DE60205467T2

DE60205467T2 - Axialkolbenverdichter mit taumelscheibenaktuator

Info

Publication number: DE60205467T2
Application number: DE60205467T
Authority: DE
Inventors: L. Robert KOELZER; W. Andrew ADAMS; D. Mark SCHAAKE; R. Michael JENKINS
Original assignee: Haldex Brake Corp
Current assignee: Haldex Brake Corp
Priority date: 2001-03-12
Filing date: 2002-03-12
Publication date: 2006-06-01
Anticipated expiration: 2022-03-13
Also published as: CN1461384A; WO2002073035A1; EP1368568A1; WO2002073035A9; KR100543559B1; CN1279283C; KR20030020278A; JP3830899B2; EP1368568A4; US6439857B1; DE60205467D1; EP1368568B1; US20020127116A1; JP2004519577A

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung bezieht sich auf einen Axialkolbenverdichter, der in der Automobilindustrie eingesetzt wird, um Druckluft für eine Vielzahl von in einem Kraftfahrzeug verwendeten Zubehörteilen zu erzeugen. Insbesondere betrifft die Erfindung einen variabel verschiebbaren Taumelscheiben-Luftverdichter, der in einem Fahrzeug installiert ist und Kolben aufweist, deren Bewegung von der Verschiebung einer Taumelscheibe vorgegeben wird.
Hintergrund der Erfindung
Ein Taumelscheiben-Axialkolbenverdichter ist in dem US-Patent 5,626,463 von Kimura et al. offenbart. Typischerweise als Klimakompressor eingesetzt, ist diese Art von Verdichter für seine komplizierte mechanische Konstruktion bekannt, die wenigstens einen beweglichen Kolben in einem Zylinderblock aufweist. Der Kolben befördert die zu komprimierende Luft von einem Ansaugbereich in einen Kompressionsbereich. Das Hin- und Hergehen des Kolbens wird durch eine Taumelscheibe bewirkt, die drehbar an einer Drehwelle angebracht ist.
Die Taumelscheibe wirkt mit einer Aufnahmescheibe zusammen, die mit wenigstens einem Kolben verbunden ist, wobei die Scheibe so in dem Verdichtergehäuse angebracht ist, dass sie sich nicht drehen kann und von einem nicht drehbaren Traglager gestützt wird. Der Zweck des Traglagers ist es, das Drehmoment, das von der sich drehenden Taumelscheibe auf die Aufnahmescheibe übertragen wird, aufzunehmen. Verdichter dieser Art sind in den Bereichen der Taumel- und Aufnahmescheiben komplex aufgebaut und benötigen eine große Zahl von Teilen. Des Weiteren brauchen die erörterten Verdichter relativ viel Platz.
Eine weitere Konstruktion des Taumelscheiben-Axialkolbenverdichters weist einen drehbaren Zylinderblock und eine feststehende Taumelscheibe auf und ist z.B. in dem US-Patent 5, 394,698 von Takagi et al. offenbart. Dieser Aufbau ist ebenfalls komplex und weist außerdem die Tendenz auf, das Austreten von Öl in den Luftstrom zuzulassen.
In der US 5,056,416 ist ein Taumelscheibenverdichter mit variabler Kapazität mit einem hin- und hergehenden Kolbenmechanismus zum Verdichten eines Kühlgases und zum Entladen des verdichteten Kühlgases beschrieben, der eine Antriebswelle aufweist, die von einer externen Antriebsquelle angetrieben wird, um eine Anordnung von winkelig variablem Antrieb zu ermöglichen. Die Taumelscheiben bewegen den hin- und hergehenden Kolbenmechanismus hin und her, wobei eine an der Antriebswelle angebrachte Spiralfeder eine Vorspannkraft auf die Anordnung von Antrieb und Taumelscheiben zu einer vorgegebenen winkelig geneigten Position hin aufbringt. Ringförmige Federstützelemente zum Stützen der entgegengesetzten Enden der Spiralfeder werden verwendet, damit die Spiralfeder nicht mit den äußeren Oberflächen der Antriebswelle in Kontakt steht, um so einen Abrieb der Spiralfeder und der Antriebswelle zu vermeiden, wenn die Spiralfeder während des Betriebs des Verdichters zusammengedrückt und auseinander gezogen wird.
