EP1464836B1 - Axialkolbenverdichter, insbesondere CO2-Verdichter für Kraftfahrzeug-Klimaanlagen - Google Patents
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- EP1464836B1 EP1464836B1 EP04006239A EP04006239A EP1464836B1 EP 1464836 B1 EP1464836 B1 EP 1464836B1 EP 04006239 A EP04006239 A EP 04006239A EP 04006239 A EP04006239 A EP 04006239A EP 1464836 B1 EP1464836 B1 EP 1464836B1
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
- F04B—POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
- 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
- F04B27/1072—Pivot mechanisms
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
- F04B—POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
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- F04B27/1054—Actuating elements
Definitions
- the invention relates to an axial piston compressor, in particular CO 2 compressor for motor vehicle air conditioning systems.
- a known axial piston compressor is described for example in DE 197 49 727 A1.
- This comprises a housing in which a plurality of axial pistons are arranged around a rotating drive shaft in a circular arrangement.
- the driving force is transmitted from the drive shaft via a driver on an annular pivot plate and from this in turn to the parallel to the drive shaft translationally displaceable piston.
- the annular swash plate is pivotally mounted on a sleeve mounted axially displaceably on the drive shaft.
- a slot is provided through which engages the mentioned driver.
- Drive shaft, driver, sliding sleeve and swivel plate are arranged in a so-called.
- Engine room, in the gaseous working fluid of the compressor is present with a populated pressure.
- the delivery volume and thus the delivery rate of the compressor are dependent on the pressure ratio between the suction side and pressure side of the piston or correspondingly dependent on the pressures in the cylinders on the one hand and in the engine room on the other.
- the mentioned driver serves both for torque transmission between the drive shaft and swash plate and for the axial support of the piston, ie for gas force support.
- the construction according to DE 197 49 727 A1 is based on an older construction, for example according to DE 44 11 926 A1, in which the driver is formed in two parts, wherein a fixed to the drive shaft first driver part is arranged at a considerable distance next to the swash plate and a second, in the first articulated driver part a lateral Extension of the swash plate forms.
- This design has the disadvantage that it co-determines the axial minimum length of the compressor significantly.
- the swivel hub having a thickened hub portion has a relatively large moment of inertia through its lateral extension with a center of gravity substantially away from the drive axis, so that a sudden change in rotational speed with corresponding inertia results in a tilt adjustment of the swash plate.
- the center of gravity removed from the tilting axis causes an imbalance, since the engine can be balanced only for a (preferably) average swashplate tilt angle. The situation is similar with the construction according to EP 1 172 557 A2.
- An axial piston compressor 1 according to FIG. 10 has, for example, seven pistons 2 which are arranged at the same angular distance from one another in the circumferential direction and are axially reciprocally mounted in cylinder bores 3 of a cylinder block 4.
- the lifting movement of the piston 2 is effected by the engagement of an inclined to a drive shaft 5 annular swash plate 6 in engagement chambers 7, each adjacent to closed cavities 8 of the piston 2.
- For the substantially play-free sliding engagement in each inclined position of the swash plate 6 are provided on both sides spherical segments or spherical segment-like sliding blocks 11 and 12 between this and a spherically curved inner wall 10 of the engagement chamber 7, so that the swash plate 6 slides in their circulation between them.
- the drive transmission from the drive shaft 5 to the annular swash plate 6 is effected by a driving pin 5 mounted in the driving pin 13, for example spherical head engages in a radial bore 16 of the annular swash plate 6.
- the position of the driver head 15 is so wavy that its center 17 coincides with that of the spherical shape of the spherical segments 11, 12. In addition, this center is located on a circular line that connects the geometric axes of the seven pistons. In this way, the dead center position of the piston 2 is accurately determined and ensures a minimum harmful space.
- the head shape of the free Mit supportiveendes allows the change in the inclination of the annular pivot plate 6 by the driver head 15 forms a bearing body for the stroke of the piston 2 changing pivotal movement of the swash plate 6. Further requirement for a pivoting of the disk 6 is the displaceability of its bearing axis 20 in the direction of the drive shaft 5.
- the bearing axis 20 by two coaxially on both sides of a sliding sleeve 21 mounted bearing pin 22, 23 is formed corresponding to FIG. 11, which also in radial bores 24, 25 of the annular swash plate 6 are mounted.
- the sliding sleeve 21 has for this purpose preferably on both sides bearing sleeves 26, 27, which bridge the annular space 28 between the sliding sleeve 21 and the annular pivot plate 6.
- the adjustment of the position of the sliding sleeve 21 and thus the stroke of the piston 2 and the capacity of the compressor is effected by at least one co-operating with the sliding sleeve 21 spring 34, 35.
- a disadvantage of the known construction is that the contact principle described between the driver and swivel plate causes a non-uniform deformation behavior of the swashplate running sides, which leads in consequence to a correspondingly unfavorable running behavior of the sliding blocks on the swash plate.
- the contact principle described between the driver and swivel plate causes a non-uniform deformation behavior of the swashplate running sides, which leads in consequence to a correspondingly unfavorable running behavior of the sliding blocks on the swash plate.
- the design very small residual wall thickness to a strong deformation in this area.
- the running properties of the sliding blocks on the swash plate are affected accordingly.
- This problem has already been detected.
- WO 02/38959 A1 different geometric shapes have been proposed between the driver and the associated receiving bore.
- a further swashplate engine is known in which a driver protrudes into a swash plate.
- the swivel disk is also articulated in the radial direction and therefore has no displaceability in the radial direction.
- the advantage of this design is that the associated joint can transmit the forces over the surface, with the result that a relatively small construction is possible.
