(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転する旋回要素で少なくとも１つのピストンを往復させる往復ピストン機械であって、前記往復ピストン機械は、
中心軸線（５）を有する駆動シャフト（１）と、
前記駆動シャフト（１）と堅く結合されており、かつ前記中心軸線（５）に対し実質的に直角に延びている駆動要素（３）と、
前記駆動要素（３）の頭部の連結領域（７）を介して前記駆動シャフトに対し平行に延びているシリンダ内のピストンを駆動する環状ディスクの形態をした前記旋回要素と、
前記駆動シャフト（１）を囲繞しており、この駆動シャフト上で軸方向に移動可能であるガイドスリーブ（９）と、
前記ガイドスリーブ（９）に力を加え、一方では前記ガイドスリーブ（９）において支持され、かつ他方では力を、少なくとも前記ガイドスリーブ内においては段を有さず一様な直径を有する前記駆動シャフト（１）に導入するばね要素（１５）と、
を具備し、
前記ばね要素（１５）からの力が、前記駆動シャフト（１）に間接的に導入され、
前記ばね要素（１５）は、前記ガイドスリーブ（９）内部に位置しており、
前記旋回要素が枢動可能に取り付けられている少なくとも1つの支持ピンが、前記ガイドスリーブ（９）に取り付けられており、
前記少なくとも1つの支持ピンは、前記駆動要素（３）に対し斜めにまたは直角に延びている、
ことを特徴とする往復ピストン機械。
【請求項２】
前記往復ピストン機械は、自動車両のために意図されている請求項１に記載の往復ピストン機械。
【請求項３】
前記ばね要素（１５）からの力が、前記駆動要素（３）を介して、前記駆動シャフト（１）に導入されることを特徴とする請求項１または２に記載の往復ピストン機械。
【請求項４】
前記ばね要素（１５）からの力を吸収する前記駆動シャフト（１）とは別体の支持要素（２５）が設けられていることを特徴とする請求項３に記載の往復ピストン機械。
【請求項５】
前記支持要素（２５）は、前記駆動シャフト（１）上で、軸方向に移動可能であることを特徴とする請求項４に記載の往復ピストン機械。
【請求項６】
前記支持要素（２５）および前記駆動要素（３）は、一体的に形成されていることを特徴とする請求項４に記載の往復ピストン機械。
【請求項７】
前記支持要素（２５）は、実質的にＬ字形の横断面を有することを特徴とする請求項４ないし６のいずれか１項に記載の往復ピストン機械。
【請求項８】
前記支持要素（２５）は、支持面（３３）を有し、前記支持要素の支持面は、前記駆動要素（３）において支持されることを特徴とする請求項４ないし７のいずれか１項に記載の往復ピストン機械。
【請求項９】
前記支持要素（２５）は、他の支持面（３５）を有し、この支持面において、前記ばね要素（１５）は支持されることを特徴とする請求項４ないし８のいずれか１項に記載の往復ピストン機械。
【請求項１０】
前記支持要素（２５）は、接触面（３１）を有し、前記支持面のこの接触面は、前記駆動シャフト（１）に接触していることを特徴とする請求項４ないし９のいずれか１項に記載の往復ピストン機械。
【請求項１１】
前記支持要素は、ディスクとしてデザインされていることを特徴とする請求項４ないし１０のいずれか１項に記載の往復ピストン機械。
【請求項１２】
前記ばね要素（１５）は、前記ガイドスリーブ（９）の内側に位置付けられていることを特徴とする請求項４ないし１１のいずれか１項に記載の往復ピストン機械。
【請求項１３】
前記ガイドスリーブ（９）に位置付けられているディスク（１９）が設けられていることを特徴とする請求項４ないし１２のいずれか１項に記載の往復ピストン機械。
【請求項１４】
前記ディスク（１９）は、前記ガイドスリーブ（９）の一端に位置付けられている請求項１３に記載の往復ピストン機械。
【請求項１５】