Es ist daher erwünscht, einen variabel verschiebbaren Taumelscheiben-Luftverdichter mit stationären Bohrungen, die Kolben aufnehmen, bereitzustellen. Es ist ebenfalls erwünscht, einen Axialkolbenverdichter bereitzustellen, bei dem die Anordnung zum Verschieben der Taumelscheibe kompakt und vom Aufbau her einfach ist. Des Weiteren ist ein variabler Taumelscheiben-Luftverdichter mit Kolben, deren Hin- und Herbewegung von der Verschiebung einer Taumelscheibe vorgegeben wird, ebenfalls erwünscht.
Zusammenfassung der Erfindung
Erfindungsgemäß bewegt sich die Taumelscheibe eines Axialkolbenverdichters zwischen einer neutralen Position, in der Kräfte von dem Luftdruck in den Zylindern und einer beweglichen Nocke, die in entgegengesetzten Richtungen auf die Scheibe wirken, ausgeglichen werden, um die Verdichtung komprimierter Luft zu beenden, und einer zweiten Druckposition, wobei die Vorbeanspruchung bei einem Wert ausgewählt wird, unter dem der Luftdruck erhöht werden muss.
Demgemäß weist der erfindungsgemäße Axialkolbenverdichter einen verschiebbaren Aktuator auf, der einen Druck auf eine Taumelscheibe ausübt, um Kolben in stationären Bohrungen der Zylinder zu verschieben. Der Verdichter beendet die Luftverdichtung, wenn der von einem Aktuator auf die Taumelscheibe ausgeübte Druck die Kraft ausgleicht, die von Kolben auf die Taumelscheibe ausgeübt wird. Somit erfährt der Verdichter einen Zustand des Druckgleichgewichts, wobei die Taumelscheibe in einer Ebene liegt, die sich senkrecht zu einer Welle erstreckt, die die Taumelscheibe stützt, und wobei die Kolben im Leerlauf sind. Die von den Kolben erzeugte Kraft ist das Ergebnis eines Luftdrucks oberhalb der Kolben in dem stationären Zylinderblock, der mit dem Luftsystem eines Kraftfahrzeugs einschließlich eines, jedoch nicht begrenzt auf einen, Schwerlastkraftwagen in Fließkommunikation steht.
Im Arbeitszustand ist der Verdichter charakterisiert durch die Hin- und Herbewegung der Kolben, nachdem der Aktuator sich im Ansprechen auf einen Druckabfall in dem Zylinderblock unter den von dem Aktuator im Zustand des Gleichgewichts erzeugten Druck gesteuert auf die Taumelscheibe zu bewegt und diese schwenkt.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung weist der Aktuator eine Vielzahl elastischer Elemente auf, die an einem Nockenelement befestigt sind, das mit der Taumelscheibe in Kontakt steht. Die elastischen Elemente können sich im Ansprechen auf einen Druckabfall in dem Luftsystem des Fahrzeugs, der verursacht, dass der Druck in dem Raum oberhalb der Kolben unter den von den elastischen Elementen erzeugten Druck abfällt, in einem Abstand auf die Taumelscheibe hin ausdehnen. Die Kolbenhübe werden von dem Winkel gesteuert, in dem die Taumelscheibe durch einen von der Nocke erzeugten Druck von ihrer vertikalen oder neutralen Position abweicht, die von den ausgedehnten Dichtungsscheiben verschoben wird, wenn der Druck in dem Luftsystem auf oder unter einen Referenzwert fällt, der gleich einer von den Dichtungsscheiben im neutralen Zustand der Scheibe erzeugten Kraft ist. Die Taumelscheibe geht wieder in die neutrale Position zurück, in der die Kolben neutralisiert werden. Somit wird die Lufterzeugung unterbrochen, wenn der Zustand des Gleichgewichts zwischen der von den Dichtungsscheiben erzeugten Kraft und dem Druck oberhalb der Kolben erreicht ist.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird der Winkel, in dem die Taumelscheibe von ihrer neutralen Position abweicht, von einem Servokolben gesteuert, der in einem sich drehenden Element einer Antriebswelle angebracht sein kann. Der Servokolben ist an einem Verbindungsstück befestigt, das mit einem Nockenelement gekoppelt ist, das gegen die Scheibe in einem Abstand verschoben ist, entsprechend einem Signal, das den Servokolben ansteuert, sowie einem Druckabfall in dem Luftsystem des Fahrzeugs.