- the known driver / torque arm is acted upon by both the torque and by the supporting force of the swash plate in response to the resulting gas forces. Both force and bending moment curves have their maximum in the region of the receptacle on the drive shaft. Accordingly strong the drive shaft must be dimensioned. Of course, the same applies to the dimensioning of both the driver and the swash plate, especially in the region of the receiving bore for the driver. Of course, the stronger dimensioning inevitably leads to correspondingly higher masses and thus moments of inertia. These can affect the control behavior unfavorably and must be compensated. The stronger dimensioning also has the consequence that the piston assemblies associated with the piston assemblies are dimensioned larger or must be sized larger. This applies to both the sliding blocks and the pistons themselves.
- the present invention has for its object to provide a compressor that can be easily built without restricting the reliability.
- the individual components are relieved for the transmission of the aforementioned forces and moments and can be dimensioned correspondingly smaller.
- tolerance games between the individual components can be set more precisely and excessive surface pressures can be avoided.
- the axial support of the piston on the one hand and the transmission of torque from the drive shaft to the swash plate on the other hand is thus assigned according to the invention different components.
- the force transmission element is pin-shaped and sleeve-shaped.
- the compressor 100 shown in schematic longitudinal section in FIG. 1 comprises a cylinder block 101, a housing 102 delimiting an engine room 103, and a drive shaft 104 which, via a swashplate mechanism 105 within the engine compartment 103, has several, in particular seven, uniformly around the circumference about the drive shaft 104 arranged around axial piston 106 drives, which are mounted axially displaceably within the cylinder block 101.
- the swashplate mechanism 105 comprises an annular swash plate 107 which is pivotally connected both to a sliding sleeve 108 mounted axially displaceably on the drive shaft 104 and to a support element 109 arranged co-rotating therewith at a distance from the drive shaft 104, the pistons 106 each having one Have hinge assembly 110, in which the annular pivot plate 107 is in sliding engagement.
- the hinge assembly 110 is formed according to the prior art and also includes two hemispherical sliding blocks 111, 112.
- the sliding sleeve 108 is also formed as in the prior art and axially biased by helical compression springs 113.
- the support member 109 is formed in the illustrated embodiment as a ball head. This is located at the free end of a pin-like power transmission element 114.
- the support member 109 engages in a formed on the annular pivot plate 107, namely on the ring member thereof elongated hole 115, the bore axis extends radially and its longer cross-sectional axis in the circumferential direction. This ensures that the support element 109 essentially serves only for the axial support of the pistons 106 and for the gas force support.
- the corresponding forces are transmitted to the drive shaft 104 via the support element and the associated power transmission bolt 114.
- the torque transmission between the drive shaft 104 and the swash plate 107 takes place exclusively via an articulated connection 116 arranged therebetween (see FIGS.
- the support member 109 may be formed instead of spherical or cylindrical or barrel-shaped. In the latter two cases, the longitudinal axis of the support element extends perpendicular to the pin-like force transmission element 114.
- This embodiment has the advantage that the axial support via a line contact between the support element and the corresponding radial bore in the swash plate 107 takes place.
- the swivel joint 116 between the drive shaft 104 and swash plate 107 may be formed differently, as the figures 2 to 5 show. These figures also show that the support element 109 has sufficient clearance within the elongated hole bore 115 in the circumferential or rotational direction, so that in no case will forces become effective as a result of the drive torque. By the support member only axial gas forces are absorbed and transmitted.
- the torque transmission between the drive shaft 104 and ring-shaped swash plate 107 via two takes place relative to Drive shaft 104 diametrically extending bolts, which are effective between the sliding sleeve 108 and swash plate 107.
- the sliding sleeve itself is non-rotatably connected to the drive shaft 104 via a feather key arrangement 117.
- the annular swash plate 107 is pivotable about the axis defined by the bearing pin 118 mentioned.
- the pin-type power transmission element 114 extends through the sliding sleeve 108 with play.
- FIG. 4 essentially corresponds to that according to FIG. 3; 4, the rotation takes place between the drive shaft 104 and the sliding sleeve 108 through the force transmission pin 114.
- the coupling is carried out in the embodiment of FIG. 4 only at the opposite end of the spherical support member 109 of the power transmission pin 114th
- FIG. 5 shows a further solution of the connection between the drive shaft 104 and annular pivot plate 107, without the interposition of hinge pin 118. These are replaced in the embodiment of FIG. 5 by corresponding radial pins 119 of the sliding sleeve 108. These radial pins 119 define a pivot bearing for the annular pivot plate 107 about a defined by the radial pin 119 transverse axis 120. Otherwise, the construction of FIG. 5 corresponds to that of FIG. 2nd
- Figures 6 and 7 show two different shapes for the connection between a spherical support member 109 and a pin-like power transmission element 114.
- the spherical support member 109 is arranged according to the invention at one end of a sleeve-like power transmission element 114, in particular welded (preferably Reibsch waitharm ).
- the pin-like power transmission element 114 still has an annular shoulder 121 which serves as a stop for the introduction into a receiving bore formed in the drive shaft 104.
- the pin-type power transmission element 114 is arranged in the embodiment of FIG. 1 so that it protrudes obliquely from the drive shaft 104, in such a manner that at an average inclination position of the annular pivot plate 107, the longitudinal axis of the pin-like power transmission element 114 is directed radially to the annular pivot plate 107 ,
- the abovementioned abutment 121 also ensures that the center 122 of the spherical support element 109 coincides with the center point of the joint arrangement 110 assigned to each piston without additional adjusting measures during assembly of the compressor.
- This mounting position is preferred; however, it may also be advantageous to provide a small "offset" of up to about 1/10 mm between the circular line on which the center of the support member 109 on the one hand and the circular line on which the centers of the piston hinge assemblies 110 lie on the other hand to slightly vary the dead space depending on the tilt angle.
