DE10051429A1

DE10051429A1 - Zylinderblock eines Axialkolbenverdichters

Info

Publication number: DE10051429A1
Application number: DE2000151429
Authority: DE
Inventors: Otfried Schwarzkopf; Daniel Damson
Original assignee: Zexel Valeo Compressor Europe GmbH
Current assignee: Valeo Compressor Europe GmbH
Priority date: 2000-10-17
Filing date: 2000-10-17
Publication date: 2002-05-02
Anticipated expiration: 2020-10-18
Also published as: DE10051429C2

Abstract

Zylinderblock (10) eines Axialkolbenverdichters, insbesondere zum Einsatz in einer Fahrzeugklimaanlage, mit mehreren etwa gleichmäßig über einen Umfang verteilt angeordneten Zylinderbohrungen (17) jeweils zur Aufnahme eines mit Kolbenringen (14) versehenen Kolbens (12), wobei der Zylinderblock (10) ein gesondertes scheiben- bzw. ringförmiges Einsatzbauteil (13) aus hochverschleißfestem Material umfaßt, in dem die Zylinderbohrungen (17) ausgebildet sind.

Description

Die Erfindung betrifft einen Zylinderblock eines Axialkolben verdichters gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1.

Zylinderblöcke von Axialkolbenverdichtern, die insbesondere in Fahrzeugklimaanlagen zum Verdichten eines Kältemittels einge setzt werden, sind üblicherweise aus einer Aluminium- Gußlegierung gefertigt. Bei Verwendung von R134a als Kältemit tel werden in der Regel auch Aluminiumkolben eingesetzt, die mit PTFE beschichtet sind. Kolbenringe sind bei R134a als Käl temittel nicht zwingend erforderlich, da bei R134a im Vergleich zu Hochdruckkältemitteln, wie CO₂ eine geringe Druckdifferenz zwischen Saugdruck und Hochdruck vorliegt. Bei diesen geringen Druckdifferenzen sind Kolbenringe in der Regel entbehrlich. Die Abdichtung zwischen Kolben und Zylinderlauffläche reicht aus.

Auch ist es bei R134a-Verdichtern für Fahrzeug-Klimaanlagen nicht erforderlich, in die Zylinderbohrungen gesonderte Lauf buchsen einzusetzen. Die Verschleißfestigkeit der Aluminium- Gußlegierung ist ausreichend hoch.

Bei Verwendung von Hochdruckkältemitteln, zum Beispiel CO₂ ist es jedoch erforderlich, Maßnahmen zu ergreifen, um die bei Hochdruckkältemitteln relativ hohen Druckdifferenzen zu beherr schen. Dabei bieten sich in bezug auf die Kolben Kolbenringe an, und zwar vorzugsweise metallische Kolbenringe. Mittels dieser Kolbenringe sollen Leckagen zwischen Kompressionsraum ei nerseits und Kurbel- bzw. Triebwerkraum andererseits auf ein Minimum reduziert werden. Die Konstruktion entspricht weitge hend derjenigen bei Verbrennungsmotoren. Den Kolbenringen müs sen natürlich entsprechend hoch verschleißfeste Laufflächen in nerhalb der Zylinderbohrungen zugeordnet werden, um einen vor zeitigen Verschleiß zu vermeiden. Zu diesem Zweck hat man al ternativ zu den bereits erwähnten Laufbuchsen die Innenwände der Zylinderbohrungen beschichtet.

Sowohl diese Beschichtungstechnik als auch das Einsetzen geson derter Laufbuchsen aus hochverschleißfesten Materialien zeich net sich durch einen relativ hohen Fertigungsaufwand aus.

Daher liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Zylinder block der eingangs genannten Art vorzuschlagen, der bei erheb lich verringertem Fertigungsaufwand dieselbe Verschleißfestig keit und damit Lebensdauer aufweist wie herkömmlich präparierte Zylinderblöcke.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des An spruches 1 bzw. alternativ durch die Merkmale des Anspruches 3 gelöst, wobei vorteilhafte Einzelheiten in den Ansprüchen 2 bzw. 4 bis 6 beschrieben sind.

Kern der vorliegenden Erfindung ist also einerseits die Anord nung eines scheiben- bzw. ringförmigen Einsatzbauteils inner halb eines Zylinderblocks, welches aus hochverschleißfestem Ma terial besteht und in dem die Zylinderbohrungen ausgebildet sind, sowie andererseits eine Konstruktion, bei der der die Zy linderbohrungen umfassende Teil aus einem hochverschleißfesten Material besteht. Auf diese Weise ist es nicht mehr erforder lich, die Zylinderbohrungen einzeln entweder mit einer Lauf buchse aus hochverschleißfestem Material zu versehen oder deren Lauffläche mit einer verschleißfesten Legierung zu beschichten.