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Axialkolbenverdichter bereitzustellen, der eine Taumelscheibe aufweist, die die Bewegung der Kolben steuert, die in stationären Zylinderbohrungen aufgenommen sind.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, einen Axialkolbenverdichter bereitzustellen, bei dem die Winkelverschiebung der Taumelscheibe im Ansprechen auf die Verschiebung eines Aktuators gesteuert wird, nachdem der Druck in einem Luftsystem des Lastkraftwagens auf oder unter einen Referenzwert gefallen ist.
Es ist eine weitere Aufgabe der Erfindung, einen Axialkolbenverdichter bereitzustellen, der einen elastischen Aktuator aufweist, der in Bezug auf die Taumelscheibe gesteuert verschoben wird, um einen Druck auf die Scheibe im Ansprechen auf die Druckveränderung in dem Luftsystem auszuüben.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, einen Axialkolbenverdichter bereitzustellen, bei dem die Lufterzeugung initiiert wird, wenn ein Gleichgewichtszustand gestört ist, wobei eine von einem gesteuert verschiebbaren Nockenelement auf eine Taumelscheibe ausgeübte Kraft von einem voreingestellten Druck in dem Luftsystem des Lastkraftwagens ausgeglichen wird.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Die oben genannten und weitere Aufgaben, Merkmale und Vorteile werden durch die folgende detaillierte Beschreibung der Erfindung anhand der beigefügten Zeichnungen leichter verstanden. Es zeigt:
1 eine isometrische Ansicht des mit einer Taumelscheibe ausgestatteten Axialkolbenverdichters gemäß der Erfindung.
2 eine Schnittansicht des Verdichters der 1 entlang einer Drehachse und im Zustand des Gleichgewichts, wobei die Kolben im Stillstand sind.
3 eine Schnittansicht des Verdichters der 1, wobei die Kolben in Betrieb gezeigt sind.
4 eine isometrische Ansicht einer Kugelverbindung, die die Kolben mit einer Taumelscheibe verbindet.
5 eine Querschnittsansicht der Kugelverbindung der 4 entlang der Linie V-V.
6 eine Draufsicht auf eine Kopfscheibe des in 1 gezeigten Verdichters.
7 eine Schnittansicht der Kopfscheibe der 6 entlang der Linie VII-VII.
8 eine isometrische Ansicht eines Verdichtergehäuses, das die Taumelscheibe umgibt.
9 eine auseinander gezogene perspektivische Ansicht der Taumelscheibe sowie eines Taumelscheiben-Betätigungsmechanismus.
10 eine Seitenansicht eines Nockenhalses des Taumelscheiben-Betätigungsmechanismus.
11 eine isometrische Ansicht einer weiteren Ausführungsform des Taumelscheiben-Betätigungsmechanismus. 12 eine isometrische Ansicht des mit dem Taumelscheiben-Betätigungsmechanismus der 11 versehenen Axialkolbenverdichters.
Detaillierte Beschreibung der Zeichnungen
Unter Bezug auf die 1 bis 3 erzeugt ein variabel verschiebbarer Taumelscheibenverdichter 10, der in einen Schwerlastkraftwagen, beispielsweise einen Überlandlastkraftwagen, eingebaut ist, komprimierte Luft für das Luftdrucksystem des Lastkraftwagens, das einen Tank 14 aufweist, der die komprimierte Luft verschiedenen Zubehörteilen, beispielsweise dem Bremssystem, zuführt. Die Erzeugung der Druckluft beginnt durch Ansaugen der Luft, die gegebenenfalls von einem Turbolader oder durch einen Filter 16 zugeführt werden kann, im Ansprechen auf die Reduzierung des Luftdrucks in dem Luftsystem auf oder unter einen Referenzdruck, der von 10 Bar für Nordamerika bis 13 Bar für Europa variieren kann.
