DE19754440A1 - Verdichter vom Einkopfkolben-Typ - Google Patents
Verdichter vom Einkopfkolben-TypInfo
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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.
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.
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.
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.
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.
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.
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