DE19754440A1 - Verdichter vom Einkopfkolben-Typ - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Kolbenverdichter, die die Drehung von Antriebswellen in eine lineare Hin- und Herbewegung von Kolben mittels Antriebskörpern, wie Taumelscheiben, umwandeln.

Ein typischer Kolbenverdichter hat eine Kurbelkammer, die in einem Gehäuse begrenzt ist. Eine Antriebswelle ist drehbar in dem Gehäuse gehalten. Ein Teil des Gehäuses ist von einem Zylinderblock gebildet. Eine Mehrzahl von Zylinderbohrungen erstreckt sich durch den Zylinderblock. Jede Zylinderbohrung nimmt einen Kolben auf. Eine Taumelscheibe ist an der Antriebswelle in der Kurbelkammer befestigt und gehalten, um sich zusammen mit der Antriebswelle zu drehen. Ein Paar Schuhe ist für jeden Kolben vorgesehen, um den Kolben mit dem Umfangsbereich der Taumelscheibe zu koppeln. Die Taumelscheibe wandelt die Drehung der Antriebswelle in eine lineare Hin- und Herbewegung der Kolben um. Die Hin- und Herbewegung der Kolben komprimiert Kühlmittelgas.

Jedes Paar Schuhe hält die Taumelscheibe zwischen sich. Jeder Schuh ist von einem Schuhsitz im zugehörigen Kolben aufgenommen. Die Schuhe sind bezüglich der Taumelscheibe und den dazugehörigen Kolben verschiebbar. Somit dreht sich jeder Kolben um seine Achse in der dazugehörigen Zylinderbohrung. Die Drehung des Kolbens veranlaßt den Kolben, gegen die Taumelscheibe zu schlagen. Dies bewirkt Vibrationen und Lärm.

Beim Betrieb des Verdichters wird ein Moment auf jeden Kolben aufgebracht. Das Moment wirkt in einer seitlichen Richtung (eine Richtung quer zur Achse des Kolbens). Die Drehung der Taumelscheibe verschiebt den Schuh in dem zugehörigen Schuhsitz jedes Kolbens. Die Verschiebung bewirkt ein seitliches Moment, das dazu neigt, den Kolben zu kippen. Somit wird ein Teil des Kolbens fest gegen die Wand der zugehörigen Zylinderbohrung gepreßt. Dies behindert eine sanfte Hin- und Herbewegung des Kolbens und bewirkt einen Spannungsabrieb in der Zylinderbohrung, besonders an der Stelle, die von dem Kolben belastet wird. Im Ergebnis nimmt die Dichtung zwischen dem Kolben und der Zylinderbohrung über die Zeit an Wirksamkeit ab.

In der japanischen ungeprüften Patentveröffentlichung Nr. 8-61237 ist ein Verdichter beschrieben, mit dem dieses Problem gelöst ist. Bei diesem Verdichter steht ein Paar Arme von dem kurbelkammerseitigen Ende jedes Kolbens in einer Richtung im wesentlichen senkrecht zur Achse des Kolbens vor. Eine Nut ist am entfernten Ende jedes Arms ausgebildet. Eine Führungsstange erstreckt sich in axialer Richtung des Kolbens zwischen jedem Paar benachbarter Zylinderbohrungen. Jede Führungsstange ist gleitend zwischen einem Paar benachbarter Arme gehalten, die sich vom zugehörigen Paar benachbarter Kolben erstrecken. Dieser Aufbau begrenzt die Drehung jedes Kolbens. Ferner werden seitliche Kräfte, die auf jeden Kolben aufgebracht werden, durch die Arme übertragen und von den Führungsstangen aufgenommen, um ein Kippen des Kolbens zu verhindern.

Jedoch erhöhen die Führungsstangen, die eingesetzt werden, um die Drehung der Kolben zu begrenzen, die Anzahl von Komponenten und Zusammenbauschritten. Dies erhöht die Produktionskosten des Verdichters. In der japanischen ungeprüften Gebrauchsmusterveröffentlichung Nr. 6-25573 ist ein Verdichter beschrieben, bei dem solche Führungsstangen nicht erforderlich sind. Bei diesem Verdichter werden Schrauben, die verwendet werden, um Gehäuseteile zusammenzuschrauben, zwischen jedem benachbarten Paar Kolben erstreckt, um als Führungsstangen zu dienen. In dieser Veröffentlichung ist lediglich erwähnt, daß die Rotation jedes Kolbens durch den Eingriff zwischen den Schrauben und den Armen der Kolben begrenzt ist. Jedoch ist anzunehmen, daß das seitliche Moment, das auf jeden Kolben aufgebracht wird, auf die gleiche Weise wie in der vorgenannten Veröffentlichung von den Schrauben über die Arme aufgenommen wird.

Wenn die Schrauben durch die Gehäuseelemente eingeführt werden, um das Gehäuse zusammenzubauen, passiert das Gewinde am entfernten Ende jeder Schraube den zugehörigen Kolben. Somit kann das Gewinde den Kolben berühren und beschädigen. Ein Beschädigung des Kolbens beeinträchtigt die Leistung des Verdichters. Ferner können Späne abgehobelt werden, wenn der Kolben durch das Schraubengewinde beschädigt wird. Wenn solche Späne im Gehäuse verbleiben, können sich die Späne zwischen Komponenten verfangen und die Leistung des Verdichters nachteilig beeinflussen.