Zur Bereitstellung der Druckluft weist der Verdichter 10 einen stationären Zylinderblock 22 auf, der eine Vielzahl von Bohrungen 23 enthält, die Kolben 24 aufnehmen, die für Ansaug- und Verdichtungshübe innerhalb der Bohrungen hin und her verschiebbar sind. Ein Raum in den Zylinderbohrungen oberhalb der Kolben steht über eine Vielzahl von Auslasskanälen 20 in Fließverbindung mit dem Luftsystem. Demgemäß entspricht der Luftdruck in diesem Raum dem Luftdruck in dem Luftsystem in einem Zustand des Druckgleichgewichts des Verdichters, wie unten erläutert wird.
Die Kolben sind im Zustand des Druckgleichgewichts im Leerlauf, wobei eine von den Kolben erzeugte Kraft, die auf eine Taumelscheibenanordnung 34 wirkt und dem Luftdruck in dem Raum oberhalb der Kolben entspricht, gleich und entgegengesetzt zu einem Druck gerichtet ist, der von einer Aktuatoranordnung 41 gegen diese Scheibenanordnung erzeugt wird. Der Zustand des Gleichgewichts ist durch eine im Wesentlichen senkrechte Stellung der Taumelscheibenanordnung in Bezug auf die Achse einer Drehwelle 12 gekennzeichnet. Sobald das Gleichgewicht des Luftdrucks gestört ist, übersteigt der Druck von der Aktuatoranordnung die von den Kolben erzeugte verringerte Kraft, um die Taumelscheibenanordnung winkelig aus ihrer senkrechten Stellung zu verschieben. Als Folge hiervon fangen die Kolben an, sich in den stationären Bohrungen hin und her zu bewegen, wie nachfolgend im Einzelnen erläutert werden wird. Somit wird, je weiter der Luftdruck in dem Luftsystem abfällt, die winkelige Verschiebung der Taumelscheibe größer und die Kolbenhübe werden länger.
Um eine Fließverbindung zwischen den Ansaug- und Ablasskanälen 18, 20 bereitzustellen, weist der Verdichter eine Kopfscheibe 26 auf, wie in den 6 und 7 besser zu sehen ist, die mit einer Vielzahl von Rückschlagventilen 28 versehen ist, die die Rückführung der abgelassenen Luft verhindern. Die Rückschlagventile können vorzugsweise vom Typ der Teller- oder Blattventile sein, die es Luft ermöglichen, entlang eines Pfads von einem Hochdruckbereich in einen Niederdruckbereich zu fließen. Somit wird, wenn der Druck in dem Luftsystem dem Verdichter nachgeordnet niedriger wird, der Luftstrom von den Bohrungen durch das in dem Ablasskanal 20 vorgesehene Ventil 28 zu dem Luftsystem geleitet. Demgemäß wird der Luftdruck oberhalb der Ventile erniedrigt, wodurch eine Verschiebung der Aktuatoranordnung 41, der Taumelscheibe und der Kolben verursacht wird. Als Folge hiervon erzeugt der Ansaughub einen Unterdruck, der ausreicht, um es Luft von außen zu ermöglichen, durch die in dem Einlasskanal 18 vorgesehenen Ventile 28 in den Zylinderblock einzudringen.
Es wird angemerkt, dass, obwohl die Kolbenbewegung arretiert ist und somit der Verdichter keine Luft verdichtet, sich die Welle weiterhin dreht.
Folglich funktionieren Zubehörteile, die mit der Welle gekoppelt sind, z.B. eine Kraftstoffpumpe, weiterhin.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung weist die Aktuatoranordnung ein elastisches Element, beispielsweise Belleville Dichtungsscheiben 40 und einen Nockenhals 38, wie im Einzelnen in 9 gezeigt ist, auf. Die Dichtungsscheiben sind mit dem Nockenhals 38 verbunden, der in Bezug auf die Welle eine abgeschrägte Nockenoberfläche aufweist, wobei ein verlängertes Teil 66 hiervon stets in Kontakt mit der Taumelscheibe 34 ist. Es wird angemerkt, dass die Taumelscheibe stets unter Druck steht, der oberhalb der Kolben vorhanden ist. Somit muss, um die Scheibe während des Zustands des Gleichgewichts in vertikaler Stellung zu halten, der Nockenhals die Scheibe ständig vorbelasten. Dieser Kontakt im Zustand des Gleichgewichts erzeugt jedoch nicht genügend Druck, um den Druck oberhalb der Kolben zu überwinden und die Scheibe um einen Stift 36 zu schwenken, der drehbar an der Welle 12 befestigt ist.
