, und der quadratische Mittelwert RMS über alle Schadraumabstände d i zwischen einer Endfläche (27) des Zylinders (26) und einem endflächennahen Totpunkt des Hubkolbens (25) bei jedem vollen Kippwinkel über einen Kippwinkelbereich der Taumelscheibe (30) zwischen 0° und 23° höchstens 0,28 mm, insbesondere höchstens 0,02 mm, beträgt.

Description

Hubkolbenkompressor

BESCHREIBUNG

Die Erfindung betrifft einen Hubkolbenkompressor gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Ein derartiger Hubkolbenkompressor ist beispielsweise aus EP 1 148 241 A2 bekannt.

Der bekannte Hubkolbenkompressor weist eine Antriebswelle auf, mit der eine Mitnehmerscheibe drehfest verbunden ist. Ferner ist eine Taumelscheibe vorgesehen, die über Gleitlager mit mehreren Hubkolben verbunden ist. Die Taumelscheibe weist eine Wellenbohrung auf, durch welche die Antriebswelle geführt ist. An der Taumelscheibe ist ein Nocken vorgesehen, der eine

gekrümmte Nockenspitze umfasst, die an einer Gleitfläche der Mitnehmerscheibe anliegt. Die Krümmung der Nockenspitze liegt in einem Berührkreis, der mit einer Längsachse der Antriebswelle in einer gemeinsamen Ebene angeordnet ist. Die Gleitfläche, auf welcher die Nockenspitze gleitet, um den Anstellwinkel der Taumelscheibe anzupassen, ist hingegen geradlinig ausgebildet bzw. bildet eine ebene Fläche, die jedoch hinsichtlich der Antriebswelle schräg angestellt ist.

Bei dem bekannten Hubkolbenkompressor hat sich gezeigt, dass bei einer Änderung des Anstellwinkels der Taumelscheibe der Kolbenhub stark verändert wird. Insbesondere führt dies zu einem geringeren Hubkolbenvolumen, woraus folglich ein höheres Totvolumen bzw. Schadraumvolumen resultiert. Dies drückt sich insbesondere über einen in allen Betriebszuständen vergleichsweise hohen Abstand (Schadraumabstand) zwischen dem oberen Totpunkt des Hubkolbens und der Endfläche des Zylinders aus. Insgesamt ist damit die Effizienz des bekannten Hubkolbenkompressors beeinträchtigt.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, einen Hubkolbenkompressor anzugeben, der eine verbesserte Effizienz aufweist.

Gemäß der vorliegenden Erfindung wird diese Aufgabe durch den Gegenstand des Patentanspruchs 1 gelöst. Konkret beruht die Erfindung auf dem Gedanken, einen Hubkolbenkompressor mit einer Antriebswelle, einer Taumelscheibe und einer Mitnehmerscheibe anzugeben, wobei die Mitnehmerscheibe mit der Antriebswelle drehfest verbunden ist und eine Gleitfläche aufweist. Die Taumelscheibe umfasst einen Nocken mit einer gekrümmten Nockenspitze, die an der Gleitfläche der Mitnehmerscheibe anliegt. Die Krümmung der Nockenspitze liegt in einem ersten Berührkreis, der in einer zu einer Längsachse der Antriebswelle parallelen Ebene angeordnet ist. Die

Taumelscheibe ist mit wenigstens einem Hubkolben gekoppelt, der in einem Zylinder geführt ist. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die Gleitfläche der Mitnehmerscheibe eine gekrümmte Kontur aufweist, wobei deren Krümmung in einem zweiten Berührkreis liegt, der in einer zu einer Längsachse der

Antriebswelle parallelen Ebene angeordnet ist.

Der erste Berührkreis weist einen kleineren Radius als der zweite Berührkreis auf. Ein quadratischer Mittelwert RMS über alle Schadraumabstände zwischen einer Endfläche des Zylinders und einem endflächennahen Totpunkt des Hubkolbens bei jedem vollen Kippwinkel über einen Kippwinkelbereich der Taumelscheibe zwischen 0° und 23° beträgt höchstens 0,28 mm, insbesondere höchstens 0,2 mm.

