Aus der Offenlegungsschrift DE 197 49 727 A1 ist eine gattungsgemäße Hubkolbenmaschine bekannt. Sie umfaßt ein Maschinengehäuse, in dem in einer kreisförmigen Anordnung mehrere Kolben 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 Maschinenwelle translatorisch verschiebbaren Kolben übertragen. Dabei ist die Schwenkscheibe an einer linear verschieblich an der Maschinenwelle befestigten Hülse schwenkbar gelagert. Der Mitnehmer ist als ein bezüglich seiner Hauptachse rotations- symmetrischer Stift mit einem Kugelkopf, einem schlanken Halsabschnitt und einem zylindrischen Befestigungsabschnitt ausgeführt. Er ragt exakt quer zu der Schwenkachse der Schwenkscheibe von der Maschinenwelle ab und greift in eine radial ausgerichtete zylindrische Bohrung seitens der Schwenkscheibe ein. Das von der Maschinenwelle auf die Kolben übertragbare Drehmoment wird insbesondere durch die Stabilität des Mitnehmers begrenzt.

Aufgabe der Erfindung ist es demgegenüber, eine Hubkolben- maschine bereitzustellen, die höhere Drehmomente und eine höhere Leistung überträgt.

Diese Aufgabe wird durch eine Hubkolbenmaschine mit den Merkmalen der Ansprüche 1, 4 und/oder 6 gelöst.

Die erfindungsgemäße Hubkolbenmaschine zeichnet sich aus durch eine Schwenkscheibe zur Kraftübertragung auf die Kolben, die schwenkbar um eine quer zur Maschinenwelle orientierte Scharnierachse an einem Schiebekörper gelagert ist, sowie einen Mitnehmer, der einen Anlenkabschnitt im Eingriff mit der Schenkscheibe aufweist, dessen Massen- und/oder Raummittelpunkt außerhalb einer Hauptmittelebene liegt, die senkrecht zur Scharnierachse und durch die Drehachse der Maschinenwelle verläuft. Die genannte Hauptmittelebene liegt zwischen Druck-und Saugseite der Hubkolbenmaschine, wobei die Kolben auf der Druckseite eine Kompressionsbewegung ausführen, während die Kolben auf der Saugseite eine Ansaugbewegung durchführen. Zur Reduzierung von Momentenbelastungen an der Schwenkscheibe bei der Kompressionsbewegung der Kolben ist es besonders vorteilhaft, den Massen-bzw. Raummittelpunkt des Anlenkabschnittes des Mitnehmers außerhalb der Hauptmittelebene auf der Druckseite der Hubkolbenmaschine anzuordnen. Besonders vorteilhaft ist es, den Anlenkabschnitt des Mitnehmers derart anzuordnen, daß die Momente an der Schwenkscheibe (insbesondere an deren Scharnierachse) im Betrieb minimal sind. Vorteilhaft ist es, den Massen-bzw. Raummittelpunkt des Anlenkabschnittes näherungsweise derart anzuordnen, daß seine senkrechte Projektion auf die Hauptmittelebene einen Punkt ergibt, dessen Abstand von der Drehachse der Maschinenwelle den Abständen der Kolbenachsen von der Drehachse der Maschinenwelle entspricht.