Fertigungstechnisch ist besonders vorteilhaft, das bzw. den hochverschleißfeste(n), die Zylinderbohrungen umfassende(n) Teil aus einem tribologisch geeigneten Werkstoff strangzupres sen.

Die Ausführungsform nach Anspruch 6 zeichnet sich noch durch minimalen Materialaufwand für das hochverschleißfeste Einbau teil aus. Im Extremfall stellt das Bauteil nach Anspruch 6 nichts weiter dar als ringförmig miteinander verbundene Zylin derlaufbuchsen, die vorzugsweise in einem entsprechenden schei ben- bzw. ringförmigen Gußteil des Zylinderblocks eingegossen sind.

Die vorgeschlagenen tribologisch geeigneten Werkstoffe umfassen vorzugsweise eine übereutektische Alumniniumlegierung, einen Sinterwerkstoff oder eine sprühkompaktierte, dispersionsverfe stigte Aluminiumlegierung. Diese Werkstoffe sind insbesondere beim Einsatz in CO₂-Axialkolbenverdichtern für Fahrzeugklimaan lagen vorteilhaft, da dort eine besonders hohe Festigkeit, ins besondere Warmfestigkeit gefordert wird.

Da sich übereutektische Aluminiumlegierungen, ein Sinterwerk stoff und auch eine sprühkompaktierte, dispersionsverfestigte Aluminiumlegierung zum Gießen nur bedingt eignen, wird der Roh ling für das erfindungsgemäß Bauteil vorzugsweise durch Strang pressen hergestellt, so wie dies oben bereits als vorteilhafte Herstellmöglichkeit erwähnt ist.

Nachstehend wird eine Ausführungsform eines erfindungsgemäß ausgebildeten Einsatzbauteils aus hochverschleißfestem Material für einen Zylinderblock eines Axialkolbenverdichters anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Diese zeigen in

Fig. 1 ein erfindungsgemäß ausgebildetes Einsatz bauteil aus hochverschleißfestem Material mit sieben gleichmäßig über den Umfang ver teilt angeordneten Zylinderbohrungen in perspektivischer Ansicht;

Fig. 2 das Einsatzbauteil gemäß Fig. 1 in Drauf sicht;

Fig. 3 das Einsatzbauteil gemäß Fig. 1 bzw. 2 im Längsschnitt längs Linie III-III in Fig. 2; und

Fig. 4 einen Axialkolbenverdichter für eine Fahr zeugklimaanlage gemäß Stand der Technik im Längsschnitt.

Anhand der Fig. 4 sollen die Grundzüge eines Axialkolbenver dichters für eine Fahrzeugklimaanlage erläutert werden, um das erfindungsgemäß vorgesehene Einsatzbauteil gemäß den Fig. 1 bis 3 sowie dessen Zuordnung innerhalb des Axialkolbenverdich ters besser verstehen zu können.

Der Axialkolbenverdichter gemäß Fig. 4 weist eine Antriebswelle 1 auf, die durch eine nicht dargestellte Wellendurchführung in ein Gehäuse geführt ist, das aus einem topfförmigen Triebwerk steil 3, einem mittleren Zylinderblock 10 und einem Zylinder kopf 4 besteht. Die erwähnten Teile sind mit bekannten Mitteln, beispielsweise Gewindebolzen, in Axialrichtung miteinander ver bunden.

Im mittleren Zylinderblock 10 sind in Umfangsrichtung verteilt mehrere Zylinderbohrungen 17 ausgebildet, von denen lediglich eine dargestellt ist. In jeder Zylinderbohrung befindet sich ein Kolben 12 mit Kolbenringen 14. Der Kolben 12 ist innerhalb der Zylinderbohrungen 17 in Axialrichtung hin- und herbewegbar gelagert.

Der Antrieb der Kolben 12 erfolgt über eine Taumelscheibenan ordnung 5. Die Taumelscheibenanordnung 5 weist eine Taumel scheibe 6 auf, die auf einer Schrägscheibe 7 drehbar gelagert ist. Die Taumelscheibe 6 ist über Gleitlager 8 mit dem Kolben 12 verbunden. Die Gleitlager 8 weisen halbkugelartige Gleit schuhe 9 auf, die vorne und hinten, d. h. axial von beiden Sei ten an der Taumelscheibe anliegen. Die Gleitschuhe 9 sind in entsprechend komplementär ausgebildeten Lagerschalen 11 aufge nommen, die wiederum mit den Kolben 12 gekoppelt sind.