- the center 122 of the support member 109 is located on a circular line that extends radially slightly outside the circumference on which the centers of the piston hinge assembly 110 lie. This embodiment has the advantage that at no time tilting moments on the swash plate attack that tilt the swash plate in a different, not intended direction.
- FIG. 8 shows a further embodiment of a compressor according to the invention, in which parts which have already been described with reference to FIG. 1 are identified by the same reference numerals as in FIG.
- the swash plate mechanism 105 is identical in the embodiment of FIG. 8.
- the embodiment according to FIG. 8 essentially differs from that according to FIG. 1 only in that the cylinder block 101 extends conically into the engine room 103, whereby an extended guidance of the pistons 106 is achieved.
- the cone 123 is designed such that it extends into the annular space 124 between the sliding sleeve 108 and the annular pivot plate 107. As a result, the compressor can be additionally reduced in terms of its overall length.
- the support member 109 is disposed at the free end of an L-shaped force transmitting member 114 at the free end of the shorter, radially outwardly extending leg 125.
- the longer leg 126 extends approximately parallel to the drive shaft 104 and is axially supported on a rotatably connected to the drive shaft 104 support plate 127.
- the support disk 127 in turn is supported on the housing 102 via a needle bearing 128 extending around the drive shaft 104.
- This design has the advantage that in the drive shaft 104 a bearing hole for the pin-like power transmission element 114 can be avoided. Accordingly, the diameter of the drive shaft 104 can be greatly reduced.
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Description
- Die Erfindung betrifft einen Axialkolbenverdichter, insbesondere CO2-Verdichter für Kraftfahrzeug-Klimaanlagen.
- Ein bekannter Axialkolbenverdichter ist zum Beispiel in der DE 197 49 727 A1 beschrieben. Dieser umfasst ein Gehäuse, in dem in einer kreisförmigen Anordnung mehrere Axialkolben um eine rotierende Antriebswelle herum angeordnet sind. Die Antriebskraft wird von der Antriebswelle über einen Mitnehmer auf eine ringförmige Schwenkscheibe und von dieser wiederum auf die parallel zur Antriebswelle translatorisch verschiebbaren Kolben übertragen. Die ringförmige Schwenkscheibe ist an einer axial verschieblich an der Antriebswelle gelagerten Hülse schwenkbar gelagert. In der Hülse ist ein Langloch vorgesehen, durch das der erwähnte Mitnehmer hindurchgreift. Somit ist die axiale Beweglichkeit der Hülse auf der Antriebswelle durch die Abmessungen des Langloches begrenzt. Eine Montage erfolgt durch ein Hindurchstecken des Mitnehmers durch das Langloch. Antriebswelle, Mitnehmer, Schiebehülse und Schwenkscheibe sind in einem sog. Triebwerksraum angeordnet, in dem gasförmiges Arbeitsmedium des Verdichters mit einem bestückten Druck vorliegt. Das Fördervolumen und damit die Förderleistung des Verdichters sind abhängig vom Druckverhältnis zwischen Saugseite und Druckseite der Kolben bzw. entsprechend abhängig von den Drücken in den Zylindern einerseits und im Triebwerksraum andererseits.
- Der erwähnte Mitnehmer dient sowohl zur Drehmomentübertragung zwischen Antriebswelle und Schwenkscheibe als auch zur axialen Abstützung der Kolben, d.h. zur Gaskraftabstützung. Die Konstruktion gemäß der DE 197 49 727 A1 geht aus von einer älteren Konstruktion, zum Beispiel gemäß der DE 44 11 926 A1, bei der der Mitnehmer zweiteilig ausgebildet ist, wobei ein an der Antriebswelle befestigter erster Mitnehmerteil mit erheblichem Abstand neben der Schwenkscheibe angeordnet ist und ein zweiter, in den ersten gelenkig eingreifender Mitnehmerteil einen seitlichen Fortsatz der Schwenkscheibe bildet. Diese Bauweise hat den Nachteil, dass sie die axiale Mindestlänge des Verdichters wesentlich mitbestimmt. Außerdem hat die einen verdickten Nabenteil aufweisende Schwenkscheibe durch ihren seitlichen Fortsatz ein verhältnismäßig großes Trägheitsmoment mit einem erheblich von der Antriebsachse entfernten Schwerpunkt, so dass eine plötzliche Veränderung der Drehgeschwindigkeit mit entsprechender Trägheit zu einer Neigungsverstellung der Schwenkscheibe führt. Weiterhin bewirkt der von der Kippachse entfernte Schwerpunkt eine Unwucht, da das Triebwerk nur für einen (vorzugsweise) mittleren Schwenkscheiben-Kippwinkel gewuchtet werden kann. Ähnlich verhält es sich bei der Konstruktion nach der EP 1 172 557 A2.
