DE3627652A1 - Gleitschuh fuer einen taumelscheibenkompressor - Google Patents
Gleitschuh fuer einen taumelscheibenkompressorInfo
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Description
Die Erfindung betrifft einen Gleitschuh für einen Taumel
scheibenkompressor zur Übertragung einer Axialkraft von
einer umlaufenden, an einer Antriebswelle befestigten
Taumelscheibe auf einen Kompressorkolben, der einem Kühl
mittel in einer Zylinderbohrung des Kompressors eine
wechselseitige Kompressionswirkung erteilt.
Ein derartiger Taumelscheibenkompressor ist in erster
Linie zur Verwendung in der Klimaanlage eines Fahrzeuges
bestimmt. Zweck der Erfindung ist es, Mittel zur Verbesse
rung der Widerstandsfähigkeit des Gleitschuhes gegenüber
einem Festfressen anzugeben, wenn der Taumelscheibenkom
pressor mit hoher Geschwindigkeit umläuft.
Ein Taumelscheibenkompressor der hier in Rede stehenden
Art ist beispielsweise in der US-PS 43 29 913 beschrieben.
Der Kompressor umfaßt ein Paar horizontal und axial mit
einander ausgefluchteter Zylinderblöcke, die einen ge
meinsamen Block bilden. Im Inneren des gemeinsamen Blocks
sind axial gerichtete Zylinderbohrungen ausgebildet. Der
Zylinderblock ist an seinen beiden Stirnseiten unter
Zwischenschaltung von Ventilplatten durch vordere und
hintere Gehäuse verschlossen. Zentral verläuft durch
den Zylinderblock eine Antriebswelle, die in Lagern dreh
bar abgestützt ist. An der Mitte der Antriebswelle ist
eine Taumelscheibe befestigt, die über Kugellager und
Gleitschuhe an doppelt wirkenden, gleitbar in die Zy
linderbohrungen eingepaßten Kolben angreift. Somit ver
anlaßt die Drehbewegung der Taumelscheibe eine hin- und
hergehende Kompressionsbewegung der Kolben in den Zylin
derbohrungen. Die vorderen und hinteren Gehäuse weisen
Saug- und Ausstoßkammern für ein Kühlmittel auf, die mit
den Zylinderbohrungen verbunden und mittels Kühlmittel
leitungen mit einer äußeren Klimaanlage verbunden sind.
Die erwähnten Gleitschuhe sind normalerweise als runde
Platten ausgebildet. Diese Platten weisen an ihrer
einen Seite eine glatte Fläche auf, die gleitend mit
der Fläche der Taumelscheibe in Kontakt ist. An der
anderen Seite der runden Platte weist jeder Schuh eine
Aussparung zur Aufnahme eines Teils eines Kugellagers
auf, welches an einer sphärischen Ausnehmung des Kolbens
angreift.
Bei einem anderen, herkömmlichen Taumelscheibenkompres
sor finden unterschiedliche Arten von Gleitschuhen An
wendung, wobei jeder Gleitschuh an seiner einen Seite
eine abgeflachte, gleitend die Taumelscheibe berührende
Fläche und an seiner gegenüberliegenden Seite einen
sphärisch erhabenen Teil aufweist, der direkt an einem
doppelt wirkenden hin- und hergehenden Kolben angreift,
ohne daß dabei ein Kugellager zwischengeschaltet ist.
Somit steht die Taumelscheibe betriebsmäßig lediglich
über die Gleitschuhe in Verbindung, wobei keine Kugel
lager vorgesehen werden müssen.
Bei den herkömmlichen Taumelscheibenkompressoren be
steht gegenwärtig die Anforderung, die Kompressoren
mit hohem Kompressionsverhältnis zu betreiben, um den
Kühlwirkungsgrad der Klimaanlage zu erhöhen. Infolge
dessen ist es notwendig, daß die Gleitschuhe des Taumel
scheibenkompressors gegenüber einem Festfressen dann
ausreichend widerstandsfähig sind, wenn der Kompressor
unter den Bedingungen eines hohen Kompressionsverhält
nisses betrieben wird. Ein Vorschlag, mit dem dieser
Notwendigkeit Genüge getan werden sollte, bestand darin,
die Gleitschuhe aus einem Material zu fertigen, welches
gegenüber einem Festfressen ausreichend widerstands
fähig ist. Zu solchen Materialien gehören beispiels
weise verschiedene Arten von Keramik und Hartmetall.
Jedoch lassen sich diese, gegenüber einem Festfressen
resistenten Materialien gewöhnlich nicht leicht bear
beiten und infolgedessen erhält man die Gleitschuhe
bezüglich ihrer Abmessungen nicht mit der notwendigen
Genauigkeit. Dementsprechend wird die Verwendung
dieser gegenüber einem Festfressen widerstandsfähigen
Materialien für die Gleitschuhe als unpraktisch ange
sehen. Die Erfindung nimmt ihren Ausgang von der Fest
stellung, daß, obwohl die abgeflachte Seite des Gleit
schuhes, welche mit der Taumelscheibe in Kontakt ist,
gegenüber einem Festfressen resistent sein muß, die
andere, ausgesparte oder erhabene Seite des Gleitschuhes
gegenüber einem Festfressen weniger widerstands
fähig zu sein braucht. Die Bearbeitung der abgeflachten
Seite des Gleitschuhes ist leichter als diejenige der
ausgesparten oder erhabenen Seite des Gleitschuhes.
Dementsprechend wird vorgeschlagen, Gleitschuhe zu
fertigen mit einer abgeflachten Fläche aus einem gegen
über Festfressen resistenten Material, wobei diese
flache Seite mit der Fläche der Taumelscheibe in Be
rührung ist. Die erhabene oder ausgesparte Seite wird
jedoch aus einem Material gefertigt, welches