DE10208586A1

DE10208586A1 - Antriebseinrichtung für eine Maschine, insbesondere Pumpe oder Motor

Info

Publication number: DE10208586A1
Application number: DE10208586A
Authority: DE
Inventors: Reinhard Sorg; Ernst Beck
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2002-02-22
Filing date: 2002-02-22
Publication date: 2003-09-11
Also published as: WO2004104446A1; AU2003227007A1; EP1606533A1; DE10394245D2

Abstract

Es wird eine Antriebseinrichtung (1) für eine mindestens eine Kolben-/Zylindereinheit (25) aufweisende Maschine (27) vorgeschlagen. Die Kolben-/Zylindereinheit (25) weist mindestens einen Kolben auf, der in eine oszillierende Rotationsbewegung versetzt werden kann. Die Antriebseinrichtung (1) zeichnet sich durch eine Hubverstelleinrichtung (55) zum Einstellen des Schwenkwinkelbereichs des Kolbens aus. Ferner wird eine Fördereinrichtung vorgeschlagen, die mittels der Antriebseinrichtung (1) betrieben werden kann.

Description

Die Erfindung betrifft eine Antriebseinrichtung für eine mindestens eine Kolben-/Zylindereinheit aufweisende Maschine, gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1, und eine Fördereinrichtung für ein gasförmiges oder flüssiges Medium, gemäß Anspruch 17.
Es sind sogenannte Verstellpumpen bekannt, die so gebaut sind, dass man den durch Zellen gebildeten Förderraum verstellen und damit die Fördermenge bei gleichbleibender Antriebsdrehzahl verändern kann. Ein Verstellen der Förderleistung erfolgt dabei durch die Veränderung der Exzentrizität des exzentrisch in einem Gehäuse gelagerten Rotors. Die Veränderung der Exzentrizität kann auch während des Laufs der Maschine erfolgen und verändert damit den Förderstrom bei gleichbleibender Drehzahl der Antriebsmaschine. Bei der Bauform der sogenannten Flügelzellenpumpen besitzt der Rotor Schlitze, in den radial verschiebliche Lamellen gleiten. Diese Lamellen werden z. B. durch die Fliehkraft gegen die Gehäusewandung gepresst und bilden bei der Drehbewegung sich sichelförmig erweiternde und verengende Förderzellen. Bei den sogenannten Kolbenzellenpumpen nach Trommelbauart verändert man die Fördermenge durch Schwenken des Steuerkörpers um einen Winkel gegen die Antriebswelle, die über eine Gelenkwelle die Trommel auf dem Steuerkörper antreibt.

In der DE 37 11 643 C2 wird ein stufenlos regelbares Kurbelgetriebe insbesondere für Zweiräder beschrieben, welches eine stufenlose Anpassung an die jeweilige Belastung durch einen Drehmomentenwandler erreicht, der im weitesten Sinne einen Hebel aufweist, dessen wirksame Hebellänge in Abhängigkeit von der jeweils benötigten Antriebskraft mit Hilfe von Federelementen verändert wird. Hierbei wird ein Schlitten in einer Zylinderführung bei einsetzender Belastung so verschoben, dass die wirksame Hebellänge des Drehmomentenwandlers verkleinert bzw. vergrößert wird. Über eine Hubverstellung erfolgt hier eine Regelung.

Eine Hubverstellung bei Kolbenpumpen ist in der DE 34 40 543 C2 beschrieben. Es handelt sich hierbei um eine fluidische Radialkolbenmaschine, bei welcher die mit ihren Mittelachsen in einer zur Maschinenlängsachse gemeinsamen Querebene angeordneten Arbeitskolben an einem radial verlagerbaren Stützglied wenigstens mittelbar gleitend anliegen, das mit einem die Querebene durchsetzenden und aus der Maschinenlängsachse verschwenkbaren Längsabschnitt der Maschinenwelle gelenkig verbunden ist, wobei das in die Maschinenlängsachse mündende Ende des unter den Einfluss eines kraftbeaufschlagbaren, translatorisch wirksamen Schiebeglieds gestellten schwenkbaren Wellenabschnitts an den um die Maschinenlängsachse rotierenden, axial unverschiebbaren Längsabschnitt der Maschinenwelle gelenkig angeschlagen ist und dass bezüglich der Anlenkung des schwenkbaren Wellenabschnitts an den um die Maschinenlängsachse rotierenden Wellenabschnitt auf der anderen Seite der Querebene radial verlagerbare Wellenende an ein hier vorgesehenes, um die Maschinenlängsachse drehbar gelagertes Schwenklenker- Getriebe mit senkrecht zur Maschinenlängsachse verlaufende Schwenkachse im Rotationssinne mitnahmefähig gekoppelt ist.

Diese vorgenannten Lösungen beziehen sich auf spezielle technische Lösungen und bedingen zu ihrer Realisierung einen sehr hohen mechanischen Aufwand, der aufgrund der Anwendungsfälle durchaus auch gerechtfertigt erscheint.

