Hubkolbenmaschine

Die Erfindung betrifft eine Hubkolbenmaschine, insbesondere einen Schwenkring- oder Schwenkscheibenverdichter, mit Kolben, die in Zylinderräumen hin und her bewegbar aufgenommen und durch eine Antriebseinrichtung angetrieben sind, die verstellbar ist, um die Förderleistung zu verändern.

Eine derartige Hubkolbenmaschine ist aus der internationalen Patentanmeldung WO 99/24715 bekannt. Die Antriebseinrichtung der bekannten Hubkolbenmaschine umfasst eine von einer Maschinenwelle angetriebene Schwenkscheibe, deren Neigung zur Maschinenwelle verstellbar ist.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine zum Beispiel aus störenden Kippkräften resultierende Verstellhysterese bei einer Hubkolbenmaschine, insbesondere einem Schwenkring- oder Schwenkscheibenverdichter, mit Kolben, die in Zylinderräumen hin und her bewegbar aufgenommen und durch eine Antriebseinrichtung angetrieben sind, die verstellbar ist, um die Förderleistung zu verändern, zu reduzieren.

Die Aufgabe ist bei einer Hubkolbenmaschine, insbesondere einem Schwenkring- oder Schwenkscheibenverdichter, mit Kolben, die in Zylinderräumen hin und her bewegbar aufgenommen und durch eine Antriebseinrichtung angetrieben sind, die verstellbar ist, um die Förderleistung zu verändern, dadurch gelöst, dass die Hubkolbenmaschine mindestens eine Veränderung oder Veränderungen aufweist, die dazu dient beziehungsweise dienen, einen gleichmäßigen Druckkraftverlauf im Betrieb der Hubkolbenmaschine gezielt zu stören, zu beunruhigen und/oder zu unterbrechen. Durch die Veränderung oder die Veränderungen wird eine gezielte Unruhe oder Ungleichförmigkeit in die Antriebseinrichtung eingebracht, um den aus akustischen Gründen erforderlichen gleichmäßigen Druckkraftverlauf gezielt zu unterbrechen und während eines kleinen Zeitintervalls, in dem reduzierte Kräfte wirken, eine leichtere Verstellung der Antriebseinrichtung zu ermöglichen.

Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Hubkolbenmaschine ist dadurch gekennzeichnet, dass die Veränderung beziehungsweise Veränderungen an mindestens einem Kolben

und/oder mindestens einem Zylinderraum vorgesehen ist beziehungsweise sind. Die Veränderungen sind genau aufeinander abgestimmt.

Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Hubkolbenmaschine ist dadurch gekennzeichnet, dass die Hubkolbenmaschine mindestens eine Veränderung oder Veränderungen aufweist, die dazu dient beziehungsweise dienen, einen gleichmäßigen Saugdruckkraftverlauf und/oder Kompressionsdruckkraftverlauf im Betrieb der Hubkolbenmaschine gezielt zu stören, zu beunruhigen und/oder zu unterbrechen. Der Saugdruckkraftverlauf und der Kompressionsdruckkraftverlauf werden von der Antriebseinrichtung beeinflusst.

Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Hubkolbenmaschine ist dadurch gekennzeichnet, dass die Hubkolbenmaschine mindestens eine Veränderung oder Veränderungen aufweist, die dazu dient beziehungsweise dienen, den Saugdruck in mindestens einem Zylinderraum gegenüber dem Saugdruck in mindestens einem anderen Zylinderraum und/oder den übrigen Zylinderräumen gezielt anzuheben oder abzusenken. Die Veränderungen sind vorzugsweise an der den Zylinderraum begrenzenden Zylinderwandung oder an dem darin angeordneten Kolben vorgesehen.

Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Hubkolbenmaschine ist dadurch gekennzeichnet, dass die Hubkolbenmaschine mindestens eine Veränderung oder Veränderungen aufweist, die dazu dient beziehungsweise dienen, den Kompressionsdruck in mindestens einem Zylinderraum gegenüber dem Kompressionsdruck in mindestens einem anderen Zylinderraum und/oder den übrigen Zylinderräumen gezielt anzuheben oder abzusenken. Die Veränderungen sind vorzugsweise an der den Zylinderraum begrenzenden Zylinderwandung oder an dem darin angeordneten Kolben vorgesehen.

Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Hubkolbenmaschine ist dadurch gekennzeichnet, dass die Hubkolbenmaschine eine Ventilplatte umfasst, welche die Zylinderräume begrenzt und Saugbohrungen aufweist, die den einzelnen Zylinderräumen zugeordnet sind und von denen mindestens eine gegenüber mindestens einer anderen Saugbohrung o- der den übrigen Saugbohrungen verkleinert oder vergrößert ist. Die Saugbohrungen sind zum Beispiel durch Federzungen verschließbar beziehungsweise verschlossen.

Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Hubkolbenmaschine ist dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Zylinderraum so verändert ist, dass der veränderte Zylinderraum ein Schadvolumen aufweist, das gegenüber mindestens einem anderen Zylinderraum und/oder den übrigen Zylinderräumen vergrößert oder verkleinert ist. Dadurch wird der Druckkraftverlauf im Betrieb der Hubkolbenmaschine beeinflusst.

Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Hubkolbenmaschine ist dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Zylinderraum eine Ausnehmung aufweist, die mindestens ein anderer Zylinderraum und/oder die übrigen Zylinderräume nicht oder nicht in der gleichen Form oder Größe aufweisen beziehungsweise aufweist. Bei der Ausnehmung handelt es sich zum Beispiel um eine Kerbe in einem der Ventilplatte zugewandten Randbereich des Zylinderraums.

Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Hubkolbenmaschine ist dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Kolben so verändert ist, dass der Zylinderraum, in dem der Kolben angeordnet ist, ein Schadvolumen aufweist, das gegenüber mindestens einem anderen Zylinderraum oder den übrigen Zylinderräumen vergrößert oder verkleinert ist. Dadurch wird der Druckkraftverlauf im Betrieb der Hubkolbenmaschine beeinflusst.

Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Hubkolbenmaschine ist dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Kolben eine Ausnehmung aufweist, die mindestens ein anderer Kolben oder die übrigen Kolben nicht oder nicht in der gleichen Form oder Größe aufweisen beziehungsweise aufweist. Bei der Ausnehmung handelt es sich zum Beispiel um ein Sackloch in dem Kolben.

Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Hubkolbenmaschine ist dadurch gekennzeichnet, dass die Zylinderräume, insbesondere Zylinderbohrungen, ungleichmäßig über den Umfang verteilt sind oder unterschiedliche Durchmesser aufweisen. Durch eine Variation der Anordnung der Zylinderräume kann ebenfalls ein ungleichmäßiger Kräfteverlauf erreicht werden. So kann zum Beispiel mindestens ein Zylinderraum in tangentialer oder radialer Richtung de-axiert werden.

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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der unter Bezugnahme auf die Zeichnung verschiedene Ausführungsbeispiele im Einzelnen beschrieben sind. Es zeigen:

Figur 1 einen Axialschnitt durch eine herkömmliche Hubkolbenmaschine ^' ;

Figur 2 eine perspektivische Darstellung einer Ventilplatte einer erfindungsgemäßen

Hubkolbenmaschine;

Figur 3 eine perspektivische Darstellung eines Gehäusekörpers mit Zylinderräumen einer erfindungsgemäßen Hubkolbenmaschine;

Figur 4 einen Kolben einer erfindungsgemäßen Hubkolbenmaschine im Längsschnitt und

Figur 5 einen Gehäusekörper mit Zylinderräumen in der Draufsicht gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel.

In Figur 1 ist ein Axialschnitt einer herkömmlichen Hubkolbenmaschine dargestellt, wie sie in der internationalen Patentanmeldung WO 99/24715 veröffentlicht ist. Die Hubkolbenmaschine 1 hat beispielsweise sieben Kolben 2, die in Umfangsrichtung der Maschine nebeneinander angeordnet sind und in Zylinderbohrungen 3 des Maschinengehäuses geführt sind. Die Hubbewegung der Kolben 2 erfolgt durch den Eingriff einer zur Maschinenwelle 5 schräg verlaufenden Ringscheibe 6 in eine Eingriffskammer 7, die angrenzend an den geschlossenen Hohlraum 8 des Kolbens 2 vorgesehen ist. Für einen im Wesentlichen spielfreien Gleiteingriff in jeder Schräglage der Ringscheibe 6 sind zwischen ihr und der kugelförmig gekrümmten Innenwand 10 der Eingriffskammer 7 beidseitig Kugelsegmente 11 , 12 vorgesehen, so dass die Schrägscheibe 6 bei ihrem Umlauf zwischen ihnen gleitet.