Ferner wird die Schraube durch die gegenüberliegenden Nuten benachbarter Kolbenarme hindurch geführt, wenn jede Schraube durch die Gehäuseelemente eingeführt wird. Folglich kann das Schraubengewinde die Armnuten beschädigen. Ein Beschädigung der Armnuten beeinträchtigt die Maßgenauigkeit am Eingriffsabschnitt zwischen der Armnut und der Schraube. Im Ergebnis bewirken die Rotation der Kolben in ihren Zylinderbohrungen und das auf jeden Kolben aufgebrachte seitliche Moment, daß die Schrauben gegen die Wände der Armnuten schlagen. Dies erzeugt Geräusche.

Zusammenfassung der Erfindung

Entsprechend ist es Aufgabe der Erfindung, einen Kolbenverdichter zu schaffen, der einen verbesserten Aufbau hat, um die Drehung und das Kippen seiner Kolben zu begrenzen.

Um die vorgenannte Aufgabe zu lösen, hat der erfindungsgemäße Verdichter einen Kolben, ein Gehäuse mit einer Kurbelkammer und Zylinderbohrungen zur Aufnahme der Kolben, wobei das Gehäuse eine Wand zur Begrenzung der Kurbelkammer hat, wobei die Zylinderbohrung von einer Fläche begrenzt ist, die den Kolben gleitend stützt, und wobei eine Antriebseinrichtung in der Kurbelkammer angeordnet ist und auf einer Antriebswelle gehalten ist. Die Antriebseinrichtung ist mit dem Kolben über ein Gelenk wirkverbunden, um die Drehung der Antriebswelle in eine Hin- und Herbewegung des Kolbens zu verwandeln. Ein Kopf ist an einem ersten Ende des Kolbens ausgebildet, um der Zylinderbohrung zugeführtes Gas zu verdichten. Der Kopf hat eine Umfangsfläche, die ständig die Oberfläche der Zylinderbohrung berührt, um zwischen dem Kopf und der Oberfläche der Zylinderbohrung abzudichten. Ein Rand ist an einem zweiten Ende des Kolbens ausgebildet, daß dem ersten Ende gegenüberliegt. Der Rand ist in der Kurbelkammer angeordnet und mit der Antriebseinrichtung gekoppelt. Ein ringförmiger Raum öffnet auf die weite des Kolbens. Der ringförmige Raum ist zwischen dem Kopf und dem Rand angeordnet. Ein Begrenzer ist zwischen dem Rand und der Wand des Gehäuses vorgesehen. Der Begrenzer begrenzt die Drehung der Kolbens um seine Achse bezüglich der Zylinderbohrung. Der Begrenzer empfängt eine Kraft vom Kolben in einer Richtung quer zur Achse des Kolbens.

Andere Aspekte und Vorteile der Erfindung werden aus der nachfolgenden Beschreibung im Zusammenhang mit der beigefügten Zeichnung deutlich, die beispielhaft die Prinzipien der Erfindung erläutert.

Kurzbeschreibung der Zeichnungen

Die neuen Merkmale der vorliegenden Erfindung sind insbesondere in den beigefügten Patentansprüchen niedergelegt. Die Erfindung, deren Aufgabe und Vorteile wird nachfolgend anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine Querschnittansicht, die ein erstes Ausführungsbeispiel eines Kolbenverdichters gemäß der Erfindung zeigt;

Fig. 2 eine Schnittansicht längs der Linie 2-2 in Fig. 1;

Fig. 3 eine Schnittansicht längs der Linie 3-3 in Fig. 2, wobei der Kolben zwischen seinem oberen Totpunkt und seinem unteren Totpunkt angeordnet ist;

Fig. 4 eine vergrößerte Schnittdarstellung, die den Kolben in einer Anordnung nahe dem oberen Totpunkt zeigt; und

Fig. 5 eine Schnittansicht eines Kolbens, der in einem zweiten Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Kolbenverdichters verwendet wird.

Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele

Ein erstes Ausführungsbeispiel eines Einkopfkolbenverdichters gemäß der Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf Fig. 1 bis 4 beschrieben. Der Verdichter hat eine Veränderliche Verdrängung und wird in einem Klimaanlagensystem eines Fahrzeugs eingesetzt.

Wie in Fig. 1 gezeigt ist, ist ein vorderes Gehäuse 11 am vorderen Ende eines Zylinderblocks 12 angebracht. Ein hinteres Gehäuse 13 ist mit dem hinteren Ende eines Zylinderblocks 12 verbunden, wobei eine Ventilplatte 14 dazwischen angeordnet ist. Eine Kurbelkammer 15 ist in dem vorderen Gehäuse 11 vor dem Zylinderblock 12 begrenzt. Das vordere Gehäuse 11, der Zylinderblock 12 und das hinter Gehäuse 13 bilden ein Gehäuse des Verdichters.

Eine Antriebswelle 16 erstreckt sich durch die Kurbelkammer 15 zwischen dem vorderen Gehäuse 11 und dem Zylinderblock 12. Ein Paar radialer Lager 17 stützt die Antriebswelle 16 drehbar ab. Die Antriebswelle 16 ist durch einen Kupplungsmechanismus, wie eine elektromagnetische Kupplung, mit einem Fahrzeugmotor (nicht gezeigt) wirkverbunden, der als externe Antriebsquelle dient. Wenn der Motor läuft, veranlaßt folglich ein Eingriff der elektromagnetischen Kupplung, daß der Motor die Antriebswelle 16 dreht.

Eine Lippendichtung 18 ist zwischen dem vorderen Ende der Antriebswelle 16 und dem vorderen Gehäuse 11 angeordnet, um ein Austreten von Kühlmittelgas aus der Kurbelkammer 15 zu verhindern.