Eine Antriebseinrichtung der hier angesprochenen Art ist aus der DE 197 47 445 A1 bekannt. Sie ist mit einer Kolben-/Zylindereinheit gekoppelt, die mindestens einen in einem Arbeitsraum angeordneten Kolben aufweist, der mittels der Antriebseinrichtung in eine oszillierende Rotationsbewegung versetzt werden kann, also um eine Drehachse eine hin- und hergehende Teilkreisbewegung ausführt. Die beispielsweise von einem Elektromotor angetriebene Antriebseinrichtung wandelt eine Rotationsbewegung auf der Antriebsseite in eine Schwenkbewegung auf der Abtriebsseite um, wobei die Schwenkbewegung auf den Kolben übertragen wird, wodurch dieser eine oszillierende Teilkreisbewegung um eine bestimmte Dreh- beziehungsweise Schwenkachse durchführt. Dies wird mit Hilfe einer mit einem Drehmoment beaufschlagbaren Kurbelscheibe realisiert, an der in exzentrischer Anordnung ein Gabelstück gelagert ist, das mit einer Kolbenwelle zusammenwirkt. Aufgrund dieser Ausgestaltung der Antriebseinrichtung führt der Kolben eine definierte, gleichbleibende Schwenkbewegung in einem bestimmten Winkelbereich aus. Der Schwenkwinkelbereich des Kolbens und somit das Hubvolumen der Kolben-/Zylindereinheit ist durch die konstruktive Ausgestaltung, der Antriebseinrichtung vorgegeben und daher nicht einstellbar. Für Kolben-/Zylindereinheiten, der Kolben einen unterschiedlichen Schwenkwinkelbereich aufweisen, ist jeweils eine speziell hieran angepasste Antriebseinrichtung erforderlich.

Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Antriebseinrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, die im Zusammenhang mit unterschiedlichen Kolben-/Zylindereinheiten einsetzbar ist.

Zur Lösung der Aufgabe wird eine Antriebseinrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 vorgeschlagen. Sie zeichnet sich durch eine Hubverstelleinrichtung zum Einstellen des Schwenkwinkelbereichs des in eine oszillierende Rotationsbewegung versetzbaren Kolbens einer Kolben-/Zylindereinheit aus. Sofern die Antriebseinrichtung im Zusammenhang mit einer Fördereinrichtung zum Fördern eines beispielsweise flüssigen Mediums eingesetzt wird, ist mit Hilfe der Hubverstelleinrichtung in vorteilhafter Weise eine Fördervolumeneinstellung möglich, so dass die Fördereinrichtung beispielsweise als Dosierpumpe mit einstellbarem Fördervolumen einsetzbar ist. Die oszillierenden Bewegungsabläufe der Antriebseinrichtung entsprechen exakt einer Sinuskurve.

Vorteilhafte Ausführungsbeispiele der Antriebseinrichtung ergeben sich aus den übrigen Unteransprüchen.

Der Gegenstand der Erfindung betrifft auch eine Fördereinrichtung für ein gasförmiges oder flüssiges Medium, die eine Antriebseinrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 16 umfasst.

Die Erfindung betrifft ferner die Verwendung der Antriebseinrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 16.

Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine Seitenansicht eines ersten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Antriebseinrichtung und eine Fördereinrichtung;
Fig. 2 einen Ausschnitt der Antriebseinrichtung gemäß Fig. 1 in Draufsicht (teilweise im Schnitt);
Fig. 3 eine Vorderansicht auf ein Kurbelelement der Antriebseinrichtung gemäß den Fig. 1 und 2;
Fig. 4 einen Ausschnitt der Antriebseinrichtung mit einem ersten Ausführungsbeispiel einer Hubverstelleinrichtung;
Fig. 5 einen Ausschnitt eines zweiten Ausführungsbeispiels der Antriebseinrichtung mit einer zweiten Ausführungsform der Hubverstelleinrichtung in Seitenansicht;
Fig. 6 einen Ausschnitt der Antriebseinrichtung gemäß der Fig. 5, nämlich ein in einer Nut geführtes Gleitelement;
Fig. 7 einen Ausschnitt der Antriebseinrichtung gemäß der Fig. 5, nämlich einen Bereich eines Gleitelements, der mit einer Schwinge gekoppelt ist; und
Fig. 8 ein Schaubild eines Antriebsstrangs, in dem die erfindungsgemäße Antriebseinrichtung Verwendung findet.
Fig. 1 zeigt eine Seitenansicht eines ersten Ausführungsbeispiels einer Antriebseinrichtung 1, die an einem im Wesentlichen L-förmigen Gehäuse 3 angeordnet ist. Sie weist eine im Gehäuse 3 drehbar gelagerte Antriebswelle 5 auf, mit der eine nicht dargestellte Antriebseinheit, beispielsweise ein Elektromotor oder die Kurbelwelle eines Kraftfahrzeugs, koppelbar ist. Mittels der Antriebseinheit ist die Antriebswelle 5 also zur Rotation um ihre Längsmittelachse 7 antreibbar. Am freien Ende der Antriebswelle 5 ist ein Kurbelelement 9 drehfest angeordnet, das bei diesem Ausführungsbeispiel als Kurbelscheibe 11 ausgebildet ist, die - wie aus Fig. 3 ersichtlich - kreisrund ist. Die Kurbelscheibe 11 ist derart gegenüber der Antriebswelle 5 ausgerichtet, dass deren Längsmittelachse 13 mit der Längsmittelachse 7 der Antriebswelle 5 fluchtet. Zwischen Antriebswelle 5 und Kurbelscheibe 11 besteht also keine Exzentrizität.
Die Antriebseinrichtung 1 weist ferner eine Schwinge 15 auf, die an ihrem einen Ende in einer exzentrisch zur Längsmittelachse 13 angeordneten Aufnahme an der Kurbelscheibe 11 gelagert ist. Die Schwinge 15 ist hier als Gabelstück ausgebildet, dessen Gabelarme 17, von denen in der Darstellung gemäß Fig. 1 lediglich einer erkennbar ist, um eine senkrecht zur Bildebene der Fig. 1 verlaufende Achse 19 schwenkbar mit einem Blockstück 21 verbunden sind. Das Blockstück 21 ist wiederum drehfest mit einer Kolbenwelle 23 einer Kolben-/Zylindereinheit 25 verbunden, die Teil einer hier von einer Fördereinrichtung 27 gebildeten Maschine ist.
Die Kolben-/Zylindereinheit 25 weist einen Zylinder 29 auf, der ein kreishohlzylindrisches, also topfförmiges Unterteil 31 sowie einen Zylinderdeckel 33 besitzt, der das Unterteil 31 verschließt und mit geeigneten Mitteln mit diesem verbunden ist. Die Kolbenwelle 23 ist mit Hilfe eines im Grundkörper angeordneten Präzisionslagers 35 exakt drehbar und auch in exakter axialer Position geführt. Das Präzisionslager 35 ist als Axiallager ausgebildet, das sowohl in Richtung der Längsmittelachse 24 der Kolbenwelle 23 als auch in radialer Richtung wirkende Kräfte aufnimmt. Mit der Kolbenwelle 23 ist ferner mindestens ein in einem Zylinder 29 angeordneter, in Fig. 1 nicht dargestellter Kolben drehfest verbunden, der um die Kolbenwelle 23 beziehungsweise deren Längsmittelachse 24 entlang einer Teilkreisbewegung geführt ist. Der Aufbau und die Funktion der Kolben-/Zylindereinheit 25 ist bekannt, beispielsweise aus der DE 197 47 445 A1, deren Inhalt bezüglich insbesondere des Aufbaus und der Funktion der Kolben-/Zylindereinheit und einer Ventileinrichtung der Fördereinrichtung zum Gegenstand der Anmeldung gemacht wird.
Die Funktion der anhand der Fig. 1 beschriebenen Antriebseinrichtung 1 besteht also darin, eine Rotationsbewegung der Antriebswelle 5 derart umzuwandeln, dass die Kolbenwelle 23 abwechselnd im Uhrzeigersinn und entgegen dem Uhrzeigersinn in einem bestimmten Schwenkwinkelbereich um ihre Längsmittelachse 24 verschwenkt wird, wodurch auch der mindestens eine, mit der Kolbenwelle 23 verbundene Kolben eine entsprechende oszillierende Rotationsbewegung ausführt. Dabei wird das mit Hilfe der Fördereinrichtung 27 zu fördernde Medium mittels einer Kolbenbewegung angesaugt und mittels der entgegengesetzten Kolbenbewegung sowie der Funktion einer Ventileinrichtung gefördert. Die Förderleistung ist also unmittelbar abhängig von der mittels der Antriebseinrichtung 1 erzeugten oszillierenden Rotationsbewegung der Kolbenwelle 23. Die Größe des Schwenkwinkelbereichs der Kolbenwelle 23 wird durch den Abstand der Aufnahme der Schwinge 15 bestimmt. Dieser ist mittels einer in Fig. 1 nicht dargestellten Hubverstelleinrichtung einstellbar, was im Folgenden anhand der Fig. 2 bis 4 näher erläutert wird.
