EP1206640A1 - Axialkolbentriebwerk mit einem stufenlos verstellbaren kolbenhub - Google Patents

Axialkolbentriebwerk mit einem stufenlos verstellbaren kolbenhub

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EP1206640A1
EP1206640A1 EP00965884A EP00965884A EP1206640A1 EP 1206640 A1 EP1206640 A1 EP 1206640A1 EP 00965884 A EP00965884 A EP 00965884A EP 00965884 A EP00965884 A EP 00965884A EP 1206640 A1 EP1206640 A1 EP 1206640A1
Authority
EP
European Patent Office
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piston
crank chamber
axial
swash plate
actuating unit
Prior art date
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EP00965884A
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English (en)
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EP1206640B1 (de
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Thomas Tiedemann
Otfried Schwarzkopf
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Valeo Compressor Europe GmbH
Original Assignee
Zexel Valeo Compressor Europe GmbH
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Publication date
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Publication of EP1206640B1 publication Critical patent/EP1206640B1/de
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    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04B—POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
    • F04B27/00—Multi-cylinder pumps specially adapted for elastic fluids and characterised by number or arrangement of cylinders
    • F04B27/08—Multi-cylinder pumps specially adapted for elastic fluids and characterised by number or arrangement of cylinders having cylinders coaxial with, or parallel or inclined to, main shaft axis
    • F04B27/10—Multi-cylinder pumps specially adapted for elastic fluids and characterised by number or arrangement of cylinders having cylinders coaxial with, or parallel or inclined to, main shaft axis having stationary cylinders
    • F04B27/1036—Component parts, details, e.g. sealings, lubrication
    • F04B27/1054—Actuating elements
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04B—POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
    • F04B1/00—Multi-cylinder machines or pumps characterised by number or arrangement of cylinders
    • F04B1/12—Multi-cylinder machines or pumps characterised by number or arrangement of cylinders having cylinder axes coaxial with, or parallel or inclined to, main shaft axis
    • F04B1/26—Control
    • F04B1/28—Control of machines or pumps with stationary cylinders
    • F04B1/29—Control of machines or pumps with stationary cylinders by varying the relative positions of a swash plate and a cylinder block
    • F04B1/295—Control of machines or pumps with stationary cylinders by varying the relative positions of a swash plate and a cylinder block by changing the inclination of the swash plate
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
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    • F04B27/00—Multi-cylinder pumps specially adapted for elastic fluids and characterised by number or arrangement of cylinders
    • F04B27/08—Multi-cylinder pumps specially adapted for elastic fluids and characterised by number or arrangement of cylinders having cylinders coaxial with, or parallel or inclined to, main shaft axis
    • F04B27/14—Control
    • F04B27/16—Control of pumps with stationary cylinders
    • F04B27/18—Control of pumps with stationary cylinders by varying the relative positions of a swash plate and a cylinder block

Definitions

  • the invention is based on an axial piston engine with an infinitely adjustable piston stroke according to the preamble of claim 1.
  • An air conditioning system of a motor vehicle essentially has a refrigerant compressor, a first heat exchanger, the so-called evaporator, a second heat exchanger, an expansion element and pipes which connect the components to one another.
  • the task of the refrigerant compressor is to suck a refrigerant from the evaporator, in which the refrigerant evaporates while absorbing heat, and to compress it to a higher pressure.
  • the refrigerant can then give off the heat at a higher temperature level and is throttled in the expansion element to a pressure level of the evaporator.
  • the performance of the refrigerant compressor can be made infinitely variable via the piston stroke via a drive speed and particularly energetically favorably in axial piston engines.
  • Known axial piston engines or axial piston compressors for motor vehicle air conditioning systems have a drive shaft driven by a pulley.
  • a swash plate is rotatably and tiltably mounted on the drive shaft via a joint.
  • the swash plate drives at least one piston which is movable in a cylinder.
  • each piston is connected to the swash plate via two articulated stems, specifically with a joint on the tread of the swash plate facing the piston and on the tread facing away from the piston.
  • the joint stems run with their flat surfaces on the running surfaces of the swash plate at full circumferential speed with superimposed radial movement, which results in an elliptical raceway.
  • the articulated stones lie in shaped spherical bearings of the pistons, in which there is a comparatively small relative movement during operation.
  • the swash plate can be connected to the pistons by means of a swash plate instead of articulated stones.
  • the swash plate is secured against rotation to the drive shaft either on a housing or via piston rods.
  • a bearing between the swash plate and the swash plate takes up the entire relative movement. Because of the rotating swashplate, the swashplate only performs a wobble movement.
  • the piston stroke and thus the performance of the axial piston compressor is set via the degree of the tilt angle of the swash plate.
  • the tilt angle of the swashplate is usually limited to a minimum and a maximum value by two stops.
  • one or two guide pins are required to guide the tilting movement in a defined manner and to avoid jamming.
  • the tilt limits or the stops can be integrated in the guide pins.
  • the swash plate is additionally axially displaceably mounted against a prestressed Druckfe ⁇ er.
  • the swashplate is generally limited by the m axial direction.
  • the axial piston engine according to the invention has a drive shaft with a swash plate mounted thereon in a crank chamber and slidable in the axial direction.
  • a tilting angle and an axial position of the swash plate can be set via a control device.
  • the swash plate is connected to at least one piston which can be moved in a cylinder.
  • the control device have an actuating unit separate from the piston. With a control unit separate from the piston, a control range that is independent of the operating points can be created. An actuating force can only be introduced in the direction of the possible adjustment movement of the swash plate, as a result of which jamming and increased wear can be avoided.
  • the axial piston engine can be operated with a low pressure in the crank chamber.
  • a leakage flow of refrigerant from the crankcase through shaft seals to the outside is roughly proportional to the crankcase pressure.