In Ausgestaltung der Erfindung liegt der Massen-und/oder Raummittelpunkt des Anlenkabschnitts wenigstens näherungsweise auf einem Zylindermantel, der die Kolbenachsen beinhaltet. Damit laufen der Massen-und/oder Raummittelpunkt des Anlenkabschnitts näherungsweise auf dem Zylindermantel um und kreuzen so jeweils die Verlängerungslinie jeder Kolbenachse. Auf diese Weise ergibt sich eine günstige Massenverteilung innerhalb der Hubkolbenmaschine.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung liegt der Berührpunkt zwischen Anlenkabschnitt und Schwenkscheibe wenigstens näherungsweise auf dem Zylindermantel, der die Kolbenachsen beinhaltet. Damit läuft der Berührpunkt zwischen Anlenk- abschnitt und Schwenkscheibe näherungsweise auf dem Zylinder- mantel um und kreuzt so jeweils die Verlängerungslinie jeder Kolbenachse. Damit ergibt sich eine günstige Kraft- übertragungsanordnung.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung schließt die Mitnehmerachse mit der Drehachse der Maschinenwelle in etwa einen rechten Winkel ein, das heißt, der Mitnehmer ragt quer von der Maschinenwelle ab. Dadurch ergibt sich für die Schwenkscheibe, die relativ zum Mitnehmer verschwenkbar ist, ein großer Schwenkbereich in beide Richtungen der Maschinenwelle. Ferner ist eine besonders einfache Montage des Mitnehmers an der Maschinenwelle ermöglicht.

Die erfindungsgemäße Hubkolbenmaschine zeichnet sich alternativ dadurch aus, daß der Mitnehmer einen Befestigungsabschnitt mit einem unrunden Befestigungsquerschnitt und die Maschinenwelle eine Ausnehmung zur Aufnahme des Mitnehmers mit einem ent- sprechenden Querschnitt aufweisen, wobei die längste Er- streckung des unrunden Befestigungsquerschnitts in einer durch die Drehachse der Maschinenwelle und die Mitnehmerachse aufgespannten Ebene angeordnet ist. Als Befestigungs- querschnitt ist ein Schnitt quer zur Mitnehmerachse im Bereich des Befestigungsabschnittes des Mitnehmers gemeint.

Dadurch ist in Bewegungsrichtung der Kolben ein höheres Flächenträgheitsmoment und somit eine erhöhte Stabilität des Mitnehmers bereitgestellt. Vorzugsweise weist der Befestigungsquerschnitt die Form einer Arena, einer Ellipse, oder eines abgeflachten Kreises auf.

In Ausgestaltung der Erfindung ist der Mitnehmer mittels einer Preß-und/oder Übergangspassung in der Maschinenwelle gehalten. Dabei ist vorzugsweise eine verminderte Pressung in Richtung der kürzesten Erstreckung des Befestigungsquerschnittes und eine erhöhte Pressung in Richtung der längsten Erstreckung des Befestigungsquerschnittes vorgesehen.

Die erfindungsgemäße Hubkolbenmaschine zeichnet sich alternativ dadurch aus, daß der Mitnehmer einen Halsabschnitt mit einem unrunden Halsquerschnitt aufweist, wobei die längste Erstreckung des unrunden Halsquerschnitts näherungsweise in Richtung einer geometrischen Mittelebene der Bewegung der Schwenkscheibe verläuft. Die Schwenkscheibe kann bezüglich des Mitnehmers eine erste und eine zweite Umkehrposition (Extremposition) einnehmen und bewegt sich ansonsten zwischen den beiden Umkehrpositionen hin und her.

Die Mittellage der Schwenkscheibe zwischen den beiden Umkehrpositionen ist durch die sogenannte geometrische Mittelebene definiert. Der Halsabschnitt des Mitnehmers muß Raum freigeben zum Verschwenken der Schwenkscheibe gegenüber dem Mitnehmer. Gleichzeitig sollte der Mitnehmer ein möglichst hohes Flächenträgheitsmoment aufweisen, was durch einen möglichst ausgedehnten Querschnitt erreichbar ist.