前記ばね要素（１５）は、前記支持要素（２５）と向かい合っている側で、前記ディスク（１９）において支持されることを特徴とする請求項１３または１４に記載の往復ピストン機械。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、請求項１の前提部分に記載の、特に自動車両用の、往復ピストン機関に関する。
【背景技術】
【０００２】
ここに記載のタイプの往復ピストン機関は、特許文献１から公知である。往復ピストン機関は、車室を空気調節するための冷媒コンプレッサとして、特に自動車両に用いられる。往復ピストン機関は、ハウジングと、駆動シャフトと、ハウジングに設けられた旋回要素とを有する。旋回要素は、駆動シャフト対し直角である平面と、可変の旋回角度を形成し、かつ駆動要素と関節式に結合されている。駆動要素は、駆動シャフトと回転不能に結合されている。それ故に、駆動シャフトの回転の際に、駆動要素、およびこの駆動要素と結合した旋回要素が、駆動シャフトの軸を中心として回転する。このような往復ピストン機関は、少なくとも１つのピストンを備えている。ピストンは、駆動シャフトに対し好ましくは平行に延びているシリンダの中で可動に取り付けられており、旋回要素と協働し、かくて、旋回要素の回転の際に、ピストンの軸方向の往復動も生じる。ここでは、ピストン行程は、旋回角度に、すなわち、旋回要素が、駆動シャフトの中心軸線に直角に延びている平面と、形成する角度に依存している。この旋回角度は可変である。何故ならば、旋回要素が、駆動要素と関節式に結合されているからである。駆動シャフトは、例えば、自動車両のエンジンに連結されている。このことは、往復ピストン機関の回転数が、エンジンの回転数に直接依存していることを意味する。旋回要素の旋回角度の、従ってまた往復ピストン機関のピストン行程の変形は、往復ピストン機関の吐出量、すなわち出力を、回転数と無関係に調整することができるために用いられる。特に、エンジンの回転数に無関係な一定の吐出量を達成することは望ましいかも知れない。他方、エンジンの回転数が一定であるとき、往復ピストン機関の吐出量が、変化する出力条件に適合されるべきことも考えられる。旋回角度を変化させることができるために、旋回要素は、同じ軸線上で向かい合っている２つの支持ピンによって、駆動シャフト上で軸方向に移動可能に取り付けられているガイドスリーブと結合されている。ばね要素によって、ガイドスリーブに、力が加えられる。この力は、旋回要素を、旋回要素が駆動シャフトに対し実質的に直角に設けられていてなる開始位置に押しやる。往復ピストン機関の始動の際に吐出量が得られるように、停止要素が設けられている。この停止要素は、自動車両のエンジンが停止状態にあるときに、旋回要素が、駆動シャフトの中心軸線に対し直角の平面に対し最小角度を有し、始動の際に、旋回角度の更なる制御のために必要な圧力を増大させるために十分である最小のピストン行程が存在することを引き起こす。このタイプの往復ピストン機関では、ばね要素は、駆動シャフトの段において支持される。この目的のために、駆動シャフトは、駆動シャフトが、軸方向の延在に亘って一定でない直径を有するように、デザインされている。かような場合に、駆動シャフトは、しばしば、駆動要素の領域で、より大きな直径を有する。その目的は、駆動シャフトの回転運動の、駆動要素および旋回要素への伝達の際に生じる力を吸収することができるためである。駆動シャフトの軸方向の延在の複数の他の領域では、このとき、シャフトの直径が縮径されていてもよい。駆動シャフトのこのようなデザインは、駆動シャフトの製造が高価でありかつ時間がかかるという欠点を有する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】US 6,705,841 B2
【発明の概要】
【０００４】
従って、本発明の目的は、この欠点を有せず、簡単にかつ安価に製造される駆動シャフトを有する往復ピストン機関を提供することである。
【０００５】