Ein Rotor 19 ist an der Antriebswelle 16 in der Kurbelkammer 15 befestigt. Eine Taumelscheibe 21 ist an der Antriebswelle 16 in der Kurbelkammer 15 angebracht. Die Taumelscheibe 21 ist derart gehalten, daß sie längs der Antriebswelle verschiebbar und bezüglich der Achse L der Antriebswelle neigbar ist. Ein Paar Arme 24 (nur einer gezeigt) steht von der hinteren Fläche des Rotors 19 vor. Jeder Arm 24 hat eine Führungsbohrung 24a. Die Taumelscheibe 21 hat ein Paar Führungsstifte 25 (nur einer gezeigt), die von der vorderen Fläche der Taumelscheibe 21 vorstehen. Eine Führungswölbung 25a ist am entfernten Ende jedes Führungsstifts 25 vorgesehen und in die Führungsbohrung 24a des gegenüberliegenden Arms 24 gleitend eingesetzt.

Das Zusammenwirken zwischen den Haltearmen 24 und den Führungswölbungen 25a führt die Bewegung der Taumelscheibe 21 längs der Achse L der Antriebswelle 16 und die Neigung der Taumelscheibe 21 bezüglich der Antriebswelle 16. Das Zusammenwirken dreht ferner die Taumelscheibe 21 zusammen mit der Antriebswelle 16. Wenn sich die Taumelscheibe 21 zur Rückseite (in Richtung auf den Zylinderblock 12) bewegt, nimmt die Neigung der Taumelscheibe 21 bezüglich einer zur Achse L der Antriebswelle 16 senkrechten Ebene ab.

Ein ringförmiger Anschlag 27a ist auf der Antriebswelle 16 nahe des Zylinderblocks 12 angebracht. Die minimale Neigungsstellung der Taumelscheibe 21 ist durch die Anlage der Taumelscheibe 21 gegen den Anschlag 27 bestimmt und begrenzt. Ein Vorsprung 28 steht einstückig von der Vorderseite der Taumelscheibe 21 vor.

Die maximale Neigungsstellung der Taumelscheibe 21 ist durch die Anlage des Vorsprungs 28 gegen den Rotor 19 bestimmt und begrenzt.

Zylinderbohrungen 31 (nur eine gezeigt) erstrecken sich durch den Zylinderblock 12 um die Antriebswelle 16. Ein Einkopfkolben 32 ist in jeder Zylinderbohrung 31 aufgenommen. Jeder Kolben 32 hat einen Kopf 33, der in der zugehörigen Zylinderbohrung 31 gehalten ist, hat eine Kolbenstange 35, die sich vom Kopf 33 zur Kurbelkammer 15 hin erstreckt und hat einen Rand 34, der mit der Kolbenstange 35 verbunden ist. Ein ringförmiger Raum 32a ist um die Kolbenstange 35 vorgesehen, und erstreckt sich längs der Achse P des Kolbens 32. Folglich berührt bei dem Kolben 32 nur die Umfangsfläche 33a des Kopfs 33 die Wandung der zugehörigen Zylinderbohrung 31.

Der Rand 34 hat einen Schlitz 34a, der der Taumelscheibe 21 zugewandt ist. Ein konkaver Schuhsitz 34b ist in jeder der einander gegenüberliegenden Wände des Schlitzes 34a ausgebildet. Jeder Schuhsitz 34b nimmt den halbkugelförmigen Abschnitt eines Schuhs 36 gleitend auf. Der Umfang der Taumelscheibe 21 ist in den Schlitz 34a jedes Kolbens 32 eingesetzt und gleitend zwischen den flachen Abschnitten des zugehörigen Paars Schuhe 36 gehalten. Die Drehung der Antriebswelle 16 wird mittels der Taumelscheibe 21 und den Schuhen 36 in eine lineare Hin- und Herbewegung der Kolben 32 umgewandelt.

Eine Ansaugkammer 38 und eine Ausschubkammer 39 sind in dem hinteren Gehäuse 13 ausgebildet. In der Ventilplatte 14 ist ein Ansauganschluß 40, eine Ansaugklappe 41, ein Ausschubanschluß 42 und eine Ausschubklappe 43 für jede Zylinderbohrung 31 vorgesehen. Wenn jeder Kolben 32 während des Ansaughubs von seinem oberen Totpunkt zu seinem unteren Totpunkt bewegt wird, wird das Kühlmittelgas in der Ansaugkammer 38 in den zugehörigen Ansauganschluß 40 gesaugt. Das Kühlmittelgas öffnet dann die Ansaugklappe 41 und tritt in die Zylinderbohrung 31 ein. Wenn jeder Kolben 32 während des Verdichtungshubs von dem unteren Totpunkt zu dem oberen Totpunkt bewegt wird, wird das Kühlmittelgas in der Zylinderbohrung 31 verdichtet. Das verdichtete Gas tritt in den zugehörigen Ausschubanschluß 42 ein und öffnet die Ausschubklappe 43, um in die Ausschubkammer 39 ausgeschoben zu werden. Die Öffnung jeder Ausschubklappe 43 ist durch einen Begrenzer 44 begrenzt, der zwischen der Ventilplatte 14 und dem hinteren Gehäuse 13 angeordnet ist.

Ein Rückstoßlager 45 ist zwischen dem Rotor 19 und der vorderen Wand des vorderen Gehäuses 11 angeordnet. Das vordere Gehäuse 11 empfängt die Reaktionskraft, die auf jeden Kolben 32 während der Verdichtung des Gases wirkt, durch die Taumelscheibe 21, den Rotor 19 und das Rückstoßlager 45.