Von Interesse ist hier noch die Ausbildung des Zylinderblocks 10. Dieser besteht ebenso wie das topfförmige Triebwerksteil 3 vorzugsweise aus Aluminium. Da Aluminium nicht ausreichend ver schleißfest ist, werden die Zylinderbohrungen 17 durch geson dert eingesetzte Laufbuchsen 15 aus hochverschleißfestem Mate rial definiert. Die Laufbuchsen 15 müssen jeweils in entspre chende Bohrungen im Zylinderblock 10 eingepreßt werden. Diese Art von Zylinderblock ist herstellungstechnisch aufwendig.

Hier setzt nun die nachstehend anhand der Fig. 1 bis 3 be schriebene Erfindung ein. Statt jede einzelne Zylinderbohrung durch eine gesonderte Laufbuchse 15 zu definieren, wird erfin dungsgemäß in den Zylinderblock 10 ein sämtliche Zylinderboh rungen und damit Zylinderlaufflächen umfassendes Einsatzbauteil 13 eingefügt, z. B. eingegossen, eingepreßt, eingestemmt oder innerhalb des Zylinderblocks mittels anderer Sicherungselemen te, wie Schrauben oder dergleichen gehalten. Der Zylinderblock 10 kann wie herkömmlich aus Aluminiumguß hergestellt sein. Er umfaßt jedoch nicht mehr mehrere über einen Umfang gleichmäßig verteilt angeordnete Bohrungen zur Aufnahme der erwähnten Lauf buchsen, sondern einen zentralen Durchgang zur Aufnahme eines einheitlichen Einsatzbauteils aus hochverschleißfestem Materi al. in dem die einzelnen Zylinderbohrungen 17 ausgebildet sind.

Das Einsatzbauteil 13 ist scheibenförmig ausgebildet und be sitzt eine Höhe entsprechend der Höhe des Zylinderblocks 10. Es umfaßt bei der dargestellten Ausführungsform sieben gleichmäßig über den Umfang verteilt angeordnete Zylinderbohrungen 17. Die se sind längs eines gedachten Kreises 19 um eine Längsachse 20 angeordnet. Des weiteren ist das Einsatzbauteil 13 durch eine zentrale Bohrung 16 um die Längsachse 20 gekennzeichnet, die zur Aufnahme eines Drehlagers für die Antriebswelle 1 dient. Die äußere Begrenzungs- bzw. Mantelfläche 18 des scheiben- bzw. hier ringförmigen Einsatzbauteils 13 ist in Umfangsrichtung wellenförmig ausgebildet, wobei die Zylinderbohrungen 17 sich im Bereich der Wellenberge 21 erstrecken (siehe Fig. 2). Diese Ausführungsform ist besonders materialsparend in bezug auf das hochverschleißfeste Material, aus dem das Einsatzbauteil 13 mit den Zylinderbohrungen 17 besteht. Dieses Einsatzbauteil ist im Zylinderblock 10 vorzugsweise eingegossen, wobei der Zylinder block 10 aus Aluminiumguß besteht ebenso wie die übrigen Gehäu seteile des Axialkolbenverdichters.

Die Fig. 1 bis 3 lassen sehr gut erkennen, daß es sich bei dem Einsatzbauteil 13 um ein typisches Element zum Strangpres sen handelt. Nach dem Strangpressen und Abtrennen eines schei ben- bzw. ringförmigen Einsatzbauteils brauchen nur noch die Zylinderbohrungen 17 bearbeitet zu werden. Vorzugsweise erfolgt die Bearbeitung der Zylinderbohrungen 17 erst nach dem Eingie ßen oder Einpressen in den aus Aluminium bestehenden Zylinder block 10.

Die wellenförmige Außenkontur des Einsatzbauteils 13 läßt die ses als einheitliche Laufbuchseneinheit aus hochwertigem ver schleißfestem Material erscheinen.

Grundsätzlich ist es auch denkbar, alternativ den gesamten Zy linderblock 10 aus dem oben erwähnten hochverschleißfesten Ma terial herzustellen. Wie bereits erwähnt, ist der Zylinderblock 10 scheibenförmig ausgebildet und zwischen topfartigem Taumel scheiben- bzw. Triebwerks-Gehäuse 3 und Zylinderkopf 4 angeord net.