  • an elaborate sealing of the crankcase can be avoided and a low leakage can be achieved.
  • This is particularly advantageous in the case of refrigerants with high absolute pressures, in which high pressures in the crankcase are generally required for regulation via a gas pressure difference on the piston.
  • the solubility of the refrigerant of an air conditioning system in a lubricant of the piston is also low, whereby a high viscosity can be maintained.
  • the viscosity has a positive effect that heating of the lubricant by a gas heated by the high-pressure side of the piston can be avoided with a separate actuating unit.
  • a high viscosity low friction can be achieved between highly loaded sliding pairs on the swash plate and between the pistons and the cylinders, which contributes to a long service life and high reliability.
  • a control unit separated from the piston no specific pressure in the crank chamber is required for regulation, as a result of which coolant can be fed into the cylinder through the crank chamber from an evaporator.
  • the crankcase can thereby be cooled, an additional suction chamber on the top of the piston can be avoided and installation space can be saved.
  • a mostly large volume of the crankcase can be used to dampen gas pulsations.
  • the actuating unit can be driven electrically, pneumatically or advantageously hydraulically. With hydraulic fluid, an advantageous vibration damping can be achieved and a particularly vibration-insensitive axial column engine can be created.
  • the hydraulic actuating unit can be supplied with pressure oil from a hydraulic unit that is independent of the required medium of the piston, for example advantageously from a hydraulic unit that is already present in a motor vehicle. Additional components can be saved and a large control range independent of the operating points of the axial piston engine can be achieved. Furthermore, no pressure build-up or start-up is required for the control, for example due to a minimum tilt angle of 2 °. A load-free start-up of the axial piston engine is made possible and starting an internal combustion engine driving the axial piston engine, for example, is made easier.
  • the oil separator With an oil separator downstream of the cylinder, good heat transfer in the heat exchangers can be ensured and a high efficiency of an air conditioning system can be achieved. Furthermore, the oil separator can be used particularly inexpensively to supply the hydraulic actuating unit with pressure oil.
  • the pressure oil from the oil separator is depending on pressure. If a high actuating force is required, there is a high pressure in the oil separator; if a small actuating force is required, there is a low pressure.
  • the hydraulic actuating unit to the crank chamber via a drain, whereby the oil separator and the actuating unit can be used particularly advantageously to convey the lubricant back into the crank chamber.
  • an inflow from the oil separator to the actuating unit and / or the outflow from the actuating unit to the crank chamber can be regulated. If only the outflow or the inflow is designed to be controllable, the unregulated connection can be formed by an inexpensive throttle point.
  • an oil level control unit be arranged in the oil separator and / or in the crank chamber, which unit is located when the oil level in the oil separator is exceeded and / or falls below an oil level in the crankcase connects the oil separator to the crankcase via a channel.
  • crankcase It is also possible to always connect the oil separator to the crank chamber via a channel and a throttle point, or to match the oil separator and the oil quantity so that the oil separator overflows before there is a lack of oil or a lack of lubricant in the crank chamber.
  • the overflowing oil can then be pumped into the crankcase, for example together with a coolant from an air conditioning system. With a controlled inflow and outflow, a sufficient amount of lubricant can always be ensured in the crankcase.
  • the Schragsche oe can be made tiltable and axially displaceable with various constructions which appear suitable to the person skilled in the art.
  • the swash plate can be mounted on a Z-shaft with a tilted bearing bore and a rotational movement of the bearing plate can be superimposed with a lifting movement, etc.
  • the invention proposes that the swash plate be mounted on a joint head which is axially displaceable via an actuating piston of the actuating unit, and that the swash plate is connected to a component fixed in the axial direction via a decentral joint.
  • a structurally simple and inexpensive adjustment mechanism can be achieved in which the tilt angle and the axial position of the swash plate have a desired relationship.
  • the top dead center of the piston in the cylinder bore can become obsolete and damage space and energy losses can be avoided, as a result of which the axial piston engine can be used particularly advantageously as an earner in an air conditioning system.
  • the compressor can be designed as a pure swash plate compressor or as a swash plate compressor.
  • the solution according to the invention can be applied to gears, etc.
  • the actuating piston and the joint head are advantageously made in one piece, which means that additional components, assembly effort and costs can be saved.
  • the actuator can be partially or completely co-rotating with the drive shaft or non-rotatably arranged in a housing.
  • the actuation unit can be on the side facing away from the piston Swashplate or from the side facing the piston act on the swashplate.
  • FIG. 1 shows an axial piston engine with maximum piston stroke in section
  • FIG. 2 shows an axial piston engine with minimum piston stroke in section
  • FIG. 3 shows a detail of a variant according to FIG. 1 and
  • FIG. 4 shows a schematic diagram of a hydraulic control.
  • FIG. 1 shows an axial piston engine for an air conditioning system of a motor vehicle, which works as a compressor.
  • the axial piston engine has a drive shaft 10 on which a swash plate 16 is mounted in a crank chamber 14.
  • the swash plate 16 is driven via hemispherical ⁇ * j * e gear Steering system 56 connected to pistons 26, 28 guided in cylinders 22, 24.
  • each piston 26, 28 is connected to the swash plate 16 via two articulation members 56, in each case via an articulated block 56 with a tread 58 facing the piston 26, 28 and with a tread 58 facing away from the piston 26, 28 , 60.
  • the articulated stones 56 run with their flat surfaces on the running surfaces 58, 60 of the swash plate 16 at full circumferential speed with superimposed radial movement, which results in an elliptical path.
  • the articulated stones 56 lie with their arched
  • the swash plate is connected in a rotationally fixed manner to the drive shaft 10 via an articulated head 48 of an articulated sleeve 64.
  • the inclined disk 16 can be tilted with a control device 18 on the joint head 48 and displaced in the axial direction with the joint sleeve 64.