Fig. 2 zeigt in schematischer Darstellung einen Teil der anhand der Fig. 1 beschriebenen Antriebseinrichtung 1, teilweise in Schnittdarstellung. Die Kurbelscheibe 11 weist auf ihrer der Schwinge 15 zugewandten Vorderseite eine randoffene Vertiefung 37 auf, die hier von einer Nut 39 gebildet ist. Der Boden der Vertiefung 37 ist gekrümmt ausgebildet, wobei die Krümmung dergestalt ist, dass sie in ihrer Mitte die größte Tiefe und in ihren radial außenliegenden Bereichen eine geringere Tiefe aufweist. Die Krümmung des Nutgrunds/-bodens entspricht hier rein beispielhaft dem Verlauf einer Teilkreisbahn um die in Fig. 2 senkrecht zur Bildebene verlaufende Längsmittelachse 24 der Kolbenwelle 23.
Aus Fig. 3, die eine Vorderansicht auf die in Fig. 2 dargestellte Kurbelscheibe 11 zeigt, ist ersichtlich, dass die Seitenwände der Nut 39 parallel zueinander und senkrecht zur Bildebene der Fig. 3 verlaufen.
In der Nut 39 ist ein Gleitelement 41, das hier von einem Gleitstein 43 gebildet ist, längs verschieblich sowie mit geringem Spiel zu den Nutseitenwänden geführt. Das Gleitelement 41 weist ein hier nur mit gestrichelten Linien angedeutetes Lager 45 auf, das zur drehbeweglichen Lagerung der Schwinge 15 dient. Hierzu weist diese einen Lagerzapfen 47 auf, der im Lager 45 geführt ist.
Die in Fig. 2 dargestellte Kopplung zwischen der Schwinge 15 und der Kolbenwelle 23 unterscheidet sich von der anhand der in Fig. 1 beschriebenen dadurch, dass die die Kolbenwelle 23 umgreifenden Gabelarme 17 direkt mit der Kolbenwelle 23gekoppelt sind. Auf ein anhand der Fig. 1 beschriebenes Blockstück 21 wird hier also verzichtet. Die Kopplung zwischen Schwinge 15 und Kolbenwelle 23 erfolgt hier mittels eines Verbindungs-/Lagerstifts 49, der in miteinander fluchtende Durchgangsbohrungen 51 in den Gabelarmen 17 und eine die Kolbenwelle 23 in radialer Richtung durchdringende Bohrung 53 durchgreift. Das Spiel zwischen dem Verbindungs- /Lagerstift 49 und den Durchgangsbohrungen 51 und der Radialbohrung 53 ist so groß, dass die Schwinge 15 um die Achse 19, die mit der Längsmittelachse des Verbindungs-/Lägerstifts 49 zusammenfällt und die in radialer Richtung die Längsmittel-/Drehachse 24 der Kolbenwelle 23 schneidet, verschwenkbar ist.
Aus Fig. 2 ist ferner ersichtlich, dass die Längsmittelachsen 7, 13 der Antriebswelle 5 und der Kurbelscheibe 11 sowie die senkrecht dazu verlaufende Längsmittelachse 24 der Kolbenwelle 23 in einer gemeinsamen, gedachten Ebene angeordnet sind, die hier horizontal verläuft und sich senkrecht zur Bildebene der Fig. 2 aufspannt. Festzuhalten bleibt noch, dass aufgrund der Lagerung der Kolbenwelle 23 und der Antriebswelle 5 der Abstand zwischen der Kurbelscheibe 11 und der Kolbenwelle 3 konstant ist.
Durch ein Verschieben des Gleitelements 41 innerhalb der Nut 39 in der Kurbelscheibe 11 kann der Winkelbereich, um den die Kolbenwelle 23 um ihre Längsmittel-/Drehachse 24 oszillierend verschwenkt und somit auch der an der Kolbenwelle 24 drehfest angeordnete beziehungsweise mit der Kolbenwelle 24 einstückig verbundene Kolben der Kolben- /Zylindereinheit 25, eingestellt werden. Der oszillierende Bewegungsablauf der Kolbenwelle 24 entspricht exakt einer Sinuskurve.
In Fig. 2 ist die mittels der Antriebseinrichtung 1 erzeugte oszillierende Rotationsbewegung der Kolbenwelle 23 mit einem Doppelpfeil angedeutet. Je größer der radiale Abstand des Gleitelements 41 beziehungsweise des Lagers 45 von der Längsmittelachse 13 der Kurbelscheibe 11 ist, desto größer ist der Winkelbereich, in dem die Kolbenwelle 23 verschwenkt wird. In Fig. 2 ist das Gleitelement 41 in einer Stellung dargestellt, in der es in einen radial äußeren Bereich der Nut 39 verschoben ist, was dazu führt, dass der Schwenkwinkelbereich der Kolbenwelle 23 sehr groß ist. Wird nun das Gleitelement 21 innerhalb der Nut 39 in Richtung auf die Längsmittel-/Drehachse 13 der Kurbelscheibe 11 verschoben, also in Richtung der Mitte der Nut 39, so wird der Schwenkwinkelbereich der Kolbenwelle 23 immer kleiner. Wenn sich das Gleitelement 41 genau in der Mitte der Nut 39 befindet, wie in Fig. 3 dargestellt, in der die Längsmittel-/Drehachse 13 der Kurbelscheibe 11 und die Längsmittelachse des Lagers 45 miteinander fluchten, also keine Exzentrizität mehr zwischen der Aufnahme der Schwinge 15 und der Kurbelscheibe 11 besteht, steht die Schwinge 15 auch bei rotierender Kurbelscheibe 11 still. Dies führt dazu, dass auch die Kolbenwelle 23 und somit auch der mit dieser verbundene Kolben der Kolben-/Zylindereinheit 25 nicht bewegt, das heißt verschwenkt werden, was zur Folge hat, dass kein Medium gefördert wird; das Fördervolumen ist in diesem Fall trotz des zur Rotation angetriebenen Kurbelelements 9 gleich null. Vorteilhaft hierbei ist, dass wenn kein Medium gefördert werden soll, die die Antriebseinrichtung 1 mit einem Antriebsmoment beaufschlagende Antriebseinheit nicht abgeschaltet oder abgekoppelt werden muss.