- Gegenüber diesen bekannten Konstruktionen zeichnet sich der Vorschlag gemäß der DE 197 49 727 A1 durch eine wesentlich kompaktere Bauweise aus. Trägheitskräfte werden auf ein Minimum reduziert. Weiterhin wird auch eine exakte Einhaltung der inneren Totpunktposition der Kolben gewährleistet. So genannte Schadräume werden verhindert. Eine bevorzugte Ausführungs form gemäß der DE 197 49 727 A1 soll nunmehr anhand der Fig. 10 und 11 näher beschrieben werden. Ein Axialkolbenverdichter 1 gemäß Fig. 10 weist beispielsweise sieben Kolben 2 auf, die in Umfangsrichtung in gleichem Winkelabstand voneinander angeordnet und in Zylinderbohrungen 3 eines Zylinderblockes 4 axial hin- und herbeweglich gelagert sind. Die Hubbewegung der Kolben 2 erfolgt durch den Eingriff einer zu einer Antriebswelle 5 schräg verlaufenden ringförmigen Schwenkscheibe 6 in Eingriffskammern 7, die jeweils an geschlossene Hohlräume 8 der Kolben 2 angrenzen. Für den im wesentlichen spielfreien Gleiteingriff in jeder Schräglage der Schwenkscheibe 6 sind zwischen dieser und einer sphärisch gewölbten Innenwand 10 der Eingriffskammer 7 beidseitig Kugelsegmente bzw. kugelsegmentartige Gleitsteine 11 und 12 vorgesehen, so dass die Schwenkscheibe 6 bei ihrem Umlauf zwischen ihnen gleitet. Die Antriebsübertragung von der Antriebswelle 5 zu der ringförmigen Schwenkscheibe 6 erfolgt durch einen in der Antriebswelle 5 befestigten Mitnehmerbolzen 13, dessen beispielsweise kugelförmiger Kopf in eine Radialbohrung 16 der ringförmigen Schwenkscheibe 6 eingreift. Dabei ist die Position des Mitnehmerkopfes 15 so gewellt, dass sein Mittelpunkt 17 mit demjenigen der Kugelform der Kugelsegmente 11, 12 übereinstimmt. Außerdem liegt dieser Mittelpunkt auf einer Kreislinie, die geometrischen Achsen der sieben Kolben miteinander verbindet. Auf diese Weise ist die Totpunktposition der Kolben 2 exakt bestimmt und ein minimaler schädlicher Raum gewährleistet.
- Die Kopfform des freien Mitnehmerendes ermöglicht die Veränderung der Neigung der ringförmigen Schwenkscheibe 6, indem der Mitnehmerkopf 15 einen Lagerkörper für die die Hubweite der Kolben 2 verändernde Schwenkbewegung der Schwenkscheibe 6 bildet. Weitere Vorraussetzung für ein Verschwenken der Scheibe 6 ist die Verschiebbarkeit ihrer Lagerachse 20 in Richtung der Antriebswelle 5. Hierzu ist entsprechend Fig. 11 die Lagerachse 20 durch zwei gleichachsig beidseitig einer Schiebehülse 21 gelagerte Lagerbolzen 22, 23 gebildet, die außerdem in radialen Bohrungen 24, 25 der ringförmigen Schwenkscheibe 6 gelagert sind. Die Schiebehülse 21 hat hierzu vorzugsweise beidseitig Lagerhülsen 26, 27, die den Ringraum 28 zwischen der Schiebehülse 21 und der ringförmigen Schwenkscheibe 6 überbrücken. Die Begrenzung der Verschiebbarkeit der Lagerachse 20 und die maximale Schrägstellung der Schwenkscheibe 6 ergibt sich durch den Mitnehmerbolzen 13, indem dieser ein in der Schiebehülse 21 vorgesehenes Langloch 30 durchdringt, so dass die Schiebehülse 21 an den Enden des Langloches 30 Anschläge findet. Die Kraft für die Winkelverstellung der Schwenkscheibe 6 und damit für eine Regelung des Verdichters ergibt sich aus der Summe der jeweils beidseitig der Kolben 2 gegeneinander wirkenden Drücke, so dass diese Kraft vom Druck im Triebwerksraum 33 abhängig ist. Für die Regelung dieses Druckes kann eine Strömungsverbindung mit einer äußeren Druckgasquelle vorgesehen sein. Je höher der Druck an der Triebwerksraumseite der Kolben 2 bzw. im Triebwerksraum 33 relativ zum Druck auf der gegenüberliegenden Seite der Kolben 2 ist, umso kleiner wird der Hub der Kolben 2 und damit die Förderleistung des Verdichters. Die Einstellung der Position der Schiebehülse 21 und damit des Hubes der Kolben 2 bzw. die Förderleistung des Verdichters erfolgt durch mindestens eine mit der Schiebehülse 21 zusammenwirkende Feder 34, 35. Vorzugsweise ist die Schiebehülse 21 zwischen zwei Schraubendruckfedern 34, 35 eingeschlossen, die auf der Antriebshülle 5 angeordnet sind.
- Nachteilig bei der bekannten Konstruktion ist, dass das beschriebene Kontaktprinzip zwischen Mitnehmer und Schwenkscheibe ein ungleichförmiges Verformungsverhalten der Schwenkscheiben-Laufseiten bewirkt, welches in der Folge zu einem entsprechend ungünstigen Laufverhalten der Gleitsteine auf der Schwenkscheibe führt. Im Bereich der zylindrischen Bohrung der Schwenkscheibe, in der sich das kugelförmige Ende des Mitnehmers abstützt, kommt es durch die konstruktionsbedingt sehr kleine Restwandstärke zu einer starken Verformung in diesem Bereich. Dadurch werden die Laufeigenschaften der Gleitsteine auf der Schwenkscheibe entsprechend beeinträchtigt.
Dieses Problem wurde bereits erkannt. Zur Vermeidung sind zum Beispiel in der WO 02/38959 A1 unterschiedliche geometrische Formgebungen zwischen Mitnehmer und zugeordneter Aufnahmebohrung vorgeschlagen worden. - Aus der FR 2 782 126 A1 ist ein weiteres Schwenkscheiben-Triebwerk bekannt, bei dem ein Mitnehmer in eine Schwenkscheibe hineinragt. Gegenüber dem Stand der Technik nach der DE 197 49 727 A1 ist die Schwenkscheibe allerdings auch in radialer Richtung angelenkt und weist deshalb in radialer Richtung keine Verschieblichkeit auf. Der Vorteil dieser Konstruktion liegt darin, dass das zugeordnete Gelenk die Kräfte flächig übertragen kann mit der Folge, dass eine relativ kleine Bauweise möglich ist.