  • the control device 18 has a hydraulic actuating unit 30 which is separate from the pistons 26, 28.
  • the actuating unit 30 has an actuating piston 4 formed in one piece with the joint sleeve 64 and the joint head 48.
  • the actuating piston 44 is guided in a cylinder formed by an actuating housing 54.
  • the actuating housing 54 is fixed radially on the drive shaft 10 by means of a positive engagement (not shown in more detail) and axially by means of a clamping ring 76. Stigt.
  • the drive shaft 10 is axially the direction facing away from the cylinders 22, 24 via the adjusting housing 54, the axial bearing 80 and via a running disk 82 on a cover 78 and the direction of the cylinders 22, 24 via an axial slide bearing 84 on a housing 86 of the Axial piston engine trimmed. Furthermore, the drive shaft 10 is mounted in the cover 78 and in the housing 86 via two radial bearings 88, 90.
  • the actuating piston 44 encloses the pressure chamber 74 sealed with the cylinder em via three services 68, 70, 72.
  • Swash plate 16 is connected in one piece to the connecting element 66 and a decentralized joint 52 with the actuating pin 54.
  • the actuating piston 44 merges together with the joint sleeve 64, the joint head 48 and the swash plate 16 m in the direction of the cylinders 22, 24 against a prestressed compression spring 92 (FIG. 2).
  • the compression spring 92 st drenfest connected to the drive shaft 10 and sicn sicn from a clamping ring 94 in the direction used by the actuating piston 44 from.
  • the ⁇ ecentral joint 52 which is formed by a bolt 98 fastened to the connecting element 66 and guided in an elongated hole 96, results in a tilting moment on the swash plate 16 due to the lifting movement of the swash plate 16
  • Swashplate 16 is overlaid by a tilting movement guided by bolt 98 in slot 96, so that in each case top dead center 100 of pistons 26, 28 m of cylinders 22, 24 is retained.
  • the volume of the pressure chamber 74 is preferably small.
  • the actuating unit 30 or the actuating piston 44 is actuated by an oil separator 34 ** connected downstream of the cylinders 22, 24 an Axialoonrung 102, 104, 106 in the housing 86, in the slide bearing 84 and m of the drive shaft 10 and via a radial bore 108 of the drive shaft 10 supplied with pressure oil (Fig. 1, 2 and 4).
  • the pressure oil is advantageously fed axially in the center of the drive shaft 10. In this area, the relative movement between the drive shaft 10 and the slide bearing 84 is advantageously small.
  • the slide bearing 84 can also be used as a seal. If there is still no oil pressure in the oil separator 34 when starting, the compression spring 92 sets a maximum tilt angle em, which ensures pressure build-up.
  • the Swiftmneit 30 is connected to the oil separator 34 via an inlet 38 and to the crank chamber 14 via an outlet 36.
  • the inflow 38 and the outflow 36 can each be controlled via valve 110, 112. If a higher actuating force is required, valve 110 opens. 01 flows into actuating unit 30 at a high pressure level and acts on actuating piston 44. Valve 112 remains closed. If a lower actuating force is required, the valve 112 opens, whereby the 01 flows out of the actuating unit 30 and a lower force is available at the actuating unit 30.
  • the swash plate 16 is moved via the compression spring 92 in the direction of the maximum tilt angle.
  • the valve 110 is closed.
  • FIG. 3 shows a section of a variant of an axial piston engine with a control device 20. Components that are essentially the same are fundamentally numbered with the same reference numerals. With regard to the function and components not shown, reference can be made to the exemplary embodiment in FIGS. 1 and 2.
  • the control device 20 has a steep unit 32 with an actuating piston 46, which is arranged in a non-rotatable manner in an annular recess 122 of a housing 114 of the axial piston engine, as a result of which an additional actuating housing can be saved.
  • the actuating piston 46 is loaded in the direction of the swash plate 16 by a first compression spring 136, is sealed with respect to the housing 114 by two seals 116, 118 and acts on the swash plate 16 in via a joint sleeve 120 and a joint head 50 which is embodied integrally with the joint sleeve 120 axial direction counter to a second prestressed, stronger compression spring 124.
  • the compression spring 124 is supported on a shoulder 126 of a drive shaft 12 in the direction facing away from the actuating piston 46.
  • the swash plate 16 is supported via a decentral articulation in the axial direction, not shown, so that a tilting moment on the swash plate 16 arises as a result of the lifting movement of the swash plate 16.
  • the actuating piston 46 and the articulated sleeve 120 are connected via axial bearings 128 acting on both sides, the actuating piston 46 forming inner treads, the articulated sleeve 120 and fastening element 130 forming outer treads.
  • a defined axial play in the axial bearing 128 can be set with the fastening element 130, which is connected to the joint sleeve 120 via a thread 132.
  • the actuating unit 32 or the actuating piston 46 is supplied with pressure oil by an oil separator 34 via an axial bore 134, like the actuating inlet 30 (cf. corresponding to FIG. 4).

Landscapes

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Abstract

Die Erfindung geht aus von einem Axialkolbentriebwerk mit einem stufenlos verstellbaren Kolbenhub, das eine Antriebswelle (10, 12) aufweist, auf der in einem Kurbelraum (14) eine Schrägscheibe (16) verkippbar und in axialer Richtung verschiebbar gelagert ist und mit einer Regeleinrichtung (18, 20), über die ein Kippwinkel und eine axiale Position der Schrägscheibe (16) einstellbar ist und mit mindestens einem mit der Schrägscheibe (16) antriebsmässig verbundenen, in einem Zylinder (22, 24) bewegbaren Kolben (26, 28). Es wird vorgeschlagen, dass die Regeleinrichtung (18, 20) eine vom Kolben (26, 28) getrennte Stelleinheit (30, 32) aufweist.