Bei dem anhand der Fig. 1 bis 3 beschriebenen Ausführungsbeispiel der Antriebseinrichtung 1 ist hervorzuheben, dass der Abstand zwischen der Kurbelscheibe 11 und der Kurbelwelle 23 unabhängig von dem eingestellten Schwenkwinkelbereich der Kolbenwelle 23 konstant beziehungsweise im Wesentlichen konstant ist. Zu diesem Zweck ist die Antriebswelle 5 in dem Grundkörper 3 drehbeweglich gelagert und gegen ein Verschieben in Richtung ihrer Längsmittelachse gesichert. Dies kann in vorteilhafter Weise mittels eines an sich bekannten Axiallagers realisiert werden.
Im Folgenden wird anhand der Fig. 4 ein erstes Ausführungsbeispiel einer Hubverstelleinrichtung 55 näher erläutert, die zum Zwecke der Einstellung des Schwenkwinkelbereichs der Kolbenwelle 23 und somit auch des Kolbens der Kolben-/Zylindereinheit 25 dient und für die anhand der Fig. 1 bis 3 beschriebene Antriebseinrichtung 1 vorgesehen ist. Gleiche Teile sind mit gleichen Bezugszeichen versehen, so dass insofern auf die Beschreibung zu den vorangegangenen Fig. 1 bis 3 verwiesen wird. Die Hubverstelleinrichtung 55 wirkt also auf das in der Vertiefung 37 beziehungsweise Nut 39 (nicht dargestellt) verschieblich gelagerte Gleitelement 41 ein, um dieses zum Zwecke des Einstellens des radialen Abstands zwischen dem Lager 45 und der Längsmittel-/Drehachse 13 der Kurbelscheibe 11 zu verlagern.
Die in Fig. 4 dargestellte Antriebseinrichtung 1 unterscheidet sich von der anhand der Fig. 1 bis 3 beschriebenen insofern, dass sie eine andere Ausführungsform der Schwinge 15 aufweist, die ansonsten jedoch in derselben Weise an der Kurbelscheibe 11 gelagert und mit der in Fig. 4 nicht dargestellten Kurbelwelle 23 der Kolben-/Zylindereinheit 25 gekoppelt ist.
Die Hubverstelleinrichtung 55 ist an den zu einer Baueinheit verbundenen Kurbelscheibe 11 und Antriebswelle 5 angeordnet und umfasst ein über fest mit der Kurbelscheibe beziehungsweise der Antriebswelle 5 verbundene Umlenkelemente 57 bis 65 geführtes Seil 67, dessen Enden 69, 71 auf gegenüberliegenden Seiten des Gleitelements 41 fest mit diesem verbunden sind. Das aus den Umlenkelementen und dem Seil bestehende Seilsystem sind hier in einer Durchgangsöffnung 73 der als Hohlwelle ausgebildeten Antriebswelle 5 und in einem entsprechenden, in Fig. 4 nicht näher dargestellten Freiraum in der Kurbelscheibe 11 angeordnet. Die Länge des Seils 67 ist so gewählt, dass es zumindest soweit gespannt ist, dass es nicht durchhängt. Die Umlenkelemente 57 bis 65 sind hier von Stiften gebildet.
Die Hubverstelleinrichtung 55 umfasst ferner ein Verlagerungselement 75, das aus einem Führungsteil 77 und einem Kopplungsteil 79 besteht, die mittels mindestens einem Befestigungselement 81, das hier von einer Schraube gebildet ist, lösbar miteinander verbunden sind. Das Führungsteil 77 ist in einer Führung in der Antriebswelle 5 in Richtung der Längsmittelachse 7 längsverschieblich gelagert und weist zwei Durchgangsöffnungen auf, durch die das Seil 67 durchgefädelt und darin mit Spiel geführt ist. Im Bereich der einen Durchgangsöffnung sind Haltemittel 83 vorgesehen, beispielsweise Klemmschrauben, mittels derer der in der Durchgangsöffnung befindliche Teilabschnitt des Seils 67 zum Zwecke der Kopplung des Seils 67 mit dem Führungsteil 77 fixiert ist. Das Kopplungsteil 79 weist einen hülsenförmigen Grundkörper auf und ist auf die Außenseite der Antriebswelle 5 mit Spiel aufgesteckt. Das Kopplungsteil 79 weist an seiner Außenseite eine umlaufende Vertiefung 85 auf, in die mit einem nicht dargestellten Betätigungswerkzeug, beispielsweise einer Schaltgabel oder dergleichen, eingegriffen werden kann, um das Kopplungsteil 79 und das Führungsteil 77 gemeinsam parallel zur Längsmittelachse 7 der Antriebswelle 5 zu verlagern, wie mit Pfeilen angedeutet.
Die Teile der in Fig. 4 dargestellten Hubverstelleinrichtung 55 sind alle so an der Antriebswelle 5 beziehungsweise der Kurbelscheibe 11 angeordnet, dass sie sich bei einer Rotation der Antriebswelle 5 und der Kurbelscheibe 11 um ihre Längsmittel- /Drehachsen 7, 13 gemeinsam mit diesen mitbewegen.