Bei der Erfindung ist folglich vorgesehen, zusätzlich zur Krümmung der

Nockenspitze die Gleitfläche der Mitnehmerscheibe gekrümmt auszubilden, sodass bei einer Änderung des Schwenkwinkels der Taumelscheibe eine stärkere

Veränderung des Kolbenhubs erreicht wird, als dies mit geradlinig, flachen

Gleitflächen aus dem Stand der Technik möglich ist. Messungen haben gezeigt, dass auf diese Weise das Schadraumvolumen bzw. kinematische Totvolumen des Hubkolbenkompressors reduziert wird.

Konkret erreicht die Erfindung eine verbesserte Effizienz eines

Hubkolbenkompressors dadurch, dass die Krümmung der Gleitfläche der

Mitnehmerscheibe durch einen zweiten Berührkreis vorgegeben ist, der einen größeren Radius als der Berührkreis der Nockenspitze aufweist. Dabei sind die Radien der Berührkreise so gewählt, dass der Schadraumabstand im

quadratischen Mittel einen Wert von 0,28 nicht überschreitet. Zur Ermittlung des quadratischen Mittelwerts werden alle Schadraumabstände bei vollen Winkeln (natürliche Zahlenwerte inklusive„0") im Kippwinkelbereich von 0° bis 23° jeweils in Quadrat gesetzt, die Quadrate summiert, durch die Anzahl der vollen Winkel geteilt und schließlich aus diesem Ergebnis die Wurzel gezogen. Mit anderen Worten berechnet sich der quadratische Mittelwert RMS wie folgt:

wobei„d" den Schadraumabstand und„n" die Anzahl der diskreten

Kippwinkelwerte bezeichnet. Der Schadraumabstand entspricht dem Abstand bzw. der Distanz zwischen der Endfläche des Zylinders und dem endflächennahen (oberen) Totpunkt des Hubkolbens. Der Kippwinkelbereich beschreibt die Menge aller Kippwinkel, die die Taumelscheibe im Betrieb einnehmen kann. Vorzugsweise kippt die Taumelscheibe im Betrieb zwischen einem minimalen Kippwinkel von 0° (Taumelscheibe steht senkrecht zur Antriebswelle) und einem maximalen

Kippwinkel von 23° (Taumelscheibe ist schräg zur Antriebswelle ausgerichtet).

Bei der Erfindung ist es besonders bevorzugt, wenn der Schadraumabstand bei jedem Winkel im Kippwinkelbereich der Taumelscheibe höchstens 0,3 mm, insbesondere höchstens 0,06 mm, beträgt. Insgesamt ist also vorgesehen, den Schadraumabstand in allen Betriebszuständen der Taumelscheibe gering zu halten. Damit wird erreicht, dass der erfindungsgemäße Hubkolbenkompressor in allen Betriebszuständen eine hohe Ausnutzung des Hubvolumens und damit eine besonders hohe Effizienz erreicht. Insbesondere wird durch die Reduktion des Totvolumens eine hohe Kompressionsleistung bei im Vergleich zum Stand der Technik geringeren Energieeinsatz bewirkt. Dies ist insbesondere für den Betrieb des Hubkolbenkompressors in Fahrzeugklimaanlagen für hybridelektrische oder vollelektrische Kraftfahrzeuge, insbesondere Autos, vorteilhaft, denn ein geringerer Energiebedarf erhöht die elektrische Fahrreichweite der Fahrzeuge.

Bei dem erfindungsgemäßen Hubkolbenkompressor kann in bevorzugten

Ausführungsformen vorgesehen sein, dass zwischen der Nockenspitze und der Gleitfläche eine Linienberührung besteht, die belastungsbedingt in eine Hertzsche Flächenpressung mit einem Berührradius R_He_rtz übergeht, wobei der Berührradius R_He_rtz mindestens 1 mm und höchstens 10 mm beträgt. Insbesondere kann der Berührradius zwischen 1 mm und 8 mm, vorzugsweise zwischen 1,5 mm und 5 mm, weiter vorzugsweise zwischen 1,5 mm und 3 mm, betragen. Es hat sich gezeigt, dass bei einem solchen Berührradius einerseits ein guter Kontakt zwischen dem Taumelnocken und der Gleitfläche besteht und andererseits die Reibung für das Kippen der Taumelscheibe nicht übermäßig hoch ist. Dieser Kompromiss führt zu einer weiteren Erhöhung der Effizienz des

Hubkolbenkompressors.