Description

Axialkolbentriebwerk mit einem stufenlos verstellbaren Kolbenhub
Stand der Technik
Die Erfindung geht aus von einem Axialkolbentriebwerk mit einem stufenlos verstellbaren Kolbenhub nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Es ist bekannt, Axialkolbentriebwerke mit einem stufenlos verstellbaren Kolbenhub, insbesondere für Kraftfahrzeugklimaanlagen einzusetzen, und zwar als Kältemitteiverdichter .
Eine Klimaanlage eines Kraftfahrzeugs besitzt im wesentlichen einen Kältemittelverdichter, einen ersten Wärmeübertrager, den sogenannten Verdampfer, einen zweiten Wärmeübertrager, ein Expansionsorgan und Rohrleitungen, die die Bauteile miteinander verbinden. Der Kältemittelverdichter hat die Aufgabe, ein Kältemittel aus dem Verdampfer abzusaugen, in dem das Kältemittel unter Wärmeaufnahme verdampft, und auf einen hö- heren Druck zu verdichten. Im zweiten Wärmeübertrager kann das Kältemittel anschließend die Wärme auf einem höheren Temperaturniveau abgeben und erfährt in dem Expansionsorgan eine Drosselung auf ein Druckniveau des Verdampfers. Die Leistung des Kaltemittelverdichters kann über eine Antriebsdrehzahl und besonders energetisch gunstig bei Axialkolbentriebwerken über den Kolbenhub stufenlos verstellbar ausgeführt werden. Bekannte Axialkolbentriebwerke bzw. Axial- kolbenverdichter für Kraftfahrzeugklimaanlagen besitzen eine über eine Riemenscheibe angetriebene Antriebswelle. In einem Kurbelraum ist eine Schragscheibe drehfest und verkippbar über ein Gelenk auf der Antriebswelle gelagert. Die Schragscheibe treibt zumindest einen, in einem Zylinder bewegbaren Kolben an. Zur Aufnahme von Zug- und Druckbelastungen ist jeder Kolben über zwei Gelenksteme mit der Schragscheibe verbunden, und zwar jeweils mit einem Gelenκstem an der dem Kolben zugewandten und an der dem Kolben abgewandten Laufflache der Schragscheibe. Die Gelenksteme laufen mit ihren Planflachen auf den Laufflachen der Schragscheibe mit voller Umfangsgeschwindigkeit bei überlagerter radialer Bewegung, wodurch sich eine elliptische Laufbahn ergibt. Die Gelenksteine liegen mit ihren gewölbten Oberflachen in ausgeformten kugelschaligen Lagern der Kolben, in denen wahrend des Be- triebs eine vergleichsweise kleine Relaπvbewegung vorliegt.
Ferner kann die Schragscheibe, anstatt über Gelenksteine, über eine Taumelscheibe mit den Kolben verbunden sein. Die Taumelscheibe ist entweder an einem Gehäuse oder über Kolben- Stangen gegenüber der Antriebswelle verdrehgesichert. Eine Lagerung zwischen der Schragscheibe und der Taumelscheibe nimmt die gesamte Relativbewegung auf. Die Taumelscheibe führt aufgrund der rotierenden Schragscheibe nur eine Taumelbewegung aus.
Der Kolbenhub und damit die Leistung des Axialkolbenverdichters wird über den Grad des Kippwinkels der Schragscheibe eingestellt. Bei einem großen Kippwinkel entsteht ein -großer Kolbenhub und eine hohe Leistung, bei einem kleinen Kippwinkel entsteht ein kleiner Kolbenhub und eine niedrige Leistung. Der Kippwinkel der Schragscheibe wird in der Regel durch zwei Anschlage auf einen minimalen und einen maximalen Wert begrenzt. Gewöhnlich sind ein bis zwei Fuhrungsstifte notwendig, um die Kippbewegung definiert zu fuhren und ein Verklemmen zu vermeiden. Die Kippbegrenzungen bzw. die Anschlage können in den Fuhrungsstiften integriert sein.
Wird bei der Verstellung des Kippwinkels von einem maximalen Wert auf einen kleineren Wert ein oberer Totpunkt des Kolbens m Richtung Schragscheibe im Zylinder verschoben, kann bereits komprimiertes Gas nicht vollständig ausgeschoben werden. Die in das Gas eingebrachte Kompressionsenergie kann nicht für den Kuhlprozeß genutzt werden. Es entsteht ein sogenannter Schadraum zwischen dem Kolben und einer Ventilplat- te am Zylinder, der zu einem Energieverlust fuhrt. Um den Schaαraum zu vermeiden und den oberen Totpunkt der Kolben beizubehalten, ist die Schragscheibe zusätzlich gegen eine vorgespannte Druckfeαer axial verschiebbar gelagert. Die Schragscheibe wird m der Regel über Anscnlage m axialer Richtung begrenzt.
Vorteile der Erfindung
Das erfindungsgemaße Axialkolbentriebwerk besitzt eine Antriebswelle mit einer darauf in einem Kurbelraum verkippbar und m axialer Richtung verschiebbar gelagerten Schragschei- be. Über eine Regeleinrichtung ist ein Kippwinkel und eine axiale Position der Schragscheibe einstellbar. Die Schragscheibe ist antriebsmaßig mit zumindest einem, in einem Zylinder bewegbaren Kolben verbunden. Es wird vorgeschlagen, daß die Regeleinrichtung eine vom Kolben getrennte Stelleinheit aufweist. Mit einer von dem Kolben getrennten Stelleinheit kann ein von den Betriebspunkten unabhängig großer Regelbereich geschaffen werden. Eine Stell- kraft kann ausschließlich in Richtung der möglichen Verstellbewegung der Schrägscheibe eingeleitet werden, wodurch ein Klemmen und eine erhöhte Abnutzung vermeidbar sind.