Ein Druckentlastungsdurchlaß 47 verbindet die Kurbelkammer 15 mit der Ansaugkammer 38. Der Druckentlastungsdurchlaß enthält eine Leitung 47a, die sich durch die Mitte der Antriebswelle 16 erstreckt und eine Öffnung 47b, die sich durch die Mitte des Zylinderblocks 12 und die Ventilplatte 14 erstreckt. Ein Verdichtungsdurchlaß 48 erstreckt sich durch den Zylinderblock 12, die Ventilplatte 14 und das hintere Gehäuse 13, um die Ausschubkammer 39 mit der Kurbelkammer 15 zu verbinden. Ein Steuerventil 49 ist in dem hinteren Gehäuse 13 angebracht, um den Verdichtungsdurchlaß 48 zu steuern.

Das Steuerventil 49 hat eine Ventilkammer 50, die in dem Verdichtungsdurchlaß 48 angeordnet ist. Eine Ventilbohrung 51 ist mit der Ventilkammer 50 verbunden. Ein Ventilkörper 52, der sich auf die Ventilbohrung 51 zu und davon weg bewegt, ist in der Ventilkammer 50 angeordnet. Eine Membrankammer 53 ist in Übereinstimmung mit der Ventilkammer 50 durch eine Stangenführung 54 begrenzt. Eine Membran 55 unterteilt die Membrankammer 53 in eine Druckfühlkammer 56 und eine Atmosphärenkammer 57, die mit der Atmosphäre verbunden ist. Eine Stange 58 ist von der Stangenführung 54 gleitend geführt. Die Stange 58 verbindet den Ventilkörper 52 und die Membran 55. Ein Druckverbindungsdurchlaß 59 verbindet die Ansaugkammer 38 und die Druckfühlkammer 56. Das Kühlmittelgas in der Ansaugkammer 38 ist durch den Verbindungsdurchlaß 59 mit der Druckfühlkammer 56 verbunden. Die Membran 55 bewegt den Ventilkörper 52 in Übereinstimmung mit dem Druck in der Ansaugkammer 38 (Ansaugdruck), der der Druckfühlkammer 56 zugeführt wird. Dies stellt die von dem Ventilkörper 52 freigegebene Fläche der Ventilbohrung 51, bzw. die offene Fläche des Verdichtungsdurchlasses 48 ein. Die Menge an Kühlmittelgas, die in die Kurbelkammer 15 von der Ausschubkammer 39 durch den Verdichtungsdurchlaß 48 fließt, wird durch das Steuerventil 49 reguliert. Dies stellt den Druck in der Kurbelkammer 15 ein. Veränderungen des Drucks in der Kurbelkammer 15 verändern die Differenz zwischen dem Druck in der Kurbelkammer 15, der auf die Rückseite des Kolbens 32 (nach links in Fig. 1) wirkt und dem Druck in den Zylinderbohrungen 31, der auf die Vorderseite der Kolben 32 (nach rechts in Fig. 1) wirkt. Die Neigung der Taumelscheibe 21 wird in Übereinstimmung mit dieser Druckdifferenz verändert. Die Einstellung der Neigung der Taumelscheibe 21 verändert den Hub der Kolben 32 und stellt die Verdrängung des Verdichters ein.

Wenn eine hohe Kühllast auf den Verdichter aufgebracht wird, wirkt der hohe Druck in der Ansaugkammer 38 auf die Membran 55 und veranlaßt den Ventilkörper 52 die offene Fläche der Ventilbohrung 51 zu vermindern. Dies vermindert die Menge hochbedruckten Kühlmittelgases, die der Kurbelkammer 15 von der Ausschubkammer 39 zugeführt wird. Das Kühlmittelgas in der Kurbelkammer 15 fließt durch den Druckentlastungsdurchlaß 47 zur Ansaugkammer 38. Dies vermindert den Druck in der Kurbelkammer 15 und erhöht die Neigung der Taumelscheibe 21. Somit wird der Hub der Kolben 32 vergrößert. Im Ergebnis wird die Verdrängung des Verdichters groß.

Wenn die auf den Verdichter aufgebrachte Kühllast kleiner wird, nimmt der Druck in der Ansaugkammer 38 ab. Dies veranlaßt den Ventilkörper 52 die von dem Ventilkörper 52 freigegebene Fläche der Ventilbohrung 51 zu vergrößern. Somit wird mehr hochbedrucktes Kühlmittelgas in der Ausschubkammer 39 durch den Verdichtungsdurchlaß 48 in die Kurbelkammer 15 verbracht. Dies erhöht den Druck in der Kurbelkammer 15 und vermindert die Neigung der Taumelscheibe 21. Somit wird der Hub der Kolben 32 verkürzt. Auf diese Weise verändert das Steuerventil 49 die Neigung der Taumelscheibe 21 und steuert die Verdrängung des Verdichters, um den Ansaugdruck auf einem vorbestimmten Wert zu halten.

Der Aufbau zur Begrenzung der Drehung und des Kippens jedes Kolbens 32 wird nun beschrieben.

Wir in Fig. 1 und 2 gezeigt ist, ist für jeden Kolben 32 in der Innenwand des vorderen Gehäuses 11 eine schwalbenschwanzförmige Keilnut 61 vorgesehen. Jede Keilnut erstreckt sich längs des Bewegungsbereichs des Rands 34 des zugehörigen Kolbens 32 in Axialrichtung des Kolbens 32. Ein Schwalbenschwanzkeil 62, der einstückig mit dem Rand 34 jedes Kolbens 32 ausgebildet ist, liegt der Wandung des vorderen Gehäuses 11 gegenüber. Der Keil 62 wird in die zugehörige Keilnut 61 eingesetzt, wenn der Kolben in der zugehörigen Zylinderbohrung 31 angeordnet wird. Entsprechend wird der Keil 62 in der Keilnut 61 während der Hin- und Herbewegung des Kolbens 32 geführt.