Eine besonders bevorzugte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass die Gleitfläche eine zur Nockenspitze hin konvex gekrümmte Kontur aufweist. Die Gleitfläche ist ausgehend von einer Mittenebene der Mitnehmerscheibe folglich nach außen gekrümmt. Mit anderen Worten ist bevorzugt vorgesehen, dass der erste Berührkreis und der zweite Berührkreis zueinander konkav bzw. die jeweiligen Krümmungen gegenläufig angeordnet sind. Die Berührfläche zwischen dem Nocken und der Gleitfläche ist also minimal. Auf diese Weise kann eine Verschiebung eines Schnittpunkts zwischen einer Mittenebene der Taumelscheibe und der Längsachse wenigstens eines Hubkolbens in längsaxialer Richtung reduziert werden. Daraus ergibt sich ein besonders geringer Schadraumabstand und damit eine hohe Effizienz des Hubkolbenkompressors.

Die Kontur der Gleitfläche kann, insbesondere tangential ausgehend von der zuvor beschriebenen Krümmung, in einen geradlinigen Gleitflächenabschnitt übergehen. Insbesondere kann die Gleitfläche einen oberen, gekrümmten

Gleitflächenabschnitt und einen unteren, geradlinigen Gleitflächenabschnitt aufweisen, wobei der geradlinige Gleitflächenabschnitt tangential von dem gekrümmten Gleitflächenabschnitt ausgeht. Die Gleitfläche kann ausschließlich aus dem gekrümmten Gleitflächenabschnitt und dem geradlinigen

Gleitflächenabschnitt bestehen. Es hat sich gezeigt, dass eine derart zweiteilig konturierte Gleitfläche gut geeignet ist, um den Schadraumabstand über den gesamten Kippwinkelbereich zu reduzieren, und so zu einer hohen Effizienz des Hubkolbenkompressors beiträgt.

In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist außerdem vorgesehen, dass die Taumelscheibe mit einer Wellenbohrung durch die Antriebswelle geführt ist, wobei eine Berührkontur zwischen der Wellenbohrung und der Antriebswelle eine kreisförmige Querschnittskontur aufweist. Mit anderen Worten weist die Taumelscheibe eine Wellenbohrung auf. Die Antriebswelle erstreckt sich durch die Wellenbohrung der Taumelscheibe und bildet so eine Führung für die

Taumelscheibe.

Bevorzugt ist vorgesehen, dass die Wellenbohrung durch zwei zylindrische

Durchgangsbohrungen gebildet ist, die sich innerhalb der Taumelscheibe kreuzen.

Insbesondere kann die Wellenbohrung dadurch hergestellt werden, dass zwei Durchgangsbohrungen schräg durch denselben Mittelpunkt geführt werden. Das führt dazu, dass die resultierende Wellenbohrung eine ovale Querschnittsform aufweist. Die Wellenbohrung weist so zwei sich zum Inneren der Taumelscheibe verjüngende Ausnehmungen auf. Die Durchgangsbohrungen können durch einen Bohrer oder einen Fräser hergestellt werden. Alternativ kann die Taumelscheibe auch gegossen werden, wobei die Wellenbohrung im Gießprozess hergestellt wird. Der Begriff„Bohrung" ist insoweit im Rahmen dieser Anmeldung nicht zwingend als eine Beschreibung des Fierstellvorgangs zu verstehen, sondern bezeichnet allgemein eine Ausnehmung oder Durchgangsöffnung in einem Bauteil.