Aufgrund der erfindungsgemäßen Ausgestaltung der Hubverstelleinrichtung 55 kann diese sowohl im Stillstand als auch bei Rotation der Antriebswelle 5 betätigt werden, um den Schwenkwinkelbereich der über die Schwinge 15 angetriebenen Kurbelwelle 23zu verändern. Hierzu wird lediglich mit einem geeigneten Werkzeug in die Vertiefung 85 im Verlagerungselement 75 eingegriffen und dieses entlang der Antriebswelle 5 in die gewünschte Richtung verschoben.
In Fig. 4 ist das Gleitelement 41, an dem die Schwinge 5 drehbeweglich geführt ist, in einer bezüglich der Längsmittelachse 13 der Kurbelscheibe 11 radial außenliegenden ersten Position und in einer zweiten Position dargestellt, in der der Abstand zwischen dem Lager 45 und der Längsmittelachse 13 der Kurbelscheibe 11 gleich null beträgt, das heißt, die Längsmittelachse 5 des Lagers 45 liegt auf der Längsmittel-/Drehachse 13 der Kurbelscheibe 11. Vorzugsweise entsprechen die ersten und zweiten Positionen des Gleitelements 41 dessen Endstellungen, das heißt, das Gleitelement wird nun innerhalb des dazwischenliegenden Abschnitts der Nut verschoben. Ein Verschieben des Gleitelements 41 in eine unterhalb der Längsmittel-/Drehachse der Kurbelscheibe 11 liegende Position ist hier nicht vorgesehen.
Um das Gleitelement 41 aus der in Fig. 4 dargestellten radial außenliegenden Position in eine radial weiter innenliegenden Position zu verlagern, muss lediglich das Verlagerungselement 75 in der Darstellung gemäß Fig. 4 nach rechts verschoben werden, was zur Folge hat, dass über das Seilende 71 eine Zugkraft auf das Gleitelement 41 ausgeübt und dieses in die gewünschte Position gezogen wird. Sofern das Gleitelement 41 aus der beispielsweise in Fig. 4 dargestellten zweiten Position, in der bei rotierender Kurbelscheibe 11 die Schwinge 15 nicht bewegt wird, in eine radial außenliegende Position verschoben werden soll, muss das Verlagerungselement 75 entsprechend nach links in Richtung auf die Kurbelscheibe 11 verschoben werden.
Das anhand der Fig. 4 beschriebene Ausführungsbeispiel der Hubverstelleinrichtung 5 zeichnet sich dadurch aus, dass auch bei rotierender Antriebswelle 5 eine Verstellung des Schwenkwinkelbereichs des Kolbens und somit eine Einstellung des Fördervolumens der Fördereinrichtung 27 möglich ist. Zum Verschieben des Verlagerungselements 75 auf der Antriebswelle 5 müssen auch bei rotierender Antriebswelle 5 nur Reibungskräfte überwunden werden. Vorteilhaft ist ferner, dass die Hubverstelleinrichtung 55 ausschließlich mechanisch arbeitet.
Fig. 5 zeigt in schematischer Darstellung ein weiteres Ausführungsbeispiel der Antriebseinrichtung 1, die zum Verschwenken einer Kolbenwelle einer Kolben-/Zylindereinheit, wie sie beispielsweise anhand der Fig. 1 beschrieben wurde, dient. Teile, die bereits anhand der vorangegangenen Figuren beschrieben wurden, sind mit gleichen Bezugszeichen versehen, so dass insofern auf die Beschreibung zu den Fig. 1 bis 4 verwiesen wird.
Die Kolben-/Zylindereinheit ist in Fig. 5 nicht dargestellt, jedoch ist die Koppelstelle, an der die Schwinge 15 auf die Kolbenwelle einwirkt, angedeutet. Die in Fig. 5 dargestellte Antriebseinrichtung 1 unterscheidet sich von der anhand der Fig. 1 bis 4 insbesondere dadurch, dass zum Zwecke des Einstellens des radialen Abstands zwischen dem Lager 45 und der Längsmittelachse 13 des Kurbelelements 9 das Kurbelelement 9 gemeinsam mit der Antriebswelle 5 in Richtung auf die Kolbenwelle und in entgegengesetzter Richtung verlagerbar ist, wie mit einem Doppelpfeil 87 angedeutet.
Das Kurbelelement 9 weist - im Querschnitt gesehen - eine dreieckige Außenkontur auf, wobei die Längsmittel-/Drehachse 13 des Kurbelelements 9 durch den Verbindungspunkt der beiden Katheten des hier gleichschenkligen und rechteckigen Dreiecks verläuft. In einer unter einem Winkel α schräg zur Längsmittelachse 13 verlaufenden Stirnfläche 89 des Kurbelelements 9 ist eine von einer Nut 91 gebildete Vertiefung 37 zur Aufnahme und Führung eines mit der Schwinge 15 gekoppelten Gleitelements 41 eingebracht. Die Schwinge 15 und das Gleitlager 41 sind derart miteinander gekoppelt, dass bei einer definierten Gleitstellung des Gleitelements 41 sich die Schwinge 15 auf der Längsmittelachse 13 des Kurbelelements 9 befindet (Nullstellung der Schwinge 15). Die Nut 91 ist derart ausgebildet, dass bei einer translatorischen Verlagerung des Kurbelelements 9 in Richtung seiner Längsmittelachse 13 das Gleitelement 41 derart mit einer Kraft beaufschlagt wird, dass dieses in der Nut 91 verschoben wird. Zu diesem Zweck weist die Nut 91 mindestens eine mit dem Gleitelement 41 zusammenwirkende Mitnehmerfläche zum Übertragen einer senkrecht zu ihrer Längserstreckung gerichteten Kraft auf das Gleitelement 41 auf. Die Nut 91 kann beispielsweise eine bekannte Schwalbenschwanzform aufweisen, wobei die Form des Gleitelements 41 entsprechend angepasst ist.