Strömungsverluste zwischen der Oberseite des Kolbens und dem Kurbelraum können vermieden und es kann die gesamte Verdichterleistung, beispielsweise als Kälteleistung für eine Klimaanlage genutzt werden. Ferner kann das Axialkolbentriebwerk mit einem geringen Druck im Kurbelraum betrieben werden. Ein Leckagestrom von Kältemittel aus dem Kurbelraum durch Wellen- abdichtungen nach außen ist etwa proportional dem Kurbelraumdruck. Mit einem geringen Druck kann eine aufwendige Abdichtung des Kurbelraums vermieden und eine geringe Leckage erreicht werden. Dies ist insbesondere bei Kältemitteln mit hohen absoluten Drücken von Vorteil, bei denen im allgemeinen für eine Regelung über eine Gasdruckdifferenz am Kolben hohe Drücke im Kurbelraum erforderlich sind. Bei einem geringen Druck ist ferner die Löslichkeit des Kältemittels einer Klimaanlage in einem Schmierstoff des Kolbens gering, wodurch eine hohe Viskosität beibehalten werden kann.
Ferner wirkt sich positiv auf die Viskosität aus, daß mit einer separaten Stelleinheit ein Aufheizen des Schmierstoffs durch ein von der Hochdruckseite des Kolbens erwärmtes Gas vermieden werden kann. Mit einer hohen Viskosität kann eine geringe Reibung zwischen hochbelasteten Gleitpaaren auf der Schrägscheibe und zwischen den Kolben und den Zylindern erreicht werden, was zu einer hohen Lebensdauer und einex hohen Zuverlässigkeit beiträgt. Mit einer vom Kolben getrennten Stεlleinheit ist kein bestimmter Druck im Kurbelraum zur Regelung erforderlich, wodurch von einem Verdampfer Kühlmittel durch den Kurbelraum in den Zylinder gefuhrt werden kann. Der Kurbelraum kann dadurch gekühlt, eine zusätzliche Ansaugkammer auf der Oberseite des Kolbens kann vermieden und Bauraum kann eingespart werden. Ferner kann ein meist großes Volumen des Kurbelraums zur Dämpfung von Gaspulsationen genutzt werden.
Die Stelleinheit kann elektrisch, pneumatisch oder vorteilhaft hydraulisch angetrieben sein. Mit Hydraulikflussigkeit kann eine vorteilhafte Schwingungsdampfung erreicht und ein besonders schwingungsunempfindl ches Axialkoloentriebwerk geschaffen werden. Die hydraulische Stelleinheit kann von einer vom geforderten Medium des Kolbens unabhängigen Hydraulikeinheit mit Druckol versorgt sein, beispielsweise vorteilhaft von einer in einem Kraftfahrzeug bereits vorhandenen Hydraulikeinheit. Zusätzliche Bauteile können eingespart und ein von den Betr ebspun ten des Axialkolbentriebwerks unabhangi- ger großer Regelbereich kann erreicht werden. Ferner ist kein Druckaufbau oeim Anfahren αes Axialkoloentrieower s für die Regelung erforderlich, beispielsweise durch einem minimalen Kippwinkel von 2°. Ein lastfreies Anfahren des Axialkolbentriebwerks wird ermöglicht und das Starten beispielsweise ei- ner das Axialkolbentriebwerk antreibenden Brennkraftmaschine wird erleichtert.
Mit einem dem Zylinder nachgeschalteten Olabscheider kann ein guter Wärmeübergang in den Wärmeübertragern sichergestellt und ein hoher Wirkungsgrad einer Klimaanlage erreicht -werden. Ferner kann der Olabscheider besonders gunstig dazu genutzt werden, die hydraulische Stelleinheit mit Drucköl zu versorgen. Das Drucköl aus dem Olabscheider ist betriebspunkt- abhängig mit Druck beaufschlagt. Ist eine hohe Stellkraft erforderlich, liegt im Olabscheider ein hoher Druck vor, ist eine kleine Stellkraft erforderlich, liegt ein kleiner Druck vor.
In einer Ausgestaltung wird vorgeschlagen, die hydraulische Stelleinheit über einen Abfluß mit dem Kurbelraum zu verbinden, wodurch besonders günstig der Olabscheider und die Stelleinheit dazu genutzt werden können den Schmierstoff zurück in den Kurbelraum zu fördern. Hierbei kann ein Zufluß vom Olabscheider zur Stelleinheit und/oder der Abfluß von der Stelleinheit zum Kurbεlraum regelbar ausgeführt sein. Ist nur der Abfluß oder der Zufluß regelbar ausgeführt, kann jeweils die nicht geregelte Verbindung von einer kostengünstigen Drosselstelle gebildet werden.
Ist nur der Abfluß oder der Zufluß regelbar, kann es vorkommen, daß mehr Schmierstoff im Olabscheider abgeschieden wird als für die Stelleinheit bzw. für die Regelung erforderlich ist. Um sicher zu stellen, daß stets eine ausreichende Menge an Schmierstoff im Kurbelraum ist, wird in einer Ausgestaltung vorgeschlagen, daß im Olabscheider und/oder im Kurbelraum zumindest ein Teil einer Olstandsregeleinheit angeordnet ist, die bei Überschreiten eines Ölstands im Olabscheider und/oder bei Unterschreiten eines Ölstands im Kurbelraum den Olabscheider über einen Kanal mit dem Kurbelraum verbindet. Ferner ist möglich, den Olabscheider stets über einen Kanal und eine Drosselstelle mit dem Kurbelraum zu verbinden oder den Olabscheider und die Ölmenge so aufeinander abzust immen, daß der Olabscheider überläuft bevor ein Ölmangel bzw. ein Schmierstoffmangel im Kurbelraum entsteht. Das überla fende Öl kann anschließend in den Kurbelraum gefördert werden, beispielsweise gemeinsam mit einem Kühlmittel einer Klima-anläge. Mit einem geregelten Zufluß und einem geregelten Abfluß kann stets eine ausreichende Schmierstoffmenge im Kurbelraum sicher gestellt werden.