In jeder Keilnut 61 ist jede der beiden Seitenflächen eine seitliche Aufnahmefläche 61a. Der Abstand zwischen den seitlichen Aufnahmeflächen 61a wird zur Öffnung der Keilnut 61 hin kleiner. Eine seitliche Kontaktfläche 62a ist auf jeder Seite des Keils 62 vorgesehen. Jede seitliche Kontaktfläche 62a ist zur zugehörigen seitlichen Aufnahmefläche 61a parallel. Wenn der Keil 62 in die zugehörige Keilnut 61 eingesetzt wird, berührt jede seitliche Kontaktfläche 62a die zugehörige seitliche Aufnahmefläche 61a.

Eine zentrale Aufnahmefläche 61b erstreckt sich längs der unteren Mittelfläche der Keilnut 61. Eine zentrale Kontaktfläche 62b ist an dem Keil 62 ausgebildet und erstreckt sich parallel zur zentralen Aufnahmefläche 61b der zugehörigen Keilnut 61. Wenn der Keil 62 in die Keilnut 61 eingesetzt ist, berührt die zentrale Kontaktfläche 62b die zugehörige zentrale Aufnahmefläche 61b. Wie in dem vergrößerten Kreis von Fig. 2 gezeigt ist, ist eine Beschichtung 63, die im wesentlichen aus Polytetrafluorethylen (PTFE) besteht, auf die seitlichen Kontaktflächen 62a und die zentrale Kontaktfläche 62b aufgebracht.

Die Keilnut 61 begrenzt die Bewegung jedes Keils 62. Der Keil 62 bewegt sich nur in Längsrichtung der Keilnut 61. Ferner fällt der Keil 62 nicht aus der Keilnut heraus oder wird in der Keilnut lose.

Die Schuhe 36 gleiten bezüglich der Taumelscheibe 21 und der Kolben 32. Dies würde jeden Kolben 32 um seine Achse P drehen. Jedoch begrenzt der Kontakt zwischen der seitliche Aufnahmefläche 61a, der Keilnut 61 und der seitlichen Kontaktfläche 62a des zugehörigen Keils 62 die Drehung des Kolbens 32. Eine Begrenzung der Drehung des Kolbens 32 hindert den Rand 34 des Kolbens 32 daran, gegen die Taumelscheibe 21 zu schlagen. Dies verhindert Vibrationen und Geräusche, die hervorgerufen würden, wenn der Rand 34 gegen die Taumelscheibe 21 schlägt.

Fig. 3 zeigt den Kolben 32, der in einer Position zwischen dem oberen Totpunkt und dem unteren Totpunkt angeordnet ist. In der Zeichnung bezeichnet die Richtung R die Drehrichtung der Taumelscheibe 21. Eine Drehung der Taumelscheibe 21 in Richtung R von dem mit ausgezogenen Linien in Fig. 3 gezeigten Zustand bewegt den Kolben 32 zum unteren Totpunkt bzw. nach links in Fig. 3. Wenn die Taumelscheibe 21 rotiert, dreht und gleitet das zugehörige Paar von Schuhen 36, die die Taumelscheibe 21 dazwischen halten, in den zugehörigen Schuhsitzen 34b. Die Pfeile S1 zeigen die Gleitrichtung der Schuhe 36. Das Gleiten jedes Schuhs 36 in dem zugehörigen Schuhsitz 34b erzeugt einen Gleitwiderstand zwischen dem Schuh 36 und dem Schuhsitz 34b. Der Gleitwiderstand führt zum Aufbringen eines Moments M1 auf den Kolben 32. Das Moment M1 neigt dazu, den Kolben 32 um den Mittelpunkt O, der zwischen den beiden Schuhen 36 angeordnet ist, zu kippen und zu drehen. Jedoch wird, wie in Fig. 2 gezeigt ist, das Moment M1, das auf den Kolben 32 aufgebracht wird, von der seitlichen Aufnahmefläche 61a der Keilnut 61 durch die seitliche Kontaktfläche 62a des Keils 62 aufgenommen.

Eine Drehung der Taumelscheibe 21 in Richtung R ausgehend vom Zustand, der in Fig. 3 mit strichpunktierter Linie gezeigt ist, bewegt den Kolben 32 in Richtung auf den oberen Totpunkt. Das zugehörige Paar Schuhe 36, das die Taumelscheibe 21 hält, rotiert und gleitet in den zugehörigen Schuhsitzen 34b. Die Pfeile S2 zeigen die Gleitrichtung der Schuhe 36. Die Gleitrichtung S2 ist zur Gleitrichtung S1 der Schuhe 36 entgegengesetzt, wenn der Kolben 32 sich zum unteren Totpunkt bewegt. Im Ergebnis wird ein Moment M2 auf den Kolben. 32 aufgebracht. Das Moment M2 wirkt in einer Richtung entgegengesetzt dem Moment M1. Jedoch wird, auf die gleiche Weise wie das Moment M1, das Moment M2 von der seitlichen Aufnahmefläche 61a der Keilnut 61 durch die seitliche Kontaktfläche 62a des Keils 62 aufgenommen.