Beiden Anforderungen wird in vorteilhafter Weise durch einen Halsabschnitt mit einem wenigstens teilweise unrunden Halsquerschnitt Rechnung getragen. Der Mitnehmerhals läßt sich somit besser an die erforderlichen Extrempositionen der Schwenkscheibe anpassen.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist in der Schwenk- scheibe eine vorzugsweise radial ausgerichtete Aufnahme vorgesehen, in die der Mitnehmer schwenkbeweglich eingreift, ferner sind die Abmessungen des Halsquerschnitts an den von der Aufnahme in den Umkehrpositionen der Schwenkscheibe jeweils freigegebenen Raum angepaßt. Die Gestaltung des Mitnehmerhalses korrespondiert unmittelbar mit der Form der Aufnahme seitens der Schwenkscheibe, wobei eine Hälfte eines unrunden Halsquerschnittes an die Lage der Aufnahme in der ersten Umkehrposition der Schwenkscheibe und die andere Hälfte des unrunden Halsquerschnittes an die Lage der Aufnahme in der zweiten Umkehrposition der Schwenkscheibe angepaßt ist.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist der Mitnehmer einstückig mit der Maschinenwelle ausgeführt. Dadurch ergibt sich eine reduzierte Beanspruchung der Maschinenwelle und ein spannungs-und verformungsgünstiger Übergang zwischen Mitnehmer und Maschinenwelle.

Weitere Merkmale und Merkmalskombinationen ergeben sich aus der Beschreibung sowie den Zeichnungen. Konkrete Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen vereinfacht dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen : Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine erfindungsgemäße Hub- kolbenmaschine, Fig. 2 eine Prinzipskizze zur Funktion der Hubkolbenmaschine gemäß Fig. 1, Fig. 3 einen Schnitt durch die Maschinenwelle der Hubkolbenmaschine gemäß Fig. 1 entlang der Linie III-III, Fig. 4 einen in die Maschinenwelle eingesetzten Mitnehmer, Fig. 5 einen Querschnitt durch den Mitnehmer gemäß Fig. 4 entlang der Linie V-V, Fig. 6 einen modifizierten Querschnitt entsprechend dem Querschnitt gemäß Fig. 5, Fig. 7 eine Detaildarstellung eines Mitnehmerkopfes samt Halsabschnitt in einer Einbausituation mit einer Schwenkscheibe (in zwei Extrempositionen dargestellt), Fig. 8 einen Querschnitt durch den Halsabschnitt des Mitnehmers gemäß Fig. 7 entlang der Linie VIII-VIII, sowie Fig. 9 und 10 zwei perspektivische Darstellungen eines erfindungsgemäßen Mitnehmers.

In Figur 1 ist ein Längsschnitt durch eine Hubkolbenmaschine 1 in Form eines Kältemittelkompressors für eine Kraftfahrzeug-Klimaanlage dargestellt. Die Hubkolbenmaschine 1 weist mehrere in einem Maschinengehäuse 3 angeordnete Kolben 4 auf. Sämtliche Kolbenachsen 12 sind in einem festen Abstand zur Drehachse 11, d. h. geometrisch auf einem Zylindermantel um die Maschinenwelle 2 herum angeordnet. Die Kolben sind in zylindrischen Laufbuchsen geführt, wobei alle Kolbenachsen 12 parallel zur Drehachse 11 der Maschinenwelle ausgerichtet sind. Über eine nachfolgend näher erläuterte Kraftübertragungsanordnung wird die Rotationsbewegung der Maschinenwelle in eine Translationsbewegung der Kolben 4 übergeführt. In Fig. 2 ist eine vereinfachte Prinzipskizze zur Kraftübertragung zwischen Maschinenwelle 2 und Kolben 4 dargestellt.

Auf der Maschinenwelle ist ein Schiebekörper in Form einer Schiebehülse 9 geführt. An der Schiebehülse 9 ist wiederum eine kreisringförmige Schwenkscheibe 5 gelagert, wobei die Schwenkscheibe 5 gemeinsam mit der Schiebehülse 9 parallel zur Richtung der Drehachse 11 verschiebbar ist. An der Schiebehülse 9 sind zwei kurze Zapfen 13 angebracht, die eine quer zur Drehachse 11 der Maschinenwelle ausgerichtete Scharnierachse 8 definieren, um die die Schwenkscheibe 5 schwenkbar ist.