Bevorzugt ist vorgesehen, dass die Wellenbohrung eine gekrümmte Innenfläche aufweist, die an der Antriebswelle anliegt und deren Krümmung auf einem dritten Berührkreis liegt, der mit einer Längsachse der Antriebswelle in einer

gemeinsamen Ebene angeordnet ist. Die gekrümmte Innenfläche kann

insbesondere im Bereich der sich kreuzenden Durchgangsbohrungen vorgesehen sein. Die Innenkontur der Wellenbohrung bildet folglich keine gerade Berührlinie zwischen der Wellenbohrung und der Antriebswelle, sondern vielmehr eine gekrümmte Berührfläche bzw. Berührkontur. Dies führt zu einem verbesserten Schwenkverhalten der Taumelscheibe. Die gekrümmte Innenkontur kann entweder durch eine Nachbearbeitung der Wellenbohrung, beispielswiese durch Fräsen, Schleifen oder Flohnen, erzeugt oder - insbesondere im Falle der

Fierstellung der Taumelscheibe durch Gießen - direkt bei der Fierstellung ausgebildet werden.

Die Erfindung wird im Folgenden anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die beigefügten, schematischen Zeichnungen näher erläutert. Darin zeigen Fig. 1 einen Längsschnitt durch einen erfindungsgemäßen

Hubkolbenkompressor nach einem bevorzugten Ausführungsbeispiel;

Fig. 2 eine Seitenansicht eines Antriebsstrangs eines erfindungsgemäßen

Hubkolbenkompressors mit einer Taumelscheibe, einer Mitnehmerscheibe und einer Antriebswelle nach einem bevorzugten

Ausführungsbeispiel;

Fig. 3 eine Detailansicht des Antriebsstrangs gemäß Fig. 2;

Fig. 4 ein Diagramm zum Vergleich des Schadraumabstands eines

erfindungsgemäßen Hubkolbenkompressors gegenüber Hubkolbenkompressoren aus dem Stand der Technik; und

Fig. 5 eine Längsschnittansicht durch die Wellenbohrung der

Taumelscheibe gemäß Fig. 5.

In Fig. 1 ist ein Hubkolbenkompressor gezeigt, der ein Gehäuse 15 aufweist.

In dem Gehäuse 15 ist eine Antriebswelle 10 gelagert. Die Antriebswelle 10 trägt eine Mitnehmerscheibe 20, die drehfest mit der Antriebswelle 10 verbunden ist. Ferner ist eine Taumelscheibe 30 vorgesehen, die eine Wellenbohrung 34 umfasst, durch welche die Antriebswelle 10 geführt ist. Die Taumelscheibe 30 steht über Gleitlager 23 mit mehreren Hubkolben 25 in kraftübertragendem Eingriff. Die Taumelscheibe 30 weist einen Nocken 31 auf, der eine Nockenspitze 33 umfasst. Die Nockenspitze 33 liegt an einer Gleitfläche 21 an, die in Fig. 1 durch einen Gegennocken 22 der Mitnehmerscheibe 20 verdeckt ist. Die Gleitfläche 21 ist einstückig mit der Mitnehmerscheibe 20 ausgebildet.

Generell kann vorgesehen sein, dass die Taumelscheibe 30 insgesamt zwei Nocken 31 aufweist. Die Mitnehmerscheibe 20 kann ebenfalls zwei Gegennocken 22 aufweisen. Die Nocken 31 der Taumelscheibe 30 liegen jeweils mit ihren Innenflächen an den Gegennocken 22 der Mitnehmerscheibe 20 an. Die beiden Gegennocken 22 der Mitnehmerscheibe 20 können sich also zwischen die beiden Nocken 31 der Taumelscheibe 30 erstrecken. Jeder Nocken 31 liegt vorzugsweise an jeweils einer Gleitfläche 21 der

Mitnehmerscheibe 20 an. Die Berührflächen zwischen der jeweiligen Gleitfläche 21 und den jeweiligen Nocken 31 können unterschiedlich groß sein. Insbesondere kann vorgesehen sein, dass die Nocken 31 unterschiedliche Wandstärken aufweisen, so dass die Berührflächen zwischen dem jeweiligen Nocken 31 und der Gleitfläche 21 unterschiedlich sind. Vorzugsweise ist derjenige Nocken 31 mit einer höheren Wandstärke ausgebildet, der die meiste Kraft aufnimmt. Der weniger belastete Nocken 31 kann eine geringere Wandstärke aufweisen und so zur Reduktion der Masse des Hubkolbenkompressors beitragen.