Wenn der Kolben 32 in der Nähe des oberen Totpunkts ist, wie in Fig. 4 mit ausgezogenen Linien gezeigt ist, wird die auf den Kolben 32 wirkende Kompressions-Reaktionskraft maximal. Die maximale Kompressions-Reaktionskraft wird auf die Taumelscheibe 21 aufgebracht. Entsprechend empfängt der Kolben 32 eine Reaktionskraft von der geneigten Taumelscheibe 21, die der Kompressions-Reaktionskraft entspricht. Ein Teil, dieser Reaktionskraft erzeugt ein Moment M3. Das Moment M3 neigt dazu, den Rand 34 des Kolbens 32 zur Achse L der Antriebswelle 16 zu kippen. Auf die gleiche Weise wie die Momente M1 und M2 wirkt das Moment M3 um den Mittelpunkt O. Die Richtung des Aufbringens des Moments M3 ist um 90° zur Aufbringungsrichtung der Momente M1 und M2 bezüglich der Achse P des Kolbens 32 versetzt. Jedoch wird das Moment M3 durch die seitlichen und zentralen Aufnahmeflächen 61a, 61b der Keilnut 61 durch die zugehörigen seitlichen und zentralen Kontaktflächen 62a, 62b des Keils 62 aufgenommen.

Wenn der Kolben 32 vom Ansaughub in den Kompressionshub übergeht und in der Nähe des unteren Totpunkts angeordnet ist, wie in Fig. 4 mit strichpunktierter Linie gezeigt ist, wird die auf den Kolben 32 wirkende Trägheitskraft maximal. Die auf den Kolben 32 wirkende Trägheitskraft wird auf die Taumelscheibe 21 aufgebracht. Entsprechend empfängt der Kolben 32 eine der Trägheitskraft von der geneigten Taumelscheibe 21 entsprechende Reaktionskraft. Ein Teil dieser Reaktionskraft erzeugt ein Moment M4. Das Moment M4 wirkt in einer Richtung entgegengesetzt zum Moment M3. Jedoch wird, auf die gleiche Weise wie das Moment M3, das Moment M4, das auf den Kolben 32 wirkt, durch die seitlichen und zentralen Aufnahmeflächen 61a, 61b der Keilnut 61 durch die zugehörigen seitlichen und zentralen Kontaktflächen 62a, 62b des Keils 62 aufgenommen.

Wie oben beschrieben werden, wenn der Kolben 32 sich zwischen dem oberen und unteren Totpunkt bewegt, die auf den Kolben 32 in verschiedenen Richtungen wirkenden Momente gezielt durch die seitlichen und/oder zentralen Aufnahmeflächen 61a, 61b der Keilnut 61 mittels der zugehörigen seitlichen und/oder zentralen Kontaktflächen 62a, 62b des Keils 62 aufgenommen. In anderen Worten, das Nettomoment dieser Momente wird gezielt durch die seitlichen und/oder zentralen Aufnahmeflächen 61a, 61b aufgenommen. Entsprechend verhindert dieser Aufbau, daß auf den Kolben 32 in seitlichen Richtungen (Richtungen senkrecht zur Bewegungsrichtung des Kolbens 32) aufgebrachte Momente, den Kopf 33 des Kolbens 32 gegen die Wandung der zugehörigen Zylinderbohrung 31 zu drücken. Dies verhindert einen Spannungsabrieb des Kolbens 32 und/oder der Zylinderbohrung 31 und hält eine wirksame Dichtung zwischen dem Kolben 32 und der Zylinderbohrung 31 aufrecht.

Die nachfolgend beschriebenen Vorteile werden bei diesem Ausführungsbeispiel erhalten.

Die Keilnuten 61 sind in der Wand des vorderen Gehäuses 11 vorgesehen, während die entsprechenden Keile 62, die in die Keilnuten 61 eingesetzt sind, an den Rändern 34 der Kolben 32 angeordnet sind. Die entsprechenden Keilnuten 61 und Keile 62 bilden einen Aufbau zur Begrenzung der Drehung und des Kippens des zugehörigen Kolbens 32. Der Aufbau stabilisiert die Hin- und Herbewegung der Kolben 32 und verbessert die Leistung des Verdichters. Folglich vermeidet das bevorzugte und geschilderte Ausführungsbeispiel die Nachteile des in der japanischen ungeprüften Gebrauchsmusterveröffentlichung Nr. 6-25573 beschriebenen Verdichters, nämlich daß die Schrauben 20, die verwendet werden, um das Verdichtergehäuse zu verbinden (vorderes Gehäuse 11, Zylinderblock 12, hinteres Gehäuse 13), nicht verwendet werden, um die Drehung und das Kippen der Kolben 32 zu begrenzen. Entsprechend passieren die Schrauben 20 nicht die Kolben 32, wenn sie in das Gehäuse eingesetzt werden. Dies hindert die Gewinde an den entfernten Enden der Schrauben 20 an der Beschädigung der Kolben 32, wenn das Gehäuse zusammengebaut wird. Weil die Kolben 32 nicht beschädigt werden, wird eine Verschlechterung der Leistung des Verdichters verhindert.

Der Eingriff zwischen den Keilnuten 61 in dem vorderen Gehäuse 11 und den zugehörigen Keilen 62 der Kolben 32 empfängt gezielt die seitlich gerichteten Momente M1, M2, M3 und M4, die auf die Kolben 32 wirken. Folglich werden die Momente M1, M2, M3 und M4 nicht von den Wänden der zugehörigen Zylinderbohrungen 31 aufgenommen. Dies vermindert die Fläche des Kopfes 33 jedes Kolbens 32, die die Wandung der zugehörigen Zylinderbohrung 31 berühren muß. Insbesondere kann die axiale Länge des Kopfs 33 reduziert werden, solange eine wirksame Dichtung zwischen dem Kolben 32 und der Wand der Zylinderbohrung 31 vorhanden ist.