Festzuhalten bleibt, dass bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 5 das Kurbelelement 9 und das Gleitelement 41 in Form eines Keilgetriebes miteinander zusammenwirken.
In Fig. 6 ist ein vorteilhaftes Ausführungsbeispiel der Nut 91 dargestellt, bei der eine Bodenfläche 93 der Nut 91 eine erste Mitnehmerfläche bildet und zwei gegenüberliegend und parallel dazu verlaufende Flächen 95 der Nut 91 jeweils als zweite Mitnehmerflächen dienen.
In Fig. 7 ist ein vorteilhaftes Ausführungsbeispiel des Bereiches dargestellt, an der das Gleitelement 41 mit der Schwinge 15 gekoppelt ist. Das Gleitelement 41 weist in diesem Bereich ein Gabelstück 97 auf, an dessen Gabelarmen 99 das Lager 45 für die Schwinge 15 ausgebildet ist. Mithin sind Gabelstück 97 und Schwinge 15 mittels einer Gelenkverbindung aneinander befestigt. Mittels eines Verbindungs-/Lagerstifts 49 ist diese Gelenkverbindung realisiert.
Aufgrund dieser Ausgestaltung der anhand der Fig. 5, 6 und 7 beschriebenen Antriebseinrichtung 1 ergibt sich folgende Funktion: Um den Schwenkwinkelbereich des mit der Kolbenwelle gekoppelten Kolbens der Kolben-/Zylindereinheit und somit das Fördervolumen der Fördereinrichtung einzustellen, wird mit Hilfe einer nicht im Detail dargestellten Verstelleinrichtung, die mindestens ein Betätigungsteil aufweist, das zwischen zwei Flansche 101 der Antriebswelle 5 eingreift, die aus Kurbelelement 9 und Antriebswelle 5 gebildete Baueinheit vorzugsweise in Richtung der Längsmittelachse 7, 13 der Antriebswelle 5 beziehungsweise des Kurbelelements 9 in Richtung auf die Kolbenwelle verlagert. Wenn das Kurbelelement 9 in Richtung auf die Kolbenwelle verschoben wird, also in der Darstellung gemäß Fig. 5 nach rechts, drängt es das in der Nut 91 zwangsgeführte Gleitelement 41 in eine radial weiter außenliegende Position, was eine Vergrößerung des Schwenkwinkelbereichs der Kolbenwelle beziehungsweise des Kolbens bewirkt. Soll der Schwenkwinkelbereich des Kolbens der Kolben-/Zylindereinheit verkleinert werden, so werden die Antriebswelle 5 und das Kurbelelement 9 - in der Darstellung gemäß Fig. 5 - nach rechts verlagert. Dabei wird das Gleitelement 41 innerhalb der Nut 91 in Richtung auf die Längsmittelachse 13 des Kurbelelements 9 gedrängt, so dass der Abstand des Lagers 45 zur Längsmittelachse 13 und somit auch der Schwenk- und Winkelbereich des Kolbens kleiner wird.
Es bleibt festzuhalten, dass mittels der anhand der Fig. 1 bis 7 beschriebenen Antriebseinrichtungen 1 eine stufenlose Einstellung des Schwenkwinkelbereichs der Kolbenwelle 5 auch bei rotierendem Kurbelelement 9 und Antriebswelle 5 möglich ist. Die Antriebseinrichtung 1 kann daher in Kombination mit einer entsprechend ausgebildeten Kolben-/Zylindereinheit ohne weiteres als Antriebseinrichtung für eine Dosierpumpe eingesetzt werden.
Anhand der Fig. 8 wird eine weitere Verwendungsmöglichkeit der Antriebseinrichtung 1 näher beschrieben.
Fig. 8 zeigt eine Prinzipskizze eines Antriebsstrangs 103, der aus mehreren, miteinander wirksam verbundenen Einzelkomponenten besteht. Eine erste Komponente ist die erfindungsgemäße Antriebseinrichtung 1, die mittels einer Antriebseinheit (nicht dargestellt), beispielsweise der Kurbelwelle eines Fahrzeugs, gekoppelt und durch diese mit einem Antriebsmoment M_A1 beaufschlagbar ist. Die Antriebseinrichtung 1 ist mit einer Fördereinrichtung 27 für ein gasförmiges oder vorzugsweise flüssiges Medium, wie sie beispielsweise anhand der Fig. 1 beschrieben ist, gekoppelt. Mittels der Antriebseinrichtung 1 ist das Fördervolumen der Fördereinrichtung 27 stufenlos einstellbar. Mit der Fördereinrichtung 27 ist ein Hydromotor 105 gekoppelt, der beispielsweise von einer Axialkolbenpumpe gebildet ist. Der Hydromotor 105 weist mehrere Kolben-/Zylindereinheiten auf, die durch das von der Fördereinrichtung 27 geförderte Medium bewegt werden, wobei die translatorische Bewegung der Kolben in bekannter Weise in eine Rotationsbewegung umgesetzt und Abtriebsseitig in Form eines Drehmoments M_A2 abgegriffen werden kann.
Aus dem oben Gesagten wird ohne weiteres deutlich, dass die Antriebseinrichtung 1 innerhalb des Antriebsstrang 103 die Funktion eines Getriebes aufweist, da mit deren Hilfe das Antriebsmoment M_A2 stufenlos veränderbar ist.