Fig. 2 zeigt zur Verdeutlichung einen Längsschnitt durch einen Antriebsstrang einer bevorzugten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen

Hubkolbenkompressors. Der Antriebsstrang umfasst die Antriebswelle 10, die Mitnehmerscheibe 20 und die Taumelscheibe 30. Aus Fig. 2 ist gut erkennbar, wie die Mitnehmerscheibe 20 und die Taumelscheibe 30 zueinander angeordnet sind. Die Taumelscheibe 30 weist eine Wellenbohrung 34 auf, die aus zwei sich im Inneren der Taumelscheibe 30 kreuzende Durchgangsbohrungen 35, 36 gebildet ist. Damit ist es für die Taumelscheibe 30 möglich, innerhalb eines vorbestimmten Winkelbereichs den Schwenkwinkel bzw. Kippwinkel zu ändern. Dies erfolgt vorzugsweise anhand des Gegendrucks in dem Hubkolben. Beim Verschwenken der Taumelscheibe 30 gleitet die Nockenspitze 33 entlang der Gleitfläche 21, was auch den Hub der einzelnen Hubkolben 25 beeinflusst.

In der Vergrößerung gemäß Fig. 3, die ein„Detail A" gemäß Fig. 2 zeigt, wird deutlich, dass der Nocken 31 eine Nockenspitze 33 aufweist, die eine Krümmung umfasst. Konkret weist die Nockenspitze 33 eine vordere Fläche auf, die entlang eines Kreisradius bzw. eines ersten Berührkreises 11 gekrümmt ist. Der erste Berührkreis 11 ist zur Verdeutlichung in Fig. 3 durch gestrichelte Linien

eingezeichnet.

In Fig. 3 ist gut erkennbar, dass die Mitnehmerscheibe 20 eine Gleitfläche 21 aufweist, auf welcher die Nockenspitze 33 gleitet. Die Gleitfläche 21 weist eine Krümmung auf, die entlang des zweiten Berührkreises 12 verläuft. Der zweite Berührkreis 12 liegt ebenfalls in einer Ebene, die parallel zur Längsachse 14 der Antriebswelle 10 ausgerichtet ist. Konkret umfasst die Gleitfläche 21 einen gekrümmten Gleitflächenabschnitt 21a. Der gekrümmte Gleitflächenabschnitt 21a bildet einen oberen Teil der Gleitfläche 21. An den oberen Teil der Gleitfläche 21 bzw. den gekrümmten

Gleitflächenabschnitt 21a schließt sich in Richtung der Antriebswelle 10 ein unterer Teil der Gleitfläche 21 an, der durch einen geradlinigen

Gleitflächenabschnitt 21b gebildet ist. Der geradlinige Gleitflächenabschnitt 21b geht tangential von dem gekrümmten Gleitflächenabschnitt 21a aus und verläuft bezogen auf eine Mittelebene der Mitnehmerscheibe 20 schräg. Insbesondere ist der geradlinige Gleitflächenabschnitt 21b in einem Gleitflächenwinkel a (in der Zeichnung„alfa" bezeichnet) zur Mittelebene der Mitnehmerscheibe 20

ausgerichtet. Der Gleitflächenwinkel a beträgt vorzugsweise höchstens 45°.

Bei einem Verschwenken der Taumelscheibe 30 bewegt sich die Nockenspitze 33 entlang der Gleitfläche 21 im Wesentlichen nach oben bzw. nach unten. Durch die Krümmung der Gleitfläche 21 bzw. durch den gekrümmten Gleitflächenabschnitt 21a wird dabei eine andere Wirkung auf den Kolbenhub des jeweiligen

Hubkolbens 25 erzielt, als dies bei einer rein geradlinigen Gleitfläche 21 der Fall ist, die aus dem Stand der Technik bekannt ist.

In Fig. 3 ist auch gut erkennbar, dass der Radius R2 des zweiten Berührkreises 12 deutlich größer ist als der Radius Ri des ersten Berührkreises 11. Konkret kann vorgesehen sein, dass der Radius R2 des zweiten Berührkreises 12 um wenigstens das 8-fache, insbesondere wenigstens das 9-fache, insbesondere wenigstens das 10-fache, größer als der Radius Ri des ersten Berührkreises 11 ist. Jedenfalls sind die Krümmungen der Gleitfläche 21 und der Nockenspitze 33 so aufeinander abgestimmt, dass über den gesamten Kippwinkelbereich der Taumelscheibe 30 ein möglichst geringer Schadraumabstand d eingestellt wird.