- Zusammenfassend kann jedoch festgestellt werden, dass sämtlichen bekannten Konstruktionen folgende Nachteile anhaften, und zwar aufgrund der Überlagerung mehrerer Funktionen:
- Übertragung des Antriebsmoments (durch Mitnehmer/Drehmomentstütze), sowie
- Abstützung der Schwenkscheibe so, dass der obere Totpunkt der Kolben unverändert bleibt.
- Dies führt zu folgendem Verhalten:
- Durch beide Einflüsse wird der in der Regel kugelförmige Kopf des Mitnehmers an zwei Bereichen erheblicher Flächenpressung unterworfen;
- Diese Flächenpressung tritt auch an den entsprechenden Stellen der Schwenkscheibe auf;
- Durch die erwähnten Flächenpressungen kommt es leicht zu Verformungen, die sich aufgrund der Gegebenheiten unkontrolliert gegenseitig beeinflussen können.
- Die bekannte Mitnehmer/Drehmomentstütze wird sowohl durch das Drehmoment beaufschlagt als auch durch die Abstützkraft der Schwenkscheibe als Reaktion auf resultierende Gaskräfte. Beide Kraft- und Biegemomentverläufe weisen ihr Maximum im Bereich der Aufnahme an der Antriebswelle auf. Dementsprechend stark muss die Antriebswelle dimensioniert sein. Gleiches gilt natürlich auch für die Dimensionierung sowohl des Mitnehmers als auch der Schwenkscheibe, insbesondere im Bereich der Aufnahmebohrung für den Mitnehmer. Die stärkere Dimensionierung führt natürlich zwangsläufig zu entsprechend höheren Massen und damit Trägheitsmomenten. Diese können das Regelverhalten ungünstig beeinflussen und müssen kompensiert werden. Die stärkere Dimensionierung hat auch zur Folge, dass die den Kolben zugeordneten Gelenkanordnungen größer dimensioniert sind bzw. größer dimensioniert werden müssen. Dies gilt sowohl für die Gleitsteine als auch für die Kolben selbst.
- Um hier Abhilfe zu schaffen, müssen Maßnahmen zur Reduzierung der einwirkenden Kräfte getroffen werden.
- Zusätzlich zu dem vorstehend genannten Stand der Technik wird noch auf DE 100 10 132 A1 sowie auf JP 05 17 20 46 A im Hinblick auf die Drehmomentübertragung hingewiesen.
- Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Verdichter zu schaffen, der ohne Einschränkung der Funktionssicherheit leichter gebaut werden kann.
- Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch den Gegenstand des Anspruches 1 gelöst. Der Kern der vorliegenden Erfindung liegt also darin, dass die beim Stand der Technik vorhandene Funktionsüberlagerung, nämlich
- Gaskraftabstützung und
- Drehmomentübertragung
- im Bereich zwischen Schwenkscheibe und Antriebswelle vermieden bzw. entkoppelt wird. Durch diese Entkoppelung werden die einzelnen Bauteile zur Übertragung der vorgenannten Kräfte und Momente entlastet und können entsprechend kleiner dimensioniert werden. Insbesondere können auch Toleranzspiele zwischen den einzelnen Bauteilen exakter eingestellt und überhöhte Flächenpressungen vermieden werden. Die axiale Abstützung der Kolben einerseits und die Übertragung von Drehmomenten von der Antriebswelle auf die Schwenkscheibe andererseits wird also erfindungsgemäß unterschiedlichen Bauteilen zugeordnet. Außerdem ist das Kraftübertragungselement stift- und hülsenartig ausgebildet.
- Es hat sich als sinnvoll erwiesen, das Drehmoment über das Kippgelenk zwischen Schwenkscheibe und Antriebswelle zu übertragen, zumal in der Regel zwei Bolzengelenke dafür vorhanden sind. Das Spiel dieser Bolzenlagerung ist exakt einstellbar. Druckpunkte können vermieden werden. Überlagerung von Umfangs- und Axialkräften im Bereich zwischen Stützelement und Schwenkscheibe werden erfindungsgemäß vermieden.
- Bevorzugte Ausführungsformen und Konstruktionsdetails der erfindungsgemäßen Lösung sind in den Unteransprüchen beschrieben.
- Nachstehend werden konkrete Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Konstruktion anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert. Diese zeigt in:
- Fig. 1
- eine erste Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verdichters im schematischen Längsschnitt;
- Fig. 2 bis 5
- verschiedene Ausführungsformen der gelenkigen Verbindung zwischen Antriebswelle und Schwenkscheibe unter gleichzeitiger Darstellung der axialen Abstützung der Schwenkscheibe gegenüber der Antriebswelle, jeweils im schematischen Querschnitt;
- Fig. 6
- Die erfindungsgemäße Ausführungsform eines Axialkraft-Übertragungselements zwischen Schwenkscheibe und Antriebswelle im Längsschnitt bzw. in Seitenansicht;
- Fig 7
- Eine weitere Form eines Axialkraft-Übertragungselements
- Fig. 8
- zweites Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäß ausgebildeten Verdichters im schematischen Längsschnitt; und
- Fig. 9
- ein weiteres Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäß ausgebildeten Verdichters im schematischen Längsschnitt.