Die Schragsche oe kann mit verschiedenen dem Fachmann als geeignet erscheinenden Konstruktionen kippbar und axial verschiebbar ausgeführt werden. Beispielsweise kann die Schragscheibe auf einer Z-Welle mit einer gekippten Lagerbohrung gelagert und eine Verdrehbewegung der Lagerscheibe mit einer Hubbewegung überlagert sein usw. In einer Ausgestaltung der
Erfindung wird vorgeschlagen, daß die Schragscheibe auf einem über einen Stellkolben der Stellemheit axial verschieobaren Gelenkkopf gelagert und die Schragscheioe über ein dezentrales Gelenk mit einem in axialer Richtung fixierten Bauteil verbunden ist. Es kann ein konstruktiv einfacher und kostengünstiger Verstellmechanismus erreicht werden, bei dem Kipp- inkel und axiale Position der Schragscheibe einen gewünschten Zusammenhang besitzen. Der obere Totpunkt des Kolbens in der Zylinderlaufoahn kann ernalten und ein Schadraum und Energieverluste Können vermieden werden, wodurch das Axial- kolbentriebwerk besonders vorteilhaft als Verdienter m einer Klimaanlage verwendet werden kann. Der Verdichter kann als reiner Schragscheibenverdichter oder als Taumelscheibenver- dichter ausgeführt sein. Ferner kann die erfmdungsgemaße Lo- sung bei Getrieben usw. angewendet werden.
Vorteilhaft ist der Stellkolben und der Gelenkkopf emstuckig ausgeführt, wodurch zusatzlicne Bauteile, Montageaufwand und Kosten eingespart werden können. Die Stellemheit kann teil- weise oder vollständig mit der Antriebswelle mitrotierend oder drehfest in einem Gehäuse angeordnet sein. Ferner kann die Stellemheit von der dem Kolben abwandten Seite auf die Schrägscheibe oder von der dem Kolben zugewandten Seite auf die Schragscheibe wirken.
Zeichnung
Weitere Vorteile ergeben sich aus der folgenden Zeichnungsbeschreibung. In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt. Die Zeichnung, die Beschreibung und die Ansprüche enthalten zahlreiche Merkmale in Kombination.
Der Fachmann wird die Merkmale zweckmäßigerweise auch einzeln betrachten und zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusammenfassen.
Es zeigen:
Fig. 1 ein Axialkolbentriebwerk bei maximalem Kolbenhub im Schnitt, Fig. 2 ein Axialkolbentriebwerk bei minimalem Kolben- hub im Schnitt,
Fig. 3 einen Ausschnitt einer Variante nach Fig. 1 und Fig. 4 eine Prinzipskizze einer hydraulischen Regelung.
Beschreibung der Ausführungsbeispiele
Fig. 1 zeigt ein Axialkolbentriebwerk für eine Klimaanlage eines Kraftfahrzeugs, das als Verdichter arbeitet. Das Axialkolbentriebwerk besitzt eine Antriebswelle 10, auf der in einem Kurbelraum 14 eine Schrägscheibe 16 gelagert ist. Die Schrägscheibe 16 ist antriebsmäßig über halbkugelförmi<*j*e Ge- lenksteme 56 mit in Zylindern 22, 24 geführten Kolben 26, 28 verbunden. Zur Aufnahme von Zug- und Druckbelastungen st jeder Kolben 26, 28 über zwei Gelenkste e 56 mit der Schragscheibe 16 verbunden, und zwar jeweils über einen Gelenkstein 56 mit einer den Kolben 26, 28 zugewandten und mit einer den Kolben 26, 28 abgewandten Laufflache 58, 60. Die Gelenksteine 56 laufen mit ihren Planflachen auf den Laufflachen 58, 60 der Schragscheibe 16 mit voller Umfangsgeschwindigkeit bei überlagerter radialer Bewegung, wodurch sich eine elliptische Bahn ergibt. Die Gelenksteine 56 liegen mit ihren gewölbten
Oberflachen m ausgeformten kugelschaligen Lagern 62 der Kolben 26, 28, denen wahrend des Betriebs eine vergleichsweise kleine Relativbewegung vorliegt.
Die Schragscheibe ist über einen Gelenkkopf 48 einer Gelenk- hulse 64 mit der Antriebswelle 10 drehfest verbunden. Um den Kolbenhub und damit die Leistung des Axialkolbentriebwerks stufenlos einstellen zu können, ist die Schragscneibe 16 mit einer Regeleinrichtung 18 auf dem Gelenkkopf 48 verkippbar und in axialer Richtung mit der Gelenkhulse 64 verschiebbar. Bei einem großen Kippw kel wird eine großer Koloenhub und eine hohe Leistung, bei einem kleinen Kippwinkel wird ein kleiner Kolbenhub und eine niedrige Leistung erreicht (Fig. 1 u. 2) .
Erfindungsgemaß besitzt die Regeleinrichtung 18 eine von den Kolben 26, 28 getrennte hydraulische Stellemheit 30. Die Stellemheit 30 weist einen e stuckig mit der Gelenkhulse 64 und dem Gelenkkopf 48 ausgebildeten Stellkolben 4 auf. Der Stellkolben 44 ist in einem von einem Stellgehause 54 gebildeten Zylinder gefuhrt. Das Stellgehause 54 ist radial über einen nicht naher dargestellten Formschluß und axial über einen Spannring 76 formschlussig auf der Antriebswelle 10 befe- stigt. Die Antriebswelle 10 ist axial die von αen Zylindern 22, 24 abgewandte Richtung über das Stellgehause 54, em Axiallager 80 und über eine Laufscheibe 82 an einem Deckel 78 und Richtung der Zylinder 22, 24 über em axiales Gleitla- ger 84 an einem Gehäuse 86 des Axialkolbentriebwerks abgestutzt. Ferner ist die Antriebswelle 10 über zwei Radiallager 88, 90 im Deckel 78 und im Gehäuse 86 gelagert.