Vorzugsweise entsteht durch die Berührung zwischen der Nockenspitze 33 und der Gleitfläche 21 eine Hertzsche Flächenpressung, die einen Berührradius also den Radius der aufeinanderliegenden, gepressten Flächen, bildet. Der Radius der Hertzschen Flächenpressung, d.h. der Berührradius R_He_rtz, steht vorzugweise im Zusammenhang mit den Radien Ri, R2 des ersten und zweiten Berührkreises 11,

12 und errechnet sich wie folgt:

Bevorzugt ist es, wenn der Berührradius R_He_rtz höchstens 20 mm, insbesondere höchstens 10 mm, insbesondere höchstens 5 mm, insbesondere höchstens 4,8 mm, beträgt.

In Fig. 4 ist über den Kippwinkelbereich der Taumelscheibe 30 der Verlauf des Schadraumabstands d in einem Diagramm gezeigt. Auf der Hochachse ist der Schadraumabstand, d.h. der Abstand zwischen dem endflächennahen bzw. oberen Totpunkt (Top Dead Centre - TDC) und der Endfläche des Zylinders 26

aufgetragen. Die Querachse zeigt die Kippwinkel der Taumelscheibe 30. Das Diagramm stellt den Verlauf des Schadraumabstands bei einem

erfindungsgemäßen Hubkolbenkompressor (durchgezogene Linie) dem Verlauf des Schadraumabstands zweier Hubkolbenkompressoren aus dem Stand der Technik (gepunktete bzw. gestrichelte Linie) gegenüber. Es ist gut erkennbar, dass der erfindungsgemäße Hubkolbenkompressor über den gesamten Kippwinkelbereich von 0° bis 23° einen deutlich geringeren Schadraumabstand und folglich ein deutlich geringeres Schadraumvolumen als die vorbekannten

Hubkolbenkompressoren aufweist.

Insbesondere ist erkennbar, dass der Schadraumabstand über den gesamten Kippwinkelbereich von 0° bis 23° kleiner als 0,1, insbesondere kleiner als 0,05, beträgt. Es ist außerdem nachvollziehbar, dass der quadratische Mittelwert RMS des Schadraumabstands über den gesamten Kippwinkelbereich kleiner ist als im Stand der Technik. Der quadratische Mittelwert RMS wird dadurch ermittelt, dass die Quadrate der einzelnen Schadraumabstände bei diskreten Kippwinkeln (bei den Kippwinkeln, die durch natürliche Zahlenwerte, einschließlich 0, repräsentiert sind, d.h. bei den Kippwinkeln 0°, 1°, 2°, ... 22°) addiert, durch die Anzahl der Kippwinkelwerte dividiert und aus dem Ergebnis schließlich die Wurzel gezogen wird. Mathematisch ausgedrückt errechnet sich der quadratische Mittelwert RMS über alle Schadraumabstände d, wie folgt:

In Fig. 5 ist ein Längsschnitt durch die Wellenbohrung 34 gezeigt, wobei nur eine Vergrößerung davon dargestellt ist. Die Taumelscheibe 30 weist die

Wellenbohrung 34 auf, die durch zwei sich im Inneren der Wellenbohrung 34 kreuzende Durchgangsbohrungen 35, 36 gebildet ist. Konkret ist die Wellenbohrung 34 vorzugsweise durch Überkreuzung zweier zylindrischer

Durchgangsbohrungen 35, 36 gebildet. Konkret sind in die Taumelscheibe zwei zylindrische Durchgangsbohrungen 35, 36 schräg unter jeweils einem

Bohrungswinkel zur Längsachse 14 der Antriebswelle 10 eingebracht und kreuzen sich innerhalb der Taumelscheibe 30. Jede Durchgangsbohrung 35, 36 ist dabei unter einem anderen Bohrungswinkel ausgerichtet. Eine erste

Durchgangsbohrung 35 weist zur Längsachse 14 der Antriebswelle 10 einen Bohrungswinkel ß (in der Zeichnung„beta" bezeichnet) auf. Eine zweite