Claims

1. Antriebseinrichtung (1) für eine mindestens eine Kolben-/Zylindereinheit (25) aufweisende Maschine (27), wobei der mindestens eine Kolben in eine oszillierende Rotationsbewegung versetzt werden kann, gekennzeichnet durch eine Hubverstelleinrichtung (55) zum Einstellen des Schwenkwinkelbereichs des Kolbens.

2. Antriebseinrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Schwinge (15), die an ihrem einen Ende mittels eines Lagers (45) an einem zur Drehung um seine Längsmittelachse (13) antreibbaren Kurbelelement (9) geführt ist, und die an ihrem anderen Ende mit einer Kolbenwelle (23) gekoppelt ist, an der Kolben angeordnet ist, wobei der Abstand des Lagers (45) zur Längsmittelachse (13) des Kurbelelements (9) mittels der Hubverstelleinrichtung (55) einstellbar ist.

3. Antriebseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Lager (45) an einem Gleitelement (41), insbesondere Gleitstein (43), angeordnet ist, das in einer in radialer Richtung zur Längsmittelachse (13) des Kurbelelements (9) verlaufenden Vertiefung (37) im Kurbelelement (9) verschieblich geführt ist.

4. Antriebseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Boden der Vertiefung (37) eine Krümmung aufweist.

5. Antriebseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vertiefung (37) eine Nut (91) ist, die vorzugsweise mindestens eine mit dem Gleitelement (41) zusammenwirkende Mitnehmerfläche zum Übertragen einer von in senkrecht zu ihrer Längserstreckung verlaufenden Richtung gerichteten Kraft auf das Gleitelement (41) aufweist.

6. Antriebseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zum Zwecke des Einstellens des Abstands zwischen der Längsmittelachse (13) des Kurbelelements (9) und dem Lager (45), das Kurbelelement (9) in Richtung auf die Kolbenwelle und in entgegengesetzter Richtung verlagerbar ist.

7. Antriebseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Kurbelelement (9) ortsfest angeordnet und gegenüber der Kolbenwelle (23) einen gleichbleibenden Abstand aufweist.

8. Antriebseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Kurbelelement (9) mit einer mit einem Antriebsmoment beaufschlagbaren Antriebswelle (5) drehfest verbunden beziehungsweise verbindbar ist.

9. Antriebseinrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Kurbelelement (9) und die Antriebswelle (5) eine Baueinheit bilden, an der die Hubverstelleinrichtung (55) angeordnet ist.

10. Antriebseinrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Hubverstelleinrichtung (55) mindestens ein über Umlenkelemente (57 bis 65) geführtes Seil (67) oder Band aufweist, dessen Enden an dem Gleitelement (41) befestigt sind.

11. Antriebseinrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Hubverstelleinrichtung (55) ein mit einem Abschnitt des Seils (67) oder Bands fest verbundenes Verlagerungselement (75) aufweist, das zum Zwecke der Verlagerung des Seils (67) oder Bands verschiebbar ist.

12. Antriebseinrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Verlagerungselement (75) drehfest mit der Antriebswelle (5) und/oder dem Kurbelelement (9) gekoppelt und in einer Richtung parallel zur Drehachse (7) der Antriebswelle (5) beziehungsweise zur Längsmittelachse (13) des Kurbelelements (9) verschieblich gelagert ist.

13. Antriebseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebswelle (5) eine Hohlwelle ist und das Kurbelelement (9) einen Hohlraum aufweist, in denen das Seilsystem der Hubverstelleinrichtung (55) untergebracht ist, wobei vorzugsweise lediglich ein Teil des Verlagerungselements (75) in radialer Richtung über die Außenfläche der Antriebswelle (5) hinausragt.

14. Antriebseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Schwenkwinkelbereich des Kolbens stufenlos einstellbar ist.

15. Antriebseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Abstand gleich Null zwischen der Längsmittelachse (13) des Kurbelelements (9) und dem Lager (45) einstellbar ist.

16. Antriebseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kolbenwelle (23) und das Kurbelelement (9) stets derart geführt beziehungsweise gelagert sind, dass deren Dreh-/Längsmittelachse (24, 13) in einer gemeinsamen gedachten Ebene liegen und sich unter einem Winkel von vorzugsweise im Wesentlichen 90° schneiden.

17. Fördereinrichtung (27) für ein gasförmiges oder flüssiges Medium, mit einer Kolben-/Zylindereinheit (25), wobei der mindestens eine Kolben mittels einer Antriebseinrichtung (1) nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 16 in eine oszillierende Rotationsbewegung versetzt werden kann.

18. Verwendung einer Antriebseinrichtung (1) nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 16 als Getriebe in einem Antriebsstrang.