Der Stellkolben 44 scnließt mit dem Zylinder em über drei Dientungen 68, 70, 72 abgedichteten Druckraum 74 ein. Die
Schragscheibe 16 ist uoer e emstuckig an die Scnragsche be 16 angeformtes Verbmαungselement 66 und ein dezentrales Gelenk 52 mit dem Stellgenause 54 verbunden.
Wird der Druckraum 74 mit Drucκol beaufschlagt, verscmebt sich der Stellkolben 44 gemeinsam mit der Gelenkhulse 64, dem Gelenkkopf 48 und der Schragscheibe 16 m Richtung der Zylinder 22, 24 entgegen einer vorgespannten Druckfeder 92 (Fig. 2). Die Druckfeder 92 st drenfest mit der Antriebswelle 10 verbunden und stutzt sicn an einem Spannring 94 in die vom Stellkolben 44 angewandte Ricntung ab. Durch das αezentrale Gelenk 52, welches von einem am Verbmdungselement 66 befestigten, m einem Langloch 96 geführten Bolzen 98 gebildet ist, entsteht durch die Hubbewegung der Schragscheibe 16 em Kippmoment auf die Schragscheibe 16. Die Hubbewegung der
Schragscheibe 16 wird von einer durch den Bolzen 98 im Langloch 96 gef hrten Kippbewegung überlagert, so daß jeweils em oberer Totpunkt 100 der Kolben 26, 28 m den Zylindern 22, 24 erhalten bleibt. Um mit einer geringen Olmenge auszukommen, ist das Volumen des Druckraums 74 vorzugsweise klein.
Die Stellemheit 30 bzw. der Stellkolben 44 wird von einem den Zylindern 22, 24 nachgeschalteten Olabscheider 34 **uber eine Axialoonrung 102, 104, 106 im Gehäuse 86, im Gleitlager 84 und m der Antriebswelle 10 und über eine Radialbohrung 108 der Antriebswelle 10 mit Drucköl versorgt (Fig. 1, 2 u. 4). Das Drucköl wird vorteilhaft n die Antriebswelle 10 axial mittig zugeführt. In diesem Bereicn ist die Relativbewegung zwischen der Antriebswelle 10 und dem Gleitlager 84 vorteilhaft gering. Ferner kann das Gleitlager 84 zusätzlich als Dichtung genutzt werden. Liegt beim Anfahren im Olabscheider 34 noch kein Öldruck vor, stellt die Druckfeder 92 einen maximalen Kippwinkel em, wodurch em Druckaufbau sichergestellt ist.
Die Stellemneit 30 ist über einen Zufluß 38 mit dem Olabscheider 34 und über einen Abfluß 36 mit dem Kurbelraum 14 verbunden. Der Zufluß 38 und der Abfluß 36 sind jeweils über em Ventil 110, 112 regelbar. Wird eine höhere Stellkraft benotigt, öffnet das Ventil 110. Das 01 strömt mit hohem Druckniveau in d e Stellemheit 30 und wirkt auf den Stellkolben 44. Das Ventil 112 bleibt dabei geschlossen. Wird e ne genn- gere Stellkraft oenot gt, öffnet das Ventil 112, wodurch das 01 aus der Stellemheit 30 abfließt und an der Stellemheit 30 eine geringere Kraft verfugbar ist. Die Schragscheibe 16 wird über αie Druckfeder 92 in Richtung maximalen Kippwinkel verschoben. Das Ventil 110 ist geschlossen.
Wird eines der Ventile 110, 112 durch e ne Drossel ersetzt und ist nur der Zufluß 38 oder der Abfluß 36 regelbar, kann vorteilhaft mit einer m Fig. 4 angedeuteten Olstandsregeleinheit 40 und mit einem Kanal 42 vom Olabscheider 34 zum Kurbelraum 14 sichergestellt werden, daß stets eine ausreichende Menge an Schmierstoff im Kurbelraum 14 zur Verf gung steht. Fig. 3 zeigt einen Ausschnitt einer Variante eines Axialkolbentriebwerks m t einer Regeleinrichtung 20. Im wesentlichen gleichbleibende Bauteile sind grundsatzlicn mit den gleichen Bezugszeichen beziffert. Bezuglich der Funktion und nicht dargestellter Bauteile kann auf das Ausfuhrungsbeispiel in Fig. 1 und 2 verwiesen werden. Die Regeleinrichtung 20 besitzt eine Steileinheit 32 mit einem Stellkolben 46, der in einem ringförmigen Einstich 122 eines Gehäuses 114 des Axialkolbentriebwerks drehfest angeordnet ist, wodurch ein zusatz- liches Stellgehause eingespart werden kann. Der Stellkolben 46 wird m Richtung Schragscheibe 16 durcn eine erste Druckfeder 136 belastet, ist über zwei Dichtungen 116, 118 gegenüber dem Gehäuse 114 abgedichtet und wirkt über eine Gelenkhulse 120 und einen emstuckig mit der Gelenkhulse 120 ausge- führten Gelenkkopf 50 auf die Schragscneibe 16 in axialer Richtung entgegen einer zweiten vorgespannten, stärkeren Druckfeder 124. Die Druckfeder 124 ist die vom Stellkolben 46 abgewandte Richtung an einem Absatz 126 einer Antriebswelle 12 abgestutzt. Die Schragscheioe 16 ist über em nicht na- her dargestelltes dezentrales Gelenk axialer Richtung abgestutzt, so daß durch die Hubbewegung αer Schragscheibe 16 ein Kippmoment auf die Schragscheibe 16 entsteht. Der Stellkolben 46 und die Gelenkhulse 120 sind über e beidseitig wirkendes Axiallager 128 verbunden, wobei der StellkolDoen 46 innere Laufflachen, die Gelenkhulse 120 und e Befestigungselement 130 äußere Laufflachen bilαen. Mit dem Befestigungselement 130, das über em Gewinde 132 mit der Gelenkhulse 120 verbunden ist, kann ein definiertes axiales Spiel im Axiallager 128 eingestellt werden. Die Stellemheit 32 bzw. der Stellkolben 46 wird über eine Axialbohrung 134 von einem Olabscheider 34 mit Drucköl versorgt, wie die Stelleinlieit 30 (vgl. entsprechend Fig. 4).