この目的を解決するために、請求項１に記載の特徴を有する往復ピストン機関が提案される。往復ピストン機関は、駆動シャフトと、駆動シャフトと堅く結合されている駆動要素と、駆動シャフトを囲繞しているガイドスリーブと、更に、一方ではガイドスリーブにおいて支持され、かつ他方では力を駆動シャフトに導入するばね要素と、を有する。往復ピストン機関は、ばね要素からの力が、駆動シャフトに間接的に導入されることを特徴とする。かくして、この領域で軸方向の延在に沿って一定の直径を有する駆動シャフトを製造し、かつ段を省略することが可能である。このことによって、駆動シャフトの製造が、同時に、簡単かつ安価である。
【０００６】
往復ピストン機関の好ましい実施の形態は、ばね要素からの力が、駆動要素を介して、駆動シャフトに導入されること、従って、機関のデザインが非常に簡単であることを特徴とする。
【０００７】
往復ピストン機関の他の好ましい実施の形態は、ばね要素からの力を吸収する支持要素が設けられていることを特徴とする。従って、ばね要素からの力を直接に駆動要素に導入することが、必要であるとは限らない。
【０００８】
支持要素が、駆動シャフト上で移動可能に取り付けられていることを特徴とする往復ピストン機関は、特に好ましい。
【０００９】
往復ピストン機関の他の好ましい実施の形態では、支持要素および駆動要素が、一体的に形成されていることが提案されている。
【００１０】
支持要素が、実質的にＬ字形の横断面を有することを特徴とする往復ピストン機関も、好ましい。この場合、ばね要素が、支持要素の一方の脚部において支持されるが、他方の脚部は、駆動シャフトを取り囲む。
【００１１】
支持要素が、支持面を有し、支持要素の支持面が、駆動要素において支持されることを特徴とする往復ピストン機関も好ましい。この場合、駆動要素は、ばね要素によって引き起こされるばね力を吸収する。
【００１２】
支持要素が、他の支持面を有し、この支持面においてばね要素が支持されることを特徴とする往復ピストン機関も好ましい。この支持面は、例えば、Ｌ字形の支持要素の２つの脚部のうちの1つに設けられていてもよい。
【００１３】
他の好ましい往復ピストン機関では、支持要素が接触面を有し、支持面のこの接触面が、駆動シャフトに接触していることが提案されている。この接触面も、Ｌ字形の横断面の他の脚部に設けられていてもよい。
【００１４】
支持要素がディスクとしてデザインされていることを特徴とする往復ピストン機関も好ましい。このことは、支持要素の簡単な製造を意味する。
【００１５】
ばね要素がガイドスリーブの内側に設けられていることを特徴とする往復ピストン機関も好ましい。このことは、非常にコンパクトなデザインが実現され得るという利点を有する。
【００１６】
ガイドスリーブの一端に設けられているディスクが設けられていることを特徴とする往復ピストン機関も好ましい。このディスクは、ガイドスリーブを閉じるために、同時に、ばね要素および場合によっては支持要素のような要素をガイドスリーブに導入することができるために、用いられる。このことを実現するために、ガイドスリーブの少なくとも一端に、かようなディスクが設けられていることができる。当然ながら、ガイドスリーブの両端にこのようなディスクを設けることも考えられる。ディスクは、この場合、ガイドスリーブの蓋部またはカバーであり、ガイドスリーブと共に、駆動シャフト上で軸方向に移動可能である。
【００１７】
ばね要素が、支持要素から離隔した側で、ディスクにおいて支持されることを特徴とする往復ピストン機関も、特に好ましい。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】図１は、往復ピストン機関の１部分を示している。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、図面を参照して本発明を詳述する。只１つの図は、往復ピストン機関の１部分を示している。
【００２０】