- Der in Figur 1 im schematischen Längsschnitt dargestellte Verdichter 100 umfaßt einen Zylinderblock 101, ein einen Triebwerksraum 103 begrenzendes Gehäuse 102 sowie eine Antriebswelle 104, die über einen Schwenkscheiben-Mechanismus 105 innerhalb des Triebwerksraums 103 mehrere, insbesondere sieben gleichmäßig über den Umfang um die Antriebswelle 104 herum angeordnete Axialkolben 106 antreibt, die innerhalb des Zylinderblocks 101 axial verschieblich gelagert sind.
- Der Schwenkscheiben-Mechanismus 105 umfaßt eine ringförmige Schwenkscheibe 107, die sowohl mit einer auf der Antriebswelle 104 axial verschieblich gelagerten Schiebehülse 108 als auch mit einem im Abstand von der Antriebswelle 104 mit dieser mitdrehend angeordneten Stützelement 109 gelenkig verbunden ist, wobei die Kolben 106 jeweils eine Gelenkanordnung 110 aufweisen, an der die ringförmige Schwenkscheibe 107 in Gleiteingriff steht. Die Gelenkanordnung 110 ist entsprechend der gemäß Stand der Technik ausgebildet und umfaßt ebenfalls zwei halbsphärische Gleitsteine 111, 112.
- Die Schiebehülse 108 ist ebenfalls wie beim Stand der Technik ausgebildet und durch Schraubendruckfedern 113 axial vorgespannt.
- Das Stützelement 109 ist bei der dargestellten Ausführungsform als Kugelkopf ausgebildet. Dieser befindet sich am freien Ende eines stiftartigen Kraftübertragungselements 114. Das Stützelement 109 greift in eine an der ringförmigen Schwenkscheibe 107, nämlich am Ringelement derselben ausgebildete Langlochbohrung 115 ein, dessen Bohrungsachse sich radial und dessen längere Querschnittsachse sich in Umfangsrichtung erstreckt. Damit ist gewährleistet, dass das Stützelement 109 im wesentlichen nur zur axialen Abstützung der Kolben 106 bzw. zur Gaskraftabstützung dient. Die entsprechenden Kräfte werden über das Stützelement und dem zugeordneten Kraftübertragungsbolzen 114 auf die Antriebswelle 104 übertragen. Die Drehmomentübertragung zwischen Antriebswelle 104 und Schwenkscheibe 107 erfolgt ausschließlich über eine dazwischen angeordnete Gelenkverbindung 116 (siehe Figuren 2 bis 5). Das Stützelement 109 kann statt kugel- auch zylinder- oder tonnenförmig ausgebildet sein. In den beiden letztgenannten Fällen erstreckt sich die Längsachse des Stützelements senkrecht zum stiftartigen Kraftübertragungselement 114. Diese Ausführungsform hat den Vorteil, dass die axiale Abstützung über einen Linienkontakt zwischen Stützelement und der entsprechenden Radialbohrung in der Schwenkscheibe 107 erfolgt.
- Aufgrund der Entkoppelung von Drehmoment-Übertragung und Gaskraftabstützung ist es möglich, die Schwenkscheibe relativ klein zu dimensionieren und entsprechend leicht zu bauen, ohne dass Deformationen auftreten. Auch ist es einfacher, den Kraftübertragungsmechanismus spielfrei zu gestalten mit der Folge, dass der Verdichter geräuschärmer arbeitet.
- Die Schwenk-Gelenkverbindung 116 zwischen Antriebswelle 104 und Schwenkscheibe 107 kann unterschiedlich ausgebildet sein, wie die Figuren 2 bis 5 erkennen lassen. Diese Figuren lassen darüber hinaus erkennen, dass das Stützelement 109 innerhalb der Langlochbohrung 115 in Umfangs- bzw. Rotationsrichtung ausreichend Spiel hat, so dass in keinem Fall Kräfte infolge des Antriebsmoments wirksam werden. Durch das Stützelement werden lediglich axiale Gaskräfte aufgenommen und übertragen.
- Bei der Ausführungsform nach Fig. 2 erfolgt die Drehmomentübertragung zwischen Antriebswelle 104 und ringförmiger Schwenkscheibe 107 über zwei sich relativ zur Antriebswelle 104 diametral erstreckende Bolzen, die zwischen Schiebehülse 108 und Schwenkscheibe 107 wirksam sind. Die Schiebehülse selbst ist über eine Passfederanordnung 117 drehfest mit der Antriebswelle 104 verbunden. Die ringförmige Schwenkscheibe 107 ist um die durch die erwähnten Lagerbolzen 118 definierte Achse verschwenkbar. Das stiftartige Kraftübertragungselement 114 erstreckt sich durch die Schiebehülse 108 mit Spiel.
- Bei der Ausführungsform nach Fig. 3 erfolgt die Verdrehsicherung zwischen Schiebehülse 108 und Antriebswelle 104 durch das stiftartige Kraftübertragungselement 114. Im übrigen deckt sich die Konstruktion gemäß Fig. 3 mit derjenigen gemäß Fig. 2.
- Die Ausführungsform gemäß Fig. 4 entspricht im wesentlichen der gemäß Fig. 3; denn auch bei der Ausführungsform nach Fig. 4 erfolgt die Verdrehsicherung zwischen Antriebswelle 104 und Schiebehülse 108 durch den Kraftübertragungsstift 114. Die Koppelung erfolgt bei der Ausführungsform nach Fig. 4 lediglich an dem dem kugelförmigen Stützelement 109 gegenüberliegenden Ende des Kraftübertragungsstiftes 114.