In einer Ausnehmung 2a der Maschinenwelle 2 ist ein Mitnehmer 7 festgelegt, wobei zwischen dem Befestigungsabschnitt 7c des Mitnehmers und der Ausnehmung 2a vorzugsweise eine Press- oder Übergangspassung besteht. In einem modifizierten Ausführungsbeispiel sind Maschinenwelle und Mitnehmer 7 einstückig ausgeführt. Da sich die Biegebeanspruchung des Mitnehmers 7 bis in die zugehörige Ausnehmung in der Welle 2 fortsetzt, so daß bei einer Preßpassung zwischen Mitnehmer und Welle Mikroverschiebungen in der Preßfuge auftreten, kann die Biegesteifigkeit des Mitnehmers 7 erhöht und damit eine Biegung verringert werden, wenn Mitnehmer und Welle aus einem Stück bestehen. Es lassen sich dann auch spannungs-und verformungsgünstige Übergänge realisieren.

Der Mitnehmer 7 ragt in etwa rechtwinklig von der Maschinen- welle ab und greift mit einem kugelförmigen Anlenkabschnitt 7a in eine radial geöffnete Aufnahme 14 seitens der Schwenkscheibe ein (vgl. Fig. 2 und 3). Da der Mitnehmer 7 an der Maschinenwelle festgelegt ist, ist das Verschwenken der Schwenkscheibe um die Scharnierachse 8 an das Verschieben der Schiebehülse 9 gekoppelt. Über den Mitnehmer 7 wird im Betrieb der Hubkolbenmaschine die Rotation der Maschinenwelle 2 auf die Schwenkscheibe übertragen (Drehbewegung in Richtung des Pfeils w).

Senkrecht zur Scharnierachse 8 ist eine durch die Drehachse 11 verlaufende Hauptmittelebene 10 definiert, die eine Saugseite S von einer Druckseite D der Hubkolbenmaschine trennt (vgl. Fig. 3). Die Hauptmittelebene 10 rotiert mit der Maschinenwelle.

Die Schwenkscheibe 5 ist an ihrem Umfang im Bereich eines jeden Kolbens 4 von einer Gelenkanordnung 6 umgriffen, die über die Schwenkscheibe gleitet, wenn diese ihre Rotationsbewegung w ausführt. Bei einer (in den Fig. 1 bis 3 dargestellten) Neigung der Schwenkscheibe 5 gegenüber der Maschinenwelle 2, veranlaßt die Schwenkscheibe im Verlauf ihrer Rotationsbewegung die auf der Druckseite D befindlichen Kolben zu einer Kompressionsbewegung und die auf der Saugseite S liegenden Kolben zu einer Ansaugbewegung.

Weitere Angaben zum Aufbau und zur Funktion der Hubkolben- maschine 2 sind aus der DE 197 49 727 AI zu entnehmen, auf die hiermit ausdrücklich Bezug genommen wird.

Auf der Druckseite D sind die auf die Schwenkscheibe wirkenden Kolbenkräfte höher als auf der Saugseite. Es entsteht somit ein Moment um eine Achse 15, die quer zur Scharnierachse 8 durch die Hauptmittelebene 10 verläuft. Das genannte Moment wird über die Zapfen 13 auf die Schiebehülse 9 übertragen und von dieser weiter auf die Maschinenwelle 2.

Da die Schiebehülse somit gegenüber der Maschinenwelle ein Kippen um. die Achse 15 versucht, entstehen Berührkräfte zwischen Schiebehülse 9 und Welle 2, die dem Kippen entgegenwirken. Die Berührkräfte behindern aufgrund der durch sie hervorgerufenen Reibung die Beweglichkeit der Schiebehülse 9 und somit die Hubregelung des Kompressors.

Diese Berührkräfte sind besonders gering, wenn der Massen- und/oder Raummittelpunkt des die Schwenkscheibe 5 unterstützenden Anlenkabschnitts 7a außerhalb der Hauptmittelebene 10 auf der Druckseite D der Hubkolben- maschine angeordnet ist. Der Anlenkabschnitt 7a befindet sich dann näher an der aus den Kolbenkräften gebildeten Resultierenden, so daß kleinere Momente und folglich kleinere Berührkräfte zwischen Schiebehülse und Maschinenwelle auftreten.