略図として実施された図には、往復ピストン機関のうち、駆動シャフト１と、この駆動シャフトに堅く結合された駆動要素３とが示されている。駆動要素は、駆動シャフト１の中心軸線５に対し実質的に直角に整列されており、ここでは球形にデザインされた連結領域７を有する。連結領域を介して、駆動要素３は、往復ピストン機関の旋回要素と協働する。旋回要素は、ここでは示されておらず、通常は環状にデザインされている。
【００２１】
図１は、更に、ガイドスリーブ９を示している。ガイドスリーブは、駆動シャフト１を囲繞しており、中心軸線５に対し実質的に同軸に整列されている。ガイドスリーブ９の周囲壁１１は、中心軸線５に対し実質的に平行に延びている長孔１３を有する。長孔の故に、駆動シャフト１上でガイドスリーブ９の軸方向の移動が可能である。この場合、長孔１３の側縁は、一方では、ガイドとして用いられかつ駆動要素に接触しており、他方では、ストッパとしても用いられる。ストッパの故に、駆動シャフト１上でのガイドスリーブ９の最大限の軸方向の移動性が限定される。
【００２２】
ガイドスリーブ９には、ここでは図示しない少なくとも１つの支持ピンが取り付けられており、支持ピンには、旋回要素が枢動可能に取り付けられている。この少なくとも１つの支持ピンは、駆動要素３に対し斜めにまたは直角に延びている。それ故に、旋回要素の旋回軸は、ここに示された図の画面上で斜めにまたは直角に延びている。旋回要素を安定的に取り付けるために、２つの互いに向かい合った支持ピンが設けられていることは好ましい。
【００２３】
ガイドスリーブ９は、知られるように、作動力を受け、かくして、駆動シャフト１上で移動される。その目的は、ここに図示しない旋回要素を、多かれ少なかれ、駆動シャフト１の中心軸線５に対し直角に延びている平面に対し旋回させるためである。
【００２４】
ガイドスリーブ９は、ばね要素１５の力に抗して移動される。ばね要素は、ここでは、駆動シャフト１を囲繞するコイルばねとしてデザインされている。図１からは、ばね要素が、完全に、ガイドスリーブ９の内側に設けられていることが明らかになる。
【００２５】
ばね要素１５は、一方では、ガイドスリーブ９に支持されている。ここでは、ガイドスリーブ９の、駆動要素から離隔した端部１７には、ディスク１９が設けられている。ディスクは、ガイドスリーブ９と堅く結合されており、ばね要素１５のための支台としておよびガイドスリーブのカバーとして用いられる。
【００２６】
ばね要素１５の、ディスク１９から離隔した端部は、他方では、力を駆動シャフト１に導入する。図１から、これらの力が、間接的に駆動シャフトに導入されることは明らかである。従来の技術と比較して、以下のことが生じる。
【００２７】
すなわち、知られた往復ピストン機関の駆動シャフトは、異なった外径を有する領域を具備する。それ故に、ここで記載されたタイプのばね要素が係合することができる相手である段が形成される。往復ピストン機関の製造費用を増大させるこのような段を避けるために、ここでは、ばね要素１５から生じる力を駆動要素３に導入することが提案されている。この駆動要素は、ここでは、駆動要素が、駆動シャフト１を貫通し、駆動要素の、連結領域７と反対側にある端部２１が、駆動シャフト１の周面２３から突き出ているほどに長く形成されている。ばね要素１５によって駆動シャフト１に導入される力を、２つの位置で、駆動要素３に導入することができる。すなわち、周面２３から突き出ている端部２１へ、および駆動シャフト１から連結領域７まで延びている、駆動要素３の領域へ、である。
【００２８】
ばね要素１５によって力を間接的に駆動シャフト１へ導入するために、駆動シャフト１を貫通するピンを、駆動シャフトに挿入することができることが明らかになる。この場合、駆動シャフト１の直径よりも長いピンを選択することが可能である。しかしまた、周面に亘って分布されており、駆動シャフトに挿入されており、かつそこに固定されている複数の短いピンを設けてもよい。このとき、これらのピンは、円周線上にあることは好ましい。円周線は、駆動シャフト１の中心軸線５に直角に延びている平面にある。