Obwohl die gezeigte Aktuatoranordnung drehbar an der Welle 12 befestigt ist, kann sie stationär an einem Gehäuse 62 des Verdichters angebracht werden. Des Weiteren können verschiedene Arten von Druckfedern, z.B. Bälge, ebenso effektiv wie die oben genannten Dichtungsscheiben verwendet werden.
Die Taumelscheibenanordnung 34 besteht aus einem drehbaren Innenteil 44, das mit dem Stift 36 gekoppelt ist und sich um eine Wellenachse A-A der Welle 12 dreht, sowie einem Außenteil 42, das in den 2 und 9 besser gezeigt ist und mittels einer Lageranordnung 46 mit dem Innenteil verbunden ist. Die gesamte Taumelscheibenanordnung ist in Bezug auf die Welle schwenkbar, wenn Druck von dem Nockenhals 38 ausgeübt wird, der sich im Ansprechen auf die Ausdehnung der Belleville Dichtungsscheiben axial entlang der Welle bewegt, wenn der Druck in dem Luftsystem auf oder unter den Referenzwert fällt.
Ein Mechanismus zum Übersetzen der Schwenkverschiebung der Taumelscheibe (4) in eine hin- und hergehende Axialverschiebung der Kolben (4) umfasst eine Vielzahl von Kugelverbindungen, die jeweils aus einem Kugelelement 54 und einer Stange 56 bestehen. Die Stangen 56, die entlang des äußeren Umfangs der Taumelscheibe im Winkel gleich weit voneinander beabstandet sind und sich radial davon erstrecken, können beispielsweise Bolzen sein, die an einem Ende ein Gewinde aufweisen und an dem entgegengesetzten Ende eine Gewindemutter 50. Die Kugel 54 weist eine kugelförmige Außenfläche auf, die gleitend mit einer Kolbenstange 30 in Eingriff steht, die sich parallel zu der Drehwelle 12 erstreckt, zur synchronen Axialverschiebung, während sie es der Kolbenstange und dem Kugelelement ermöglicht, sich in Bezug zueinander winkelig zu verschieben.
Um die Kolben und die Taumelscheibe relativ zueinander während des Schwenkens der Taumelscheibe zu verschieben, weist jede Kolbenstange 30 einen Flansch 58 auf, dessen Innenfläche mit einer äußeren Extremität 52 des Kugelelements zusammenwirkt, wie in 5 gezeigt ist. Demgemäß bewegen sich, während die Taumelscheibe winkelig in die in 3 gezeigte Position verschoben wird, die zusammenwirkenden Oberflächen des Flansches und des Kugelelements gleitend in Bezug zueinander. Eine derartige relative Verschiebung ermöglicht es der Kolbenstange und dem Kugelelement 54, sich axial zusammen zu bewegen, während sich das Kugelelement innerhalb des Flansches im Ansprechen auf die Winkelbewegung der Taumelscheibe dreht. Es wird angemerkt, dass die zusammenwirkende Oberfläche des Flansches 58 eine Form haben kann, die sich von einer ringförmigen Form unterscheidet, solange diese Elemente sich axial synchron bewegen, während sie in Bezug zueinander winkelig verschiebbar sind, wie in 3 gezeigt ist.
3 zeigt den Betriebsmodus des Verdichters, wobei die Dichtungsscheiben 40 sich im Ansprechen auf den Druckabfall in dem Luftsystem auf oder unter den Referenzwert ausgedehnt haben. Als Folge hiervon ist der Nockenhals axial verschoben, um die Taumelscheibe zu schwenken, deren Bewegung die Ansaug- und Verdichtungshübe der Kolben erzeugt.