Die Antriebsübertragung von der Maschinenwelle 5 zu der Ringscheibe 6 erfolgt durch einen in der Maschinenwelle 5 befestigten Mitnehmerbolzen 13, dessen beispielsweise kugelförmiger Kopf 15 in eine Radialbohrung 16 der Ringscheibe 6 eingreift. Dabei ist die Position des Mitnehmerkopfes 15 so gewählt, dass sein Mittelpunkt 17 mit demjenigen der Kugel der Ku-

gelsegmente 11 , 12 übereinstimmt. Außerdem liegt dieser Mittelpunkt auf einer Kreislinie, die die geometrischen Achsen der sieben Kolben miteinander verbindet und weiterhin auf einer Kreislinie, die die Mittelpunkte der Kugelform der Gelenkkörper 11 , 12 der Kolben 2 verbindet. Auf diese Weise ist die im oberen Bereich der Darstellung der Figur 1 sichtbare Totpunktposition der Kolben 2 exakt bestimmt und ein minimaler schädlicher Raum gewährleistet. Die Kopfform des freien Mitnehmerendes ermöglicht die Veränderung der Neigung der Ringscheibe 6, indem der Mitnehmerkopf 15 einen Lagerkörper für die die Hubweite des Kolbens 2 verändernde Schwenkbewegung der Ringscheibe 6 bildet. Die Form des Eingriffsraumes 16 und/oder des Kopfes 15 des Mitnehmers 13 können zur Erzielung einer andersartigen Kinematik auch anders gewählt werden. Eine Ventilplatte 40 begrenzt die Zylinderräume, in denen Kolben aufgenommen sind.

In Figur 2 ist die Ventilplatte 40 gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung perspektivisch dargestellt. Die Ventilplatte 40 hat die Gestalt einer Kreisscheibe, in der mehrere Durchgangslöcher ausgespart sind. Bei den Durchgangslöchern handelt es sich um Bohrungen, die auf zwei konzentrischen Teilkreisen mit unterschiedlichen Durchmessern gleichmäßig verteilt angeordnet sind. Bei den Bohrungen auf dem radial äußeren Teilkreis handelt es sich um Saugbohrungen 41 , 42, 43. Die Saugbohrungen 41 bis 43 ermöglichen den Durchtritt eines Mediums, wenn die zugehörigen Kolben in ihren Zylinderräumen einen Saughub ausführen. Analog ermöglichen die nicht näher bezeichneten Druckbohrungen den Durchtritt von komprimiertem Medium, wenn die Kolben einen Druckhub ausführen. Gemäß einem wesentlichen Aspekt der Erfindung ist mindestens eine der Saugbohrungen 43 etwas kleiner ausgeführt als die übrigen Saugbohrungen 41 , 42.

In Figur 3 ist ein Gehäusekörper 50 einer erfindungsgemäßen Hubkolbenmaschine perspektivisch dargestellt. Der Gehäusekörper 50 umfasst fünf Zylinderräume 51 bis 55, die auf einem Teilkreis gleichmäßig verteilt angeordnet sind. Bei den Zylinderräumen 51 bis 55 handelt es sich um Bohrungen. Daher werden die Zylinderräume 51 bis 55 auch als Zylinderbohrungen bezeichnet. Jeder Zylinderraum 51 bis 55 dient zur Aufnahme eines (in Figur 3 nicht dargestellten) Kolbens. Die Zylinderräume 51 , 53, 54, 55 haben jeweils das gleiche Volumen. Das Volumen des Zylinderraums 52 ist durch eine Ausnehmung 58 gezielt vergrößert. Dadurch wird das Schadvolumen oder Totvolumen des Zylinderraums 52 gegenüber den anderen Zylinderräumen künstlich vergrößert.