Dieser Aufbau führt zu einem ringförmigen Raum 32a, der zwischen dem Kopf 33 und dem Rand 34 ausgebildet ist, und signifikant das Gewicht des Kolbens 32 vermindert. Die auf den Kolben 32 wirkende Trägheitskraft wird somit minimiert. Dies wiederum vermindert die Größenordnung der seitlichen Momente, die sich aus der Trägheitskraft ergeben, wodurch die reziprokierende Bewegung des Kolbens 32 weiter stabilisiert wird. Die auf den Kolben 32 aufgebrachte große Trägheitskraft, wenn der Kolben 32 in der Nähe des unteren Totpunkts ist, wirkt in einer Richtung, die die Neigung der Taumelscheibe 21 vergrößert. Folglich vermindert eine kleinere auf den Kolben 32 aufgebrachte Trägheitskraft den Einfluß der Trägheitskraft auf die Taumelscheibe 21 bei der Einstellung der Neigung der Taumelscheibe. Folglich stabilisiert der in dem bevorzugten und beschriebenen Ausführungsbeispiels verwendete leichtgewichtigere Kolben 32 die Steuerung der Verdrängung des Verdichters.

Die auf die Fläche jedes Keils 62 aufgebrachte Beschichtung 63 verbessert die Abriebbeständigkeitseigenschaften des Keils 62 und vermindert den Gleitwiderstand zwischen dem Keil 62 und der zugehörigen Keilnut 61. Folglich ist eine sanfte Hin- und Herbewegung des zugehörigen Kolbens 32 über einen langen Zeitraum sichergestellt.

Die Keilnuten 61 sind in der Wand des vorderen Gehäuses 11 ausgebildet, während die Keile 62 einstückig an den Rändern 34 der Kolben 32 ausgebildet sind. Folglich erhöht der Aufbau zur Begrenzung der Drehung und des Kippens der Kolben 32 im bevorzugten und beschriebenen Ausführungsbeispiel nicht die Anzahl Komponenten im Verdichter.

Ein in einem zweiten Ausführungsbeispiel eines Verdichters gemäß der vorliegenden Erfindung verwendeter Kolben wird nun unter Bezugnahme auf Fig. 5 beschrieben. Teile, die den entsprechenden Teilen in dem ersten Ausführungsbeispiel gleichen oder gleich sind, sind mit den gleichen Bezugszeichen versehen.

Im ersten Ausführungsbeispiel ist eine zufriedenstellende Abdichtung zwischen dem Kolben 32 und der Zylinderbohrung 31 sichergestellt, indem eine minimale axiale Länge der Umfangsfläche 33a des Kopfs 33 vorgesehen ist. In diesem weiteren Ausführungsbeispiel ist ein ringförmiger Kolbenring 65 in eine Ringnut eingesetzt, die sich längs der Umfangsfläche 33a des Kopfs 33 erstreckt. Der Kolbenring 65 ist in radialer Richtung elastisch. Somit dichtet der Kolbenring 65 den Raum zwischen dem Kolben 32 und der Zylinderbohrung 31 ab, wenn er federnd gegen die Wandung der Zylinderbohrung 31 gepreßt wird. Dies ermöglicht es, die axiale Länge der Umfangsfläche 33a des Kopfs 33, die nicht als eine Dichtung wirkt, auf eine Größe zu minimieren, die gerade lang genug ist, um den Kolbenring 65 zu halten. Im Ergebnis wird die axiale Länge des Kopfs 33 verglichen mit der des ersten Ausführungsbeispiels verkürzt. Dies reduziert weiterhin das Gewicht des Kolbens 32.

Es sollte für Fachleute offensichtlich sein, daß die vorliegende Erfindung in anderen Ausführungsformen umgesetzt werden kann, ohne den Bereich der Erfindung zu verlassen. Insbesondere kann die Erfindung auf die folgende Weise umgesetzt werden.

Jede Keilnut 61 kann mit nur einer Aufnahmefläche 61a versehen werden und jeder Keil 62 kann mit nur einer seitlichen Kontaktfläche 62a versehen werden.

Die Keilnuten 61 können an den Rändern 34 jedes Kolbens 32 ausgebildet werden und die Keile 62 können an der Wand des vorderen Gehäuses 11 ausgebildet werden. Dies vermindert weiterhin das Gewicht des Kolbens 32.

Die Keilnuten 61 und/oder die Keile 62 können von Körpern gebildet werden, die von dem vorderen Gehäuse 11 und den Kolben 32 unabhängig sind.

Die Beschichtung 63 kann anstelle des Aufbringens auf die Keile 61 auf die Keilnuten 62 aufgebracht werden. Eine andere Möglichkeit besteht darin, die Beschichtung 63 sowohl auf den Keilen 62 und den Keilnuten 61 anzubringen.

Der Hauptbestandteil der Beschichtung 63 ist nicht auf PTFE beschränkt. Beispielsweise kann Silizium-Molybdän, Silizium oder Molybdän mit Graphit gemischt werden, um das Hauptmaterial der Beschichtung 63 zu bilden.

Die Anwendung der vorliegenden Erfindung ist nicht auf einen Einkopfkolbenkompressor mit veränderlicher Verdrängung beschränkt. Beispielsweise kann die vorliegende Erfindung auf einen Verdichter mit fester Verdrängung angewandt werden, der eine Taumelscheibe verwendet. Die vorliegende Erfindung kann auch auf einen Verdichter angewandt werden, der eine sogenannte Wellennockenscheibe anstelle einer Taumelscheibe verwendet.