Um ein Drehen des Außenteils 42 der Taumelscheibenanordnung zu verhindern, nimmt die Taumelscheibe einen sich radial erstreckenden Sechskantstopfen 60 auf, der in eine axiale Nut 64 des Gehäuses 62 eingreift, wie in 8 ersichtlich ist. Die Nut wird zwischen zwei axialen Rippen definiert, die sich von der Innenfläche des Gehäuses auf die Taumelscheibe zu erstrecken. Die Nut und der Sechskantstopfen sind so dimensioniert, dass der Kopf des Sechskantstopfens auch dann nicht aus dem Eingriff mit der Nut herausgleitet, wenn die Scheibe maximal von ihrer neutralen Position verschoben ist, wie in 3 gezeigt ist. Es wird angemerkt, dass die Stangen 30, 56 und der Sechskantstopfen 60 jeweils mit Gewinde versehen sein und somit leicht eingebaut oder ersetzt werden können.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung weist die in den 11 und 12 gezeigte Aktuatoranordnung 41 einen Servokolben 70 auf, der in dem Verdichtergehäuse untergebracht sein kann, jedoch aus darstellungstechnischen Gründen außerhalb des Gehäuses gezeigt ist. Der Servokolben wird im Ansprechen auf ein Pilotsignal, das von einer externen Quelle 78 erzeugt wird und pneumatisch, hydraulisch oder elektrisch sein kann, in Betrieb gesetzt. Das Pilotsignal repräsentiert den Referenzwert des Drucks des Luftsystems und wird erzeugt, sobald der Druck auf oder unter die Schwelle fällt.
Der Servokolben ist an einem mechanischen Verbindungselement 72, 74, beispielsweise einer Gabel, befestigt, das mit dem Nockenhals 38 verbunden ist. Infolge der Verschiebung des Servokolbens verschiebt die Gabel den Nockenhals, der einen Druck ausübt, der ausreicht, um die Taumelscheibe aus ihrer neutralen Position zu verschieben und die Hin- und Herbewegung der Kolben zu verursachen. Sobald der erwünschte Druck in dem Luftsystem erreicht ist, wird der Servokolben in die Anfangsposition gebracht, die der senkrechten Position der Taumelscheibe in Bezug auf die Achse der Welle entspricht.
Gemäß dieser Ausführungsform ist in einer Kopfscheibe 84 und einem Zylinderblock 82 aus hitzebeständigem Material ein sich radial erstreckender Lufteinlass 80 vorgesehen. Die Kolben sind im Zustand des Gleichgewichts im Leerlauf und befinden sich in einer Position, in der sie den Lufteinlass blockieren und so den Eintritt von Luft von außen verhindern. Wenn die schwingende Taumelscheibe die Kolben verschiebt, öffnet sich der Lufteinlass und ermöglicht es, dass Luft von außen in die Bohrungen oberhalb der Kolbenköpfe eingezogen wird, die während des Kompressionshubs die komprimierte Luft durch den Auslasskanal 20 an das Luftsystem liefern.
Wie in den 2 und 12 gezeigt ist, kann, um den Motor des Lastkraftwagens vorübergehend unter bestimmten Bedingungen von einer zusätzlichen Belastung zu befreien, beispielsweise wenn ein Lastkraftwagen einen steilen Hügel erklimmt, ein Solenoidventil 86 den Auslasskanal 88 auf Bedarfssignal durch den Fahrer verschließen. Als Folge hiervon erhöht sich der Druck oberhalb der Kolben in dem Zylinderblock rapide, so dass dem Verdichter ermöglicht wird, den Zustand des Gleichgewichts innerhalb eines kurzen Zeitraums zu erreichen. Das Öffnen des Solenoidventils ermöglicht es dem Verdichter, in einen normalen Betriebsmodus zurückzukehren.
Außerdem ist, wie in 2 gezeigt ist, ein Fahrzeug mit einer zentralen Verarbeitungseinheit (CPU) 90 versehen, die beispielsweise ein Signal empfängt, das von einem Drucksensor 92 erzeugt wird, nachdem der Luftdruck in dem Luftsystem einen vorgegebenen hohen Pegel erreicht hat. Sobald dieses Signal verarbeitet ist, wird das Solenoidventil aktiviert, um den Auslasskanal zu blockieren.
Des Weiteren kann die zentrale Verarbeitungseinheit 90, die typischerweise ein Computer ist, ein Signal 94 verarbeiten, das die Gesamtbelastung des Fahrzeugmotors angibt. Somit erzeugt, wenn ein Signal, das die Belastung angibt, eine gewisse Schwelle überschreitet, die Verarbeitungseinheit ein Pilotsignal, das das Solenoidventil aktiviert, welches den Auslasskanal verschließt. In diesem Fall erreicht der Verdichter schnell den Zustand des Gleichgewichts, wie oben erläutert worden ist, und stellt das Komprimieren der Luft ein.