- Fig. 5 zeigt eine weitere Lösung der Verbindung zwischen Antriebswelle 104 und ringförmiger Schwenkscheibe 107, und zwar ohne Zwischenschaltung von Gelenkbolzen 118. Diese werden bei der Ausführungsform nach Fig. 5 durch entsprechende Radialzapfen 119 der Schiebehülse 108 ersetzt. Diese Radialzapfen 119 definieren ein Schwenklager für die ringförmige Schwenkscheibe 107 um eine durch die Radialzapfen 119 definierte Querachse 120. Im übrigen entspricht die Konstruktion gemäß Fig. 5 derjenigen gemäß Fig. 2.
- Die Figuren 6 und 7 zeigen zwei unterschiedliche Formen für die Verbindung zwischen einem kugelförmigen Stützelement 109 und einem stiftartigen Kraftübertragungselement 114. Bei der Ausführungsform nach Fig. 6 ist das kugelförmige Stützelement 109 erfindungsgemäß an einem Ende eines hülsenartigen Kraftübertragungselements 114 angeordnet, insbesondere angeschweißt (vorzugsweise Reibschweißverbindung).
- Bei dem Beispiel nach Fig. 7, das nicht zur Erfindung gehört, weist das stiftartige Kraftübertragungselement 114 noch einen Ringabsatz 121 auf, der als Anschlag für die Einbringung in eine in der Antriebswelle 104 ausgebildete Aufnahmebohrung dient. Das stiftartige Kraftübertragungselement 114 ist bei der Ausführungsform nach Fig. 1 so angeordnet, dass es schräg von der Antriebswelle 104 wegragt, und zwar derart, dass bei einer mittleren Neigungsposition der ringförmigen Schwenkscheibe 107 die Längsachse des stiftartigen Kraftübertragungselements 114 radial zur ringförmigen Schwenkscheibe 107 gerichtet ist.
- Der erwähnte Anschlag 121 stellt im übrigen auch sicher, dass ohne zusätzliche Einstellmaßnahmen bei der Montage des Verdichters der Mittelpunkt 122 des kugelförmigen Stützelements 109 mit dem Mittelpunkt der jedem Kolben zugeordneten Gelenkanordnung 110 zusammenfällt. Diese Einbaulage wird bevorzugt; allerdings kann es auch vorteilhaft sein, einen geringen "offset" von bis zu etwa 1/10 mm zwischen der Kreislinie, auf der der Mittelpunkt des Stützelements 109 einerseits und der Kreislinie, auf der die Mittelpunkte der Kolben-Gelenkanordnungen 110 liegen, andererseits vorgesehen sein, um den Schadraum je nach Schwenkwinkel geringfügig zu variieren. Vorzugsweise liegt der Mittelpunkt 122 des Stützelements 109 auf einer Kreislinie, die radial geringfügig außerhalb der Kreislinie erstreckt, auf der die Mittelpunkte der Kolben-Gelenkanordnung 110 liegen. Diese Ausführungsform hat den Vorteil, dass zu keinem Zeitpunkt Kippmomente an der Schwenkscheibe angreifen, die die Schwenkscheibe in eine andere, nicht vorgesehene Richtung kippen.
- An dieser Stelle sei auch nochmals erwähnt, dass es denkbar ist, zwei sog. Gaskraftstützen bzw. Stützelemente 109 vorzusehen, die jeweils zur Abstützung in axial entgegengesetzter Richtung dienen. Damit kann eine sog. Doppelpassung mit dem Problem der Überbestimmung vermieden werden. Die beiden Stützelemente können auch asymmetrisch angeordnet sein.
- Im Falle einer einzigen Gaskraftstütze könnte diese die Schwenkscheibe kurz vor der oberen Totpunktlage stützen, da bei dieser Lage die Maximalkraft aufgrund Ventilöffnung vorliegt. Bei einer solchen Variante muß jedoch beachtet werden, dass das Stützgelenk projiziert mit seinem Mittelpunkt weiterhin mit dem Mittelpunkt der Kolben-Gelenkanordnung 110 zusammenfällt. Zu beachten ist außerdem, dass bei Anordnung des Gelenks vor der Totpunktlage die Schwenkscheibe an ihrer Hauptlastseite (Druck) etwas dünnwandiger ist als an der gegenüberliegenden Lastseite (Zug).
- Fig. 8 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Verdichters, bei dem Teile, die bereits anhand der Fig. 1 beschrieben sind, mit denselben Bezugsziffern wie in Fig. 1 gekennzeichnet sind.
- Der Schwenkscheiben-Mechanismus 105 ist bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 8 identisch. Das Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 8 unterscheidet sich von demjenigen gemäß Fig. 1 im wesentlichen nur dadurch, dass der Zylinderblock 101 sich in den Triebwerksraum 103 konisch hineinerstreckt, wodurch eine verlängerte Führung der Kolben 106 erreicht wird. Der Konus 123 ist so ausgebildet, dass er sich in den Ringraum 124 zwischen Schiebehülse 108 und ringförmiger Schwenkscheibe 107 hineinerstreckt. Dadurch lässt sich der Verdichter hinsichtlich seiner Baulänge zusätzlich reduzieren.
- Bei der Ausführungsform nach Fig. 9 ist das Stützelement 109 am freien Ende eines L-förmigen Kraftübertragungselements 114 angeordnet, und zwar am freien Ende des kürzeren, sich schräg radial nach außen erstreckenden Schenkels 125. Der längere Schenkel 126 erstreckt sich etwa parallel zur Antriebswelle 104 und ist axial an einer mit der Antriebswelle 104 drehfest verbundenen Stützscheibe 127 abgestützt. Die Stützscheibe 127 wiederum ist über ein sich um die Antriebswelle 104 herum erstreckendes Nadellager 128 am Gehäuse 102 abgestützt.
- Diese Konstruktion hat den Vorteil, dass in der Antriebswelle 104 eine Lochleibung für das stiftartige Kraftübertragungselement 114 vermieden werden kann. Dementsprechend kann der Durchmesser der Antriebswelle 104 stark reduziert werden.