Vorzugsweise ist der Massen-und/oder Raummittelpunkt des Anlenkabschnittes 7a geometrisch in etwa auf dem Zylindermantel angeordnet, der die Kolbenachsen 12 beinhaltet. Dabei weist die Aufnahme 14, die den Anlenkabschnitt 7a umschließt, vorzugsweise eine Hauptachse 16 auf, die mit der Hauptmittelebene 10 einen Winkel zwischen 20° und 30° einschließt. Den entsprechenden Winkel schließt dann vorzugsweise auch die Mitnehmerachse 17 mit der Hauptmittelebene 8 ein.

Des weiteren ist der Berührpunkt P zwischen dem Anlenkabschnitt 7a und der Schwenkscheibe 5 vorzugsweise in etwa auf dem Zylindermantel angeordnet, der die Kolbenachsen 12 beinhaltet.

Gegebenenfalls liegt der Berührpunkt P zwischen dem Anlenkabschnitt 7a und der Schwenkscheibe 5 in etwa auf dem Zylindermantel, der die Kolbenachsen 12 beinhaltet, und der Massen-und/oder Raummittelpunkt des Anlenkabschnittes 7a liegt außerhalb des Zylindermantels.

Die im wesentlichen in Richtung der Kolbenachsen 12 auf den Anlenkabschnitt 7a wirkenden Kräfte bewirken insbesondere auf der Druckseite D der Hubkolbenmaschine eine starke Belastung und somit eine elastische Biegung des Mitnehmers 7. Dadurch wird der Anlenkabschnitt 7a aus seiner unbelasteten Ruhe- position ausgelenkt bzw. verschoben. Durch die Verschiebung des Anlenkabschnittes 7a entsteht eine Vergrößerung des Totraumes in den Zylindern. Biegeebene ist dabei eine Ebene, die aufgespannt ist durch die Mitnehmerachse 17 und die Drehachse 11 der Maschinenwelle. Zur Verringerung einer schädlichen Vergrößerung des Totraumes ist vorgesehen, den Befestigungsabschnitt 7c mit einem unrunden Befestigungsquerschnitt quer zur Mitnehmerachse 17 auszugestalten. Der Befestigungsquerschnitt entspricht dem Schnitt entlang der Linie V-V in Fig. 4 und ist in Fig. 5 gesondert dargestellt. Wie aus Fig. 5 ersichtlich ist, verläuft die längste Erstreckung des unrunden Befestigungsquerschnittes entlang einer Linie, die in einer durch die Mitnehmerachse 17 und die Drehachse 11 aufgespannten Ebene liegt. Für den in den Fig. 4 und 5 dargestellten Fall, daß der Mitnehmer 7 rechtwinklig von der Maschinenwelle 2 abragt, ist die längste Erstreckung des unrunden Befestigungsquerschnittes parallel zur Drehachse 11 ausgerichtet. Der unrunde Befestigungsquerschnitt weist vorliegend die Form einer Arena auf (Fig. 5). In modifizierten Ausführungsbeispielen ist der unrunde Befestigungsabschnitt beispielsweise als abgeflachter Kreis (vgl. Fig. 6), als Ellipse oder als P2-Profil gestaltet. Die Maschinenwelle 2 weist in jedem Fall zur Aufnahme des Mitnehmers eine Ausnehmung 2amit einem entsprechenden Querschnitt auf. Die Ausnehmung kann als Sackloch oder als Durchbruch durch die Maschinenwelle gestaltet sein. In einem modifizierten Ausführungsbeispiel sind Maschinenwelle und Mitnehmer stoffschlüssig miteinander verbunden.