In Figur 4 ist ein Kolben 60 einer erfindungsgemäßen Hubkolbenmaschine im Längsschnitt dargestellt. Der Kolben 60 umfasst einen Kolbengrundkörper 61 , der im Wesentlichen die Gestalt eines geraden Kreiszylinders aufweist. An einem Ende des Kolbengrundkörpers 61 ist ein im Wesentlichen U-förmiger Halter 64 befestigt. Der Halter 64 dient dazu, den Kolben 60 mit einer (in Figur 4 nicht dargestellten) Antriebseinrichtung, insbesondere einer Schwenkscheibe, zu koppeln. Im Bereich des anderen Endes des Kolbengrundkörpers 61 sind zwei Kolbendichtungen 66, 67 angedeutet, die in Ringnuten des Kolbengrundkörpers 61 angeordnet sind.

Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung weist der Kolben 60 an seinem dem Halter 64 abgewandten Ende eine zentrale Ausnehmung 70 auf. Die Ausnehmung 70 ist als Sackloch ausgeführt und dient dazu, das Schadvolumen eines Zylinderraums, in dem der Kolben 60 angeordnet ist, künstlich zu vergrößern. Alternativ ist es auch möglich, den Kolben 60 etwas kürzer auszuführen als die übrigen Kolben.

In Figur 5 ist ein Gehäusekörper 80 einer erfindungsgemäßen Hubkolbenmaschine in der Draufsicht dargestellt. Der Gehäusekörper 80 umfasst fünf Zylinderräume 81 bis 85, die auf einem Teilkreis 86 gleichmäßig verteilt angeordnet sind. Bei den Zylinderräumen 81 bis 85 handelt es sich um Bohrungen. Daher werden die Zylinderräume 81 bis 85 auch als Zylinderbohrungen bezeichnet. Jeder Zylinderraum 81 bis 85 dient zur Aufnahme eines Kolbens. Die Zylinderräume 81 bis 85 haben jeweils das gleiche Volumen. Durch einen Pfeil 91 ist angedeutet, dass die Zylinderbohrung 82 in tangentialer Richtung de-axiert sein kann. Durch einen weiteren Pfeil 92 ist angedeutet, dass die Zylinderbohrung 82 auch in radialer Richtung de- axiert sein kann. Dabei bedeutet De-Axierung, dass die Achse der Zylinderbohrung 82 gezielt in tangentialer oder radialer Richtung von dem Teilkreis 86 weg verschoben wird. Dadurch verändert sich der Hub des zugehörigen Kolbens. Bei einer Verschiebung radial nach außen vergrößert sich der Hub. Bei einer Verschiebung radial nach innen verkleinert sich der Hub. Durch die gezielte De-Axierung von mindestens einem Zylinderraum wird ein ansonsten gleichmäßiger Druckkraftverlauf im Betrieb der Hubkolbenmaschine gezielt gestört beziehungsweise beunruhigt.

Bezuqszeichenliste

1. Hubkolbenmaschine 70. Ausnehmung

2. Kolben 80. Gehäusekörper

3. Zylinderbohrungen 81. Zylinderraum

5. Maschinenwelle 82. Zylinderraum

6. Ringscheibe 83. Zylinderraum

7. Eingriffskammer 84. Zylinderraum

8. Hohlraum 85. Zylinderraum

10. Innenwand 86. Teilkreis

11. Kugelsegment 91. Pfeil

12. Kugelsegment 92. Pfeil

13. Mitnehmerbolzen

15. kugelförmiger Kopf

16. Eingriffsraum

17. Mittelpunkt

40. Ventilplatte

41. Saugbohrung

42. Saugbohrung

43. Saugbohrung

50. Gehäusekörper

51. Zylinderraum

52. Zylinderraum

53. Zylinderraum

54. Zylinderraum

55. Zylinderraum 58. Ausnehmung

60. Kolben

61. Kolbengrundkörper 64. Halter

66. Kolbendichtung

67. Kolbendichtung