- Fig. 9 macht auch deutlich, dass die sog. Gaskraftstütze alternativ auch von außen anstatt von innen in die Schwenkscheibe eingreifen könnte, wobei in diesem Fall die Kolbenverdrehsicherung nicht an der Innenseite des Triebwerksgehäuses 102, sondern nach innen zur Antriebswelle hin verlagert wäre.
-
- 100
- Verdichter
- 101
- Zylinderblock
- 102
- Gehäuse
- 103
- Triebwerksraum
- 104
- Antriebswelle
- 105
- Schwenkscheiben-Mechanismu
- 106
- Kolben
- 107
- Schwenkscheibe (ringförmig)
- 108
- Schiebehülse
- 109
- Stützelement
- 110
- Gelenkanordnung
- 111
- Gleitstein
- 112
- Gleitstein
- 113
- Schraubendruckfeder
- 114
- Kraftübertragungselement (stiftartig)
- 115
- Langlochbohrung
- 116
- Gelenkverbindung
- 117
- Paßfederanordnung
- 118
- Lagerbolzen
- 119
- Radialzapfen
- 120
- Querachse
- 121
- Ringabsatz bzw. -anschlag
- 122
- Mittelpunkt des Stützelements
- 123
- Konus
- 124
- Ringraum
- 125
- Schenkel
- 126
- Schenkel
- 127
- Stützscheibe
- 128
- Nadellager
Claims (7)
- Axialkolbenverdichter (100), insbesondere CO2-Verdichter für Kraftfahrzeug-Klimaanlagen, mit einer in ihrer Neigung zu einer Antriebswelle (104) verstellbaren, von der Antriebswelle (104) drehangetriebenen, insbesondere ringförmigen Schwenkscheibe (107), wobei diese sowohl mit einer auf der Antriebswelle (104) axial verschieblich gelagerten Schiebehülse (108) als auch mit wenigstens einem im Abstand von der Antriebswelle (104) mit dieser mitdrehend angeordneten Stützelement (109) gelenkig verbunden ist, wobei die Kolben (106) jeweils eine Gelenkanordnung (110) aufweisen, an der die Schwenkscheibe (107) in Gleiteingriff steht, und wobei der Mittelpunkt (122) des Stützelements (109) auf einer Kreislinie liegt, die sich mit der Kreislinie, auf der die Mittelpunkte der Kolben-Gelenkanordnungen (110) liegen, deckt, wobei die Gelenkverbindung (116) zwischen Antriebswelle (104) und Schwenkscheibe (107) im Wesentlichen nur zur Drehmomentübertragung und das Stützelement (109) im Wesentlichen nur zur axialen Abstützung der Kolben (106) bzw. Gaskraftabstützung dient, indem das Stützelement (109) innerhalb eine in der Schwenkscheibe (107) angeordneten Langlochbohrung (115) eingreift, dessen Bohrungslängsachse sich radial und dessen längere Querschnittsachse sich in Umfangsrichtung der Schwenkscheibe erstreckt, und wobei das Stützelement (109) am freien Ende eines stiftartigen Kraftübertragungselements (114) angeordnet ist, das hülsenartig ausgebildet ist.
- Verdichter nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Stützelement (109) kugel-, zylinder- oder tonnenförmig ausgebildet ist. - Verdichter nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, dass
bei einer ringförmigen Schwenkscheibe (107) das Kraftübertragungselement (114) schräg von der Antriebswelle (104) wegragt, so dass bei einer mittleren Neigungsposition der Schwenkscheibe (107) die Achse des Kraftübertragungselementes (114) radial zur Schwenkscheibe (107) gerichtet ist. - Verdichter nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Stützelement (109) am freien Ende eines L-förmigen Kraftübertragungselements (114) angeordnet ist, dessen eine Schenkel (126) sich etwa parallel zur Antriebswelle (104) erstreckt und axial an einer mit der Antriebswelle (104) drehfest verbundenen Stützscheibe (127) od. dgl. Radialvorsprung abgestützt ist. - Verdichter nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Schwenkscheibe (107) eine einen Eingriffsraum für das Stützelement (109) definierende Langlochbohrung (115) aufweist, dessen Bohrungslängsachse sich radial und dessen längere Querschnittsachse sich in Umfangsrichtung erstreckt. - Verdichter nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Mittelpunkt (122) des Stützelements (109) auf einer Kreislinie liegt, die sich entweder mit der Kreislinie, auf der die Mittelpunkte der Kolben-Gelenkanordnungen (110) liegen, deckt oder sich radial geringfügig außerhalb dieser letztgenannten Kreislinie erstreckt. - Verdichter nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
dadurch gekennzeichnet, dass
zwei Stützelemente (109) vorgesehen sind, und diese jeweils zur Abstützung in axial entgegengesetzter Richtung dienen.
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Effective date: 20050419 |
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Designated state(s): DE FR |
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Owner name: VALEO COMPRESSOR EUROPE GMBH |
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26 | Opposition filed |
Opponent name: DAIMLERCHRYSLER AG Effective date: 20070920 |
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PLBB | Reply of patent proprietor to notice(s) of opposition received |
Free format text: ORIGINAL CODE: EPIDOSNOBS3 |
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PG25 | Lapsed in a contracting state [announced via postgrant information from national office to epo] |
Ref country code: FR Free format text: LAPSE BECAUSE OF FAILURE TO SUBMIT A TRANSLATION OF THE DESCRIPTION OR TO PAY THE FEE WITHIN THE PRESCRIBED TIME-LIMIT Effective date: 20061220 |
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Free format text: STATUS: PATENT REVOKED |
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