Bezugszeichen
10 Antriebswelle 58 Lauffläche
12 Antriebswelle 60 Lauffläche
14 Kurbelraum 62 Lager
16 Schrägscheibe 64 Gelenkhülse
18 Regeleinrichtung 66 Verbindungselement
20 Regeleinrichtung 68 Dichtung
22 Zylinder 70 Dichtung
24 Zylinder 72 Dichtung
26 Kolben 74 Druckraum
28 Kolben 76 Spannring
30 Stelleinheit 78 Deckel
32 Stelleinheit 80 Axiallager
34 Olabscheider 82 LaufScheibe
36 Abfluß 84 Gleitlager
38 Zufluß 86 Gehäuse
40 Olstandsregeleinheit 88 Lager
42 Kanal 90 Lager
44 Stellkolben 92 Druckfeder
46 Stellkolben 94 Spannring
48 Gelenkkopf 96 Langloch
50 Gelenkkopf 98 Bolzen
52 Gelenk 100 Totpunkt
54 Bauteil 102 Bohrung
56 Gelenkstein 104 Bohrung 106 Bohrung
108 Bohrung
110 Ventil
112 Ventil
114 Gehäuse
116 Dichtung
118 Dichtung
120 Gelenkhülse
122 Einstich
124 Druckfeder
126 Absatz
128 Lager
130 Befestigungselement
132 Gewinde
134 Bohrung
136 Druckfeder

Claims

Ansprüche
1. Axialkolbentriebwerk mit einem stufenlos verstellbaren Kolbenhub, das eine Antriebswelle (10, 12) aufweist, auf der in einem Kurbelraum (14) eine Schrägscheibe (16) verkippbar und in axialer Richtung verschiebbar gelagert ist und mit einer Regeleinrichtung (18, 20) , über die ein Kippwinkel und eine axiale Position der Schrägscheibe (16) einstellbar ist und mit mindestens einem mit der Schrägscheibe (16) antriebsmäßig verbundenen, in einem Zylinder (22, 24) bewegbaren Kolben (26, 28), dadurch gekennzeichnet, daß die Regeleinrichtung (18, 20) eine vom Kolben (26, 28) getrennte Stelleinheit (30, 32) aufweist.
2. Axialkolbentriebwerk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Stelleinheit (30, 32) hydraulisch angetrieben ist.
3. Axialkolbentriebwerk nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Stelleinheit (30, 32) von einer vom geförderten Medium des Kolbens (26, 28) unabhängigen Hydraulikeinheit mit Drucköl versorgt ist.
4. Axialkolbentriebwerk nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die hydraulische Stelleinheit (30, 32) von einem dem Zylinder (22, 24) nachgeschalteten Olabscheider (34) mit Drucköl versorgt ist.
5. Axialkolbentriebwerk nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Stelleinheit (30, 32) über einen Abfluß (36) mit dem Kurbelraum (14) verbunden ist und ein Zufluß (38) vom Olabscheider (34) zur Stelleinheit (30, 32) oder der Abfluß (36) von der Stelleinheit (30, 32) zum Kurbelraum (14) regelbar ist.
6. Axialkolbentriebwerk nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß im Olabscheider (34) und/oder im Kurbelraum (14) zumindest ein Teil einer Olstandsregeleinheit (40) angeordnet ist, die bei Überschreiten eines bestimmten Ölstands im Olabscheider (34) und/oder bei Unterschreiten eines Ölstands im Kurbelraum (14) den Olabscheider (34) über einen Kanal (42) mit dem Kurbelraum (14) verbindet.
7. Axialkolbentriebwerk nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Olabscheider und eine vorhandene Ölmenge so aufeinander abgestimmt sind, daß der Olabscheider überläuft bevor ein Ölmangel im Kurbelraum (14) auftritt, wobei das überlaufende Öl zurück in den Kurbelraum (14) fließt.
8. Axialkolbentriebwerk nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Stelleinheit (30, 32) über einen Abfluß (36) mit dem Kurbelraum (14) verbunden ist und ein Zufluß (38) vom Olabscheider (34) zur Stelleinheit (30, 32) und der Abfluß (36) von der Stelleinheit (30, 32) zum Kurbelraum (14) regelbar sind.
9. Axialkolbentriebwerk nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Schrägscheibe (16) auf einem über einen Stellkolben (44, 46) der Stelleinheit (30, 32) axial verschiebbaren Gelenkkopf (48, 50) gelagert und die Schrägscheibe (16) über ein dezentrales Gelenk (52) mit einem in axialer Richtung fixierten Bauteil (54) verbunden ist.
10. Axialkolbentriebwerk nach Anspruch 9, dadurch gekenn- zeichnet, daß der Stellkolben (44) und der Gelenkkopf (48) einstückig ausgeführt sind.
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