In einem weiteren Ausführungsbeispiel ist der Mitnehmer im Bereich des Befestigungsabschnittes 7c mittels einer Preßpassung in der Maschinenwelle gehalten, die eine verminderte Flächenpressung quer zur Ausrichtung der längsten Erstreckung des unrunden Befestigungsquerschnittes und eine erhöhte Flächenpressung in Richtung der längsten Erstreckung des unrunden Befestigungsquerschnittes aufweist.

Wie bereits dargestellt (Fig. 2,3) greift der Mitnehmer 7 in eine vorzugsweise radiale Aufnahme 14 seitens der Schwenk- scheibe 5 ein. Bei einem Verschwenken der Schwenkscheibe zwischen ihren beiden Umkehr-bzw. Extrempositionen 5 und 5 (vgl. Fig. 7 und 8) nimmt sie unterschiedliche Ausrichtungen gegenüber dem Mitnehmer 7 ein, d. h. die Schwenkscheibe 5 pendelt bezüglich des Anlenkabschnittes 7a um eine sogenannte geometrische Mittelebene 18, die durch die Scharnierachse 8 verläuft. In der Umkehrposition 5 ist die Schwenkscheibe 5 genau quer zur Maschinenwelle 2 ausgerichtet, bei quer abragendem Mitnehmer 7 sind Schwenkscheibe und Mitnehmer parallel ausgerichtet. In der Umkehrposition 5"nimmt die Schwenkscheibe einen maximalen Winkel bezüglich des Mitnehmers ein. Die Aufnahme 14 der Schwenkscheibe ist dabei jeweils unterschiedlich zum Mitnehmer 7 orientiert und gibt daher Raum in unterschiedlicher Ausrichtung frei. An den von der Aufnahme 14 in den Umkehrpositionen 5 bzw. 5"jeweils freigegebenen Raum ist der Querschnitt eines Mitnehmerhalses 7b angepaßt, wodurch sich ein unrunder, insbesondere abschnittsweise zitronenförmiger Querschnitt ergibt. Die längste Erstreckung des unrunden Querschnitts des Mitnehmerhalses 7b verläuft wenigstens näherungsweise in der geometrischen Mittelebene 18.

Die Oberfläche des Mitnehmers 7 ist am Halsabschnitt 7b vorzugsweise aus zwei jeweils unvollständigen Zylinderflächen zusammengesetzt, deren Durchmesser gleich und um ein gewisses Spiel kleiner sind als der Durchmesser der zylinderförmigen Aufnahme 14. Die geometrischen Mittelachsen 19 und 19 fallen im allgemeinen zusammen mit der Mittelachse 16 der Aufnahme 14 in der jeweiligen Umkehrposition und schneiden sich vorzugsweise im Bereich des Massen-bzw.

Raummittelpunktes des Anlenkabschnittes 7a. Auf diese Weise ergibt sich ein möglichst großes Flächenträgheitsmoment und eine möglichst geringe Durchbiegung des Mitnehmerhalses 7b.

Da eine Dreh-bzw. Rundschleifbearbeitung um beide Achsen 19 und 19 notwendig ist, ist es aus fertigungstechnischer Sicht vorteilhaft, die Achse 19 als Mitnehmerachse 17 zu definieren. Die läßt sich unabhängig von der Ausrichtung des Mitnehmers 7 zur Maschinenwelle 2 vorsehen.

In einem modifizierten Ausführungsbeispiel ist die Aufnahme 14 nach innen, d. h. zur Maschinenwelle hin konisch erweitert gestaltet. Die Oberfläche des Mitnehmerhalses 7b ist dabei aus zwei unvollständigen Kegelflächen zusammengesetzt. Es ergibt sich ebenfalls ein zitronenförmiger Querschnitt.

In den Fig. 9 und 10 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Mitnehmers 7 dargestellt, wobei u. a. aus Gründen der Fertigungsvereinfachung eine diskontinuierliche, d. h. Kanten aufweisende Oberfläche des Mitnehmerhalses 7b vorgesehen ist.