Da die Hin- und Herbewegung der Kolben nach dem Erreichen des Zustands des Gleichgewichts aufhört, wird die Notwendigkeit des Schmierens zwischen den Kolben und dem Kopf des Verdichters reduziert. Als Folge hiervon wird der Durchtritt von Öl in den Luftstrom ebenfalls reduziert. Des Weiteren sind, um die Wirkung des Öldurchtritts in den Luftstrom noch weiter zu reduzieren, die Zylinderbohrungen und die Kolbenbecher mit abriebfesten Materialien beschichtet. So enthalten die Kolbenbecher ein Material, das aus der Gruppe ausgewählt ist, die ein PTFE Material gefüllt mit Bronze und Molybdändisulfid und ein PTFE Material gefüllt mit Graphit und PPS enthält. Eloxierte Aluminiumbeschichtung (dicht an einer Härte von 60RC) wird auf die Oberflächen der Zylinderbohrungen aufgetragen. Die geeignete Auswahl der Beschichtungsmaterialien kann zusammen mit der steuerbaren Bewegung der Kolben zu einer Struktur führen, bei der ein Schmieren zwischen den Kolben und dem Kopf des Verdichters unnötig ist.

Claims

Axialkolbenverdichter, der einem Luftsystem komprimierte Luft zuführt, nachdem der Druck in dem Luftsystem auf oder unter einen Referenzwert gefallen ist, mit: einer länglichen Antriebswelle (12), die sich zwischen entgegengesetzten Enden entlang einer Achse erstreckt; einem Zylinderblock (22), der an einem Ende der Welle (12) angebracht ist und voneinander entfernte Zylinderbohrungen (23) aufweist, die die Welle (12) umgeben mit dem Luftsystem in Fließverbindung stehen; Kolben (24), die gleitend in den Zylinderbohrungen (23) aufgenommen werden; einer Taumelscheibe (34), die schwenkbar an der Welle (12) angebracht und mit den Kolben (24) verbunden ist; dadurch gekennzeichnet, dass ein Aktuator (41), der axial von dem Zylinderblock (22) beabstandet und entlang des anderen Endes der Welle (12) verschiebbar ist, im Ansprechen auf eine Druckänderung in dem Luftsystem sich zwischen einer ersten Position, in der der Aktuator (41) einen Druck auf die Taumelscheibe (34) ausübt, der wenigstens gleich dem Referenzwert ist, um die Taumelscheibe (34) in einer Ebene zu halten, die senkrecht zu der Welle (12) ist und um die Kolben (24) im Leerlauf zu halten, und einer zweiten Position bewegt, in der der durch den Aktuator (41) ausgeübte Druck den erniedrigten Druck des Luftsystems übersteigt, um die Taumelscheibe (34) in Bezug auf die Welle (12) schwenkbar zu verschieben und eine Hin- und Herbewegung der Kolben (24) in den Zylinderbohrungen (23) zu verursachen.
Axialkolbenverdichter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Aktuator (41) ein elastisches Element aufweist, das an einem Nockenhals (38) angebracht ist, der mit der Taumelscheibe (34) in Kontakt steht.
Axialkolbenverdichter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das elastische Element Belleville Dichtungsscheiben (40) sind.
Axialkolbenverdichter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Aktuator drehbar auf der Welle (12) angebracht ist.
Axialkolbenverdichter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das elastische Element und der Nockenhals (38) in Bezug auf die Welle (12) feststehend sind.
Axialkolbenverdichter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Taumelscheibe (34) einen inneren Teil und einen äußeren Teil (42) aufweist, die miteinander verbunden sind, um synchron um die Welle (12), die eine Wellenachse aufweist, zu schwenken.
Axialkolbenverdichter nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Taumelscheibe (34) zwischen dem inneren (44) und den äußeren (42) Teil eine Lageranordnung aufweist, um zu ermöglichen, dass sich die Teile in Bezug zueinander um die Wellenachse (12) drehen, wobei der Axialverdichter des weiteren einen Stift aufweist, der eine Stiftachse aufweist, die sich senkrecht zu der Wellenachse (12) erstreckt, wobei der Stift drehbar an dem inneren Teil der Taumelscheibenanordnung (34) befestigt und auf der Welle (12) angebracht ist, um sich damit zu drehen.