【００２９】
しかし、ばね要素１５からの力が駆動要素３を介して駆動シャフトに導入されてなる、ここに図示した実施の形態は好ましい。
【００３０】
図１に示した実施の形態では、ばね要素１５の、ディスク１９から離隔した端部と、駆動ピン３との間に設けられている支持要素２５が設けられている。支持要素は、ばね要素１５から発する力を吸収し、好ましくは環状にデザインされている。それ故に、駆動要素３に点状に導入された力従ってまたばね要素１５の過剰負荷が回避される。
【００３１】
支持要素２５は、横断面で見て、Ｌ字形にデザインされており、第１の脚部２７および第２の脚部２９を有する。前者は、中心軸線５に対し実質的に直角に整列されており、後者は、駆動シャフト１を環状に囲繞している。脚部２９によって形成されたリングの中心軸線は、駆動シャフト１の中心軸線５と一致する。
【００３２】
支持要素２５の第２の脚部２９によって形成されたリングは、ここでコイルばねとしてデザインされたばね要素１５の内径よりも小さい外径を有する。ばね要素は、支持要素２５の脚部２９を越えて延びている。脚部２９の、駆動シャフト１に向いた内側は、ここでは、接触面３１として用いられる。支持要素２５は、支持要素が、駆動シャフト１上で、中心軸線５の方向に移動可能であるように、デザインされている。
【００３３】
支持要素の第１の脚部２７は、ばね要素１５から離隔した支持面３３を有する。支持要素２５の支持面は、駆動要素３に接触している。
【００３４】
支持要素の脚部２７は、ばね要素１５に向いた他の支持面３５を有する。支持要素２５の他の支持面は、ばね要素１５に接触している。
【００３５】
上記の記述から明らかになることは、支持要素２５が、簡単なディスクとしてデザインされていてもよく、ディスクの厚みは、ばね要素１５が、駆動要素３から離隔した側面に接触しているように、選択されていることである。最後に、支持要素２５をリングとしてデザインし、支持要素に、リングの壁部を貫通する少なくとも１つのリセスを備えることも可能であり、このリセスを通って、駆動要素３が突き出ており、駆動シャフト１に固定されることができる。この場合も、ばね要素１５が、スリーブ状の支持要素２５の側面において支持され、力を、間接的に駆動シャフト１に導入することができる。更に、支持要素２５および駆動要素３を一体的に形成することも可能である。
【００３６】
スリーブ９の、図１に示した機能位置では、スリーブが、実際に、最大限左側に移動した位置にある。何故ならば、側方の境界エッジ３７が、駆動ピン３の右で、ほぼ駆動ピンにぶつかるからである。この機能位置では、ここに図示しない旋回要素は、往復ピストン機関の少なくとも１つのピストンの全行程を引き起こす位置を占めた。ガイドスリーブ９が、反対方向に、全く右側に移動されるとき、旋回要素は、出発位置に対応し、あるいは、往復ピストン機関の作動中に、少なくとも１つのピストンの最大限の行程が引き起こされるべきときに、選択される位置を占める。
【００３７】
図１に示したばね要素１５とは、第１の他のばね要素が協働することができる。その目的は、往復ピストンポンプの始動挙動を改善するためである。往復ピストン機関の始動を可能にすべく、旋回要素がポンプの停止中に最小限の旋回角度を占めるように、かように、往復ピストン機関の作動中に旋回要素を旋回するために、第２の追加のばね要素を選択することができる。
【符号の説明】
【００３８】
１  駆動シャフト
３  駆動要素
５  中心軸線
７  連結領域
９  ガイドスリーブ
１１  周囲壁
１３  長孔
１５  ばね要素
１７  端部
１９  ディスク
２１  端部
２３  周囲面
２５  支持要素
２７  脚部
２９  脚部
３１  接触面
３３  支持面
３５  支持面
３７  側方の境界エッジ
【図１】
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