Durchgangsbohrung 36 weist zur Längsachse 14 der Antriebswelle 10 einen Bohrungswinkel g (in der Zeichnung„gamma" bezeichnet) auf. Der

Bohrungswinkel g der zweiten Durchgangsbohrung 36 kann größer als der

Bohrungswinkel ß der ersten Durchgangsbohrung 35 sein. Durch die beiden schräg ausgerichteten Durchgangsbohrungen 35, 36 ergibt sich eine

Wellenbohrung 34, die in der Mittenebene ihren kleinsten

Querschnittsdurchmesser aufweist.

Die Wellenbohrung 34 ist nicht zwingend durch Bohren, Fräsen oder ein sonstiges subtraktives, insbesondere spanendes, Verfahren hergestellt. Es ist auch möglich, die Wellenbohrung 34 im Rahmen eines Gießverfahrens zur Herstellung der Taumelscheibe 30 auszubilden, wobei die zuvor beschriebene Innenkontur erzeugt wird.

Im Allgemeinen kann vorgesehen sein, dass die Innenkontur der Wellenbohrung 34 eine Innenfläche 37 aufweist, die sich zum Inneren der Taumelscheibe 30 hin verjüngt. Im Bereich der Mittenebene bildet die Innenfläche 37 vorzugsweise eine Berührkontur mit einer Krümmung, die in Längsrichtung der Wellenbohrung 34, insbesondere parallel zur Längsachse 14 der Antriebswelle 10, verläuft.

Die Krümmung der Innenfläche 37 liegt dabei auf einer Kreislinie eines dritten Berührkreises 13. Der dritte Berührkreis 13 kann einen Radius R3 aufweisen, der im Wesentlichen dem Radius Ri des ersten Berührkreises 11 entspricht.

Wie in Fig. 5 gut erkennbar ist, wird durch die Innenkontur der Wellenbohrung 34 erreicht, dass die Taumelscheibe 30 bis zu einem vorbestimmten Winkel verschwenkbar bzw. verkippbar ist. Wegen der gekrümmten Innenfläche 37 erfolgt das Verkippen bzw. Verschwenken dabei sehr sanft. Die gekrümmte Innenfläche 37 kann bei einer gegossenen Taumelscheibe 30 unmittelbar im Gießprozess erzeugt werden. Dies kann dadurch erfolgen, dass die Gussform eine entsprechende kreisbogenförmige Krümmung vorgibt. Falls die Wellenbohrung 34 der Taumelscheibe 30 durch ein spanendes Verfahren, insbesondere durch Bohren oder Fräsen der beiden Durchgangsbohrungen 35, 36, hergestellt wird, so ist es zweckmäßig, die gekrümmte Innenfläche 37 durch eine Nachbearbeitung der Wellenbohrung 34 zu erzeugen. Dies kann beispielsweise durch einen

Schleifvorgang, einen Fräsvorgang oder einen Flohnvorgang geschehen.

Um im Rahmen der vorliegenden Anmeldung die Krümmungsrichtung zu definieren, ist vorgesehen, dass der erste Berührkreis 11 und zweite Berührkreis 12 jeweils in einer Ebene liegen, die parallel zur Längsachse 14 der Antriebswelle 10 ausgerichtet ist. Der dritte Berührkreis 13 liegt in einer Längsschnittebene durch die Antriebswelle 10.

Bezugszeichenliste

10 Antriebswelle

11 Erster Berührkreis

12 Zweiter Berührkreis

13 Dritter Berührkreis

14 Längsachse

15 Gehäuse

20 Mitnehmerscheibe

21 Gleitfläche

21a gekrümmter Gleitflächenabschnitt

21b geradliniger Gleitflächenabschnitt

22 Gegennocken

23 Gleitlager

25 Hubkolben

26 Zylinder

27 Endfläche

30 Taumelscheibe

31 Nocken

33 Nockenspitze

34 Wellenbohrung 35 erste Durchgangsbohrung

36 zweite Durchgangsbohrung

37 Innenfläche

a Gleitflächenwinkel

ß Bohrungswinkel der ersten Durchgangsbohrung 35

Y Bohrungswinkel der zweiten Durchgangsbohrung 36 d Schadraumabstand

Ri Radius des ersten Berührkreises 11

Rz Radius des zweiten Berührkreises 12

RB Radius des dritten Berührkreises 13

Claims

ANSPRÜCHE

1. Hubkolbenkompressor mit einer Antriebswelle (10), einer Taumelscheibe (30) und einer Mitnehmerscheibe (20), die mit der Antriebswelle (10) drehfest verbunden ist und eine Gleitfläche (21) aufweist, wobei die