Axialkolbenverdichter nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Taumelscheibe (34) im Ansprechen auf den durch den Nockenhals (38) auf den inneren Teil der Taumelscheibe (34) in der zweiten Stellung des Aktuators (41) ausgeübten Druck um die Stiftachse schwingt.
Axialkolbenverdichter nach Anspruch 1, der des weiteren ein Gehäuse (62) aufweist, das mit einer Axialnut (64) versehen ist, wobei die Taumelscheibe (34) eine sich radial erstreckende Anschlagseinrichtung aufweist, die gleitend mit der Axialnut (64) des Gehäuses (62) in Eingriff steht, um eine Drehung des äußeren Teils (42) um die Wellenachse (12) zu verhindern, wenn die Taumelscheibe (34) in der zweiten Stellung des Aktuators (41) schwingt.
Axialkolbenverdichter nach Anspruch 1, der des weiteren eine Vielzahl von Kugelgelenke (54, 56) aufweist, die auf der Taumelscheibe (34) voneinander beabstandet sind und sich radial nach außen erstrecken, um in die Kolben (24) einzugreifen.
Axialkolbenverdichter nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Kugelgelenke (54, 56) einen Kugelkörper aufweisen, der von einer Gelenkstange durchquert wird.
Axialkolbenverdichter nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolben (24) eine Kolbenstange (30) aufweist, die sich im allgemeinen parallel zu der Welle (12) erstreckt und ein Ende aufweist, das mit einem Flansch (58) versehen ist, der den Kugelkörper umgibt, um eine relative Winkelverschiebung zwischen dem Kugelkörper und der Kolbenstange (30) zu ermöglichen, wenn die Taumelscheibe (34) schwingt.
Axialkolbenverdichter nach Anspruch 1, der des weiteren eine Kopfplatte (84) aufweist, die das eine Ende der Welle (12) umgibt und mit einer Vielzahl von axialen Einlassöffnungen versehen ist, die von Ansaugluft durchströmt werden, wenn die Kolben den Ansaughub durchführen, sowie einer Vielzahl von axialen Auslassöffnungen, wobei die Auslassöffnungen mit dem Luftsystem in Fließverbindung stehen und während des Kompressionshubs der Kolben (24) von Luftstrom von dem Zylinderblock (22) durchströmt werden.
Axialkolbenverdichter nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Kopfplatte (84) eine Vielzahl von Rückschlagventilen aufweist, die aus der Gruppe bestehend aus Teller- und Blattventilen ausgewählt sind und mit den Einlass- und Auslassöffnungen in Verbindung stehen, wobei die in den Auslassöffnungen vorgesehenen Rückschlagventile geöffnet werden, wenn der Druck in dem Luftsystem unter den vorgegebenen Wert fällt, um Luftstrom von dem Zylinderblock (22) zu dem Luftsystem zu ermöglichen.
Axialkolbenverdichter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Aktuator mit veränderlichem Abstand in der zweiten Stellung verschiebbar ist, abhängig von der Luftdruckänderung in dem Luftsystem, und die Länge der axialen Hübe der Kolben definiert.
Axialkolbenverdichter nach Anspruch 13, der des weiteren ein Solenoidventil (86) aufweist, das mit einem Kolben versehen ist, der die Auslassöffnung (88) auf ein Anforderungssignal hin blockieren kann.
Axialkolbenverdichter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Aktuator einen Servokolben (70) aufweist, der im Ansprechen auf den Druckabfall in dem Luftsystem höchstens unter den Referenzwert betätigt wird, sowie eine Gabel, die zwischen dem Servokolben (70) und einer Nocke angebracht ist, wobei die Nocke in Kontakt mit der Taumelscheibe (34) steht und Druck auf diese ausübt.
Axialkolbenverdichter nach Anspruch 17, der des weiteren eine radiale Einlassöffnung für einen ankommenden Luftstrom aufweist, die in dem Zylinderblock (22) vorgesehen ist und durch die Kolben (24) in der ersten Stellung des Aktuators (41) blockiert wird.