Folglich sind die vorliegenden Beispiele und Ausführungsbeispiele als illustrierend und nicht als beschränkend zu verstehen und die Erfindung soll nicht auf die hier angegebenen Einzelheiten beschränkt werden, sondern kann im Bereich und der Äquivalenz der beiliegenden Ansprüche modifiziert werden.

Claims (8)

1. Verdichter, mit
einem Kolben (32),
einem Gehäuse (11, 12) mit einer Kurbelkammer (15) und einer Zylinderbohrung (31) zur Aufnahme des Kolbens (32), wobei das Gehäuse (11, 12) eine Wand zur Begrenzung der Kurbelkammer (15) hat, wobei die Zylinderbohrung (31) von einer Fläche begrenzt ist, die den Kolben (32) gleitend abstützt und
einer Antriebseinrichtung (21), die in der Kurbelkammer (15) angeordnet und an einer Antriebswelle (16) gehalten ist, wobei die Antriebseinrichtung (21) über ein Gelenk (36) mit dem Kolben (32) wirkverbunden ist, um eine Drehung der Antriebswelle (16) in ein reziprokieren des Kolbens (32) umzuwandeln, wobei
der Verdichter
einen Kopf (33) hat, der an einem ersten Ende des Kolbens (32) ausgebildet ist, um der Zylinderbohrung (31) zugeführtes Gas zu verdichten, wobei der Kopf (33) eine Umfangsfläche (33a) hat, die stets die Oberfläche der Zylinderbohrung (31) berührt, um zwischen dem Kopf (33) und der Oberfläche der Zylinderbohrung (31) abzudichten,
einen Rand (34) hat, der an einem zweiten Ende des Kolbens (32) ausgebildet ist, das dem ersten Ende gegenüberliegt, wobei der Rand (34) in der Kurbelkammer (15) angeordnet ist und mit der Antriebseinrichtung (21) gekoppelt ist, und
einen ringförmigen Raum (32a) hat, der zur Seite des Kolbens (32) öffnet, wobei der ringförmige Raum (32a) zwischen dem Kopf (33) und dem Rand (34) angeordnet ist, wobei der Verdichter dadurch gekennzeichnet ist, daß ein Begrenzer (61, 62) zwischen dem Rand (34) und der Wand des Gehäuses (11, 12) vorgesehen ist, wobei der Begrenzer (61, 62) die Drehung des Kolbens (32) um seine Achse (P) bezüglich der Zylinderbohrung (31) begrenzt, und wobei der Begrenzer (61, 62) von dem Kolben (32) eine Kraft in einer Richtung quer zur Achse (P) des Kolbens (32) empfängt.

2. Verdichter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Begrenzer (61, 62)
eine Aussparung (61) aufweist, die entweder an dem Rand (34) oder an der Wand des Gehäuses (11, 12) ausgebildet ist, und
einen Vorsprung (62) aufweist, der an dem anderen der beiden ausgebildet ist, um in die Aussparung (61) einzugreifen.

3. Verdichter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Aussparung (61) in der Wand des Gehäuses (11, 12) angeordnet ist und sich in der Axialrichtung des Kolbens (32) längs erstreckt, wobei der Vorsprung (62) einstückig mit dem Rand (34) des Kolbens (32) ausgebildet ist, und wobei die Aussparung (61) den Vorsprung (62) aufnimmt, so daß sich der Vorsprung (62) nur in der Längsrichtung der Aussparung (61) bewegen kann.

4. Verdichter nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Aussparung (61) eine schwalbenschwanzförmige Nut ist, die ein Paar Seitenwände (61a) hat, die einander gegenüberliegen, und eine Bodenwandung (61b) aufweist, die zwischen den Seitenwänden (61a) angeordnet ist, wobei der Abstand zwischen den Seitenwänden (61a) an der Öffnung der Aussparung (61) kleiner ist als an Orten näher zur Bodenwand (61b), und wobei der Vorsprung (62) einen schwalbenschwanzformigen Querschnitt hat, der mit dem Querschnitt der Aussparung (61) übereinstimmt, so daß der Vorsprung (62) die Seitenwände (61a) und die Bodenwand (61b) der Aussparung (61) berührt.

5. Verdichter nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß eine Beschichtungsschicht (63) mindestens auf die Aussparung (61) oder den Vorsprung (62) aufgebracht ist, um den Gleitwiderstand zwischen der Aussparung (61) und dem Vorsprung (62) zu vermindern.

6. Kompressor nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Kopf (33) des Kolbens (32) einen Kolbenring (65) aufweist, der stets die Oberfläche der Zylinderbohrung (31) berührt.

7. Verdichter nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebseinrichtung eine Taumelscheibe (21) aufweist, die kippbar an der Antriebswelle (16) gehalten ist, wobei die Neigung der Taumelscheibe (21) in Übereinstimmung mit der Differenz zwischen dem Druck in der Kurbelkammer (15) und dem Druck in der Zylinderbohrung (31) variiert, und wobei der Kolben (32) sich um einen Hub bewegt, der auf der Neigung der Taumelscheibe (21) beruht, um die Verdrängung des Verdichters zu steuern.

8. Verdichter nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Gelenk ein Paar Schuhe (36) aufweist, die in dem Rand (34) des Kolbens (32) aufgenommen sind, um die Antriebseinrichtung (21) gleitend zu halten.