Taumelscheibe (30) einen Nocken (31) mit einer gekrümmten Nockenspitze (33) umfasst, die an der Gleitfläche (21) der Mitnehmerscheibe (20) anliegt und deren Krümmung in einem ersten Berührkreis (11) liegt, der in einer zu einer Längsachse (14) der Antriebswelle (10) parallelen Ebene angeordnet ist, und wobei die Taumelscheibe (30) mit wenigstens einem Hubkolben (25) gekoppelt ist, der in einem Zylinder (26) geführt ist,

dad u rch geken nzeich net, dass

die Gleitfläche (21) der Mitnehmerscheibe (20) eine gekrümmte Kontur aufweist, deren Krümmung in einem zweiten Berührkreis (12) liegt, der in einer zu einer Längsachse (14) der Antriebswelle (10) parallelen Ebene angeordnet ist, wobei der erste Berührkreis (11) einen kleineren Radius als der zweite Berührkreis (12) aufweist, und der quadratische Mittelwert RMS über alle Schadraumabstände d, zwischen einer Endfläche (27) des Zylinders (26) und einem endflächennahen Totpunkt des Hubkolbens (25) bei jedem vollen Kippwinkel über einen Kippwinkelbereich der Taumelscheibe (30) zwischen 0° und 23° höchstens 0,28 mm, insbesondere höchstens 0,02 mm, beträgt.

2. Hubkolbenkompressor nach Anspruch 1,

dad u rch geken nzeich net, dass

der Schadraumabstand d höchstens 0,3 mm, insbesondere höchstens 0,06 mm, beträgt.

3. Hubkolbenkompressor nach Anspruch 1 oder 2,

dad u rch geken nzeich net, dass

zwischen der Nockenspitze (33) und der Gleitfläche (21) eine

Linienberührung besteht, die belastungsbedingt in eine Hertzsche

Flächenpressung mit einem Berührradius R_He_rtz übergeht, wobei der

Berührradius R_He_rtz mindestens 1 mm und höchstens 10 mm beträgt.

4. Hubkolbenkompressor nach einem der Ansprüche 1 bis 3,

dad u rch geken nzeich net, dass

die Gleitfläche (21) eine zur Nockenspitze (33) hin konvex gekrümmte Kontur aufweist.

5. Hubkolbenkompressor nach Anspruch 4,

dad u rch geken nzeich net, dass

die Kontur der Gleitfläche (21) in einen geradlinigen Gleitflächenabschnitt (21b) übergeht.

6. Hubkolbenkompressor nach einem der vorhergehenden Ansprüche,

dad u rch geken nzeich net, dass

die Taumelscheibe (30) mit einer Wellenbohrung (34) durch die

Antriebswelle (10) geführt ist, wobei eine Berührkontur zwischen

Wellenbohrung (34) und Antriebswelle (10) eine kreisförmige

Querschnittskontur aufweist.

7. Hubkolbenkompressor nach Anspruch 6,

dad u rch geken nzeich net, dass

die Wellenbohrung (34) durch zwei zylindrische Durchgangsbohrungen (35, 36) gebildet ist, die sich innerhalb der Taumelscheibe (30) kreuzen.

8. Hubkolbenkompressor nach Anspruch 7,

dad u rch geken nzeich net, dass

die Wellenbohrung (34), insbesondere im Bereich der sich kreuzenden Durchgangsbohrungen (35, 36), eine gekrümmte Innenfläche (37) aufweist, die an der Antriebswelle (10) anliegt und deren Krümmung auf einem dritten Berührkreis (13) liegt, der mit einer Längsachse (14) der Antriebswelle (10) in einer gemeinsamen Ebene angeordnet ist.