Die beschriebenen Ausführungsformen erlauben die Verwendung von Kolben mit Kolbenringen, so wie dies beim Verbrennungsmotoren bau üblich ist.

Es sei an dieser Stelle noch darauf hingewiesen, daß die be schriebene Erfindung natürlich auch für Axialkolbenverdichter mit Kolben ohne Kolbenringe gilt, insbesondere Aluminiumkolben mit PTFE-Beschichtung in Zuordnung zu Aluminium- Zylinderlaufflächen. Für die Erfindung ist entscheidend, daß der Zylinderblock ein gesondertes Bauteil ist.

Vorzugsweise sind die Materialien der miteinander korrespondie renden Bauteile für eine CO₂-Anwendung wie folgt:
Kolben: Al-Gußwerkstoff, gegebenenfalls auch härtere Werkstoffe,
Kolbenbeschichtung: Metallisch (gegebenenfalls mit Hartmetallbeschichtung)
Kolbenringe: Metallisch, vorzugsweise Stahl oder Grauguß (grundsätzlich ist es auch denkbar, auf Kolbenringe zu verzichten bei entsprechender Feinbearbeitung der Laufflächen und Auswahl geeigneter Werkstoffe dafür)
Zylinderblock: Al-Gußwerkstoff mit Liner- Einsatzbauteil
oder
gesondertes Bauteil aus hochverschleißfestem Material.

Sämtliche in den Anmeldungsunterlagen offenbarten Merkmale wer den als erfindungswesentlich beansprucht, soweit sie einzeln oder in Kombination gegenüber dem Stand der Technik neu sind.

Bezugszeichenliste

1

Antriebswelle

2

Wellendurchführung

3

topfförmiges Gehäusevorderteil

4

Deckel

5

Taumelscheibenanordnung

6

Taumelscheibe

7

Schrägscheibe

8

Gleitlager

9

Gleitschuh

10

Zylinderblock

11

Lagerschale

12

Kolben

13

Einsatzbauteil

14

Kolbenring

15

Laufbuchse

16

zentrale Bohrung

17

Zylinderbohrung

18

äußere Begrenzungs- bzw. Mantelfläche

19

Kreis

20

Längsachse

21

Wellenberg

Claims

1. Zylinderblock (10) eines Axialkolbenverdichters, insbeson dere zum Einsatz in einer Fahrzeugklimaanlage, mit mehre ren etwa gleichmäßig über einen Umfang verteilt angeordne ten Zylinderbohrungen (17) jeweils zur Aufnahme eines, insbesondere mit Kolbenringen (14) versehenen Kolbens (12), dadurch gekennzeichnet, daß der Zylinderblock (10) ein gesondertes scheiben- bzw. ringförmiges Einsatzbauteil (13) aus hochverschleißfestem Material umfaßt, in dem die Zylinderbohrungen (17) ausge bildet sind.

2. Zylinderblock nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Einsatzbauteil (13) in den Zylinderblock (10) bzw. in einen Teil, insbesondere scheibenförmigen Teil desselben, eingegossen, eingepreßt, oder innerhalb desselben ver stemmt oder verschraubt ist.

3. Zylinderblock (10) eines Axialkolbenverdichters, insbeson dere zum Einsatz in einer Fahrzeugklimaanlage, mit mehre ren etwa gleichmäßig über einen Umfang verteilt angeordne ten Zylinderbohrungen (17) jeweils zur Aufnahme eines, insbesondere mit Kolbenringen (14) versehenen Kolbens (12), dadurch gekennzeichnet, daß zumindest der die Zylinderbohrungen (17) umfassende Teil aus einem hochverschleißfesten Material hergestellt ist.

4. Zylinderblock nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das bzw. der hochverschleißfeste, die Zylinderbohrungen (17) umfassende Teil (13) aus einem tribologisch geeigne ten Werkstoff, insbesondere einer übereutektischen Alumi niumlegierung, einem Sinterwerkstoff oder einer sprühkom paktierten, dispersionsverfestigten Aluminiumlegierung hergestellt ist.

5. Zylinderblock nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das bzw. der hochverschleißfeste, die Zylinderbohrungen (17) umfassende Teil (13) durch Strangpressen hergestellt ist.

6. Zylinderblock nach Anspruch 1, 2, 4 oder 5 dadurch gekennzeichnet, daß die äußere Begrenzungsfläche (18) des scheiben- bzw. ring förmigen Einsatzbauteils (13) in Umfangsrichtung wellen förmig ausgebildet ist, wobei die Zylinderbohrungen (17) sich im Bereich der Wellenberge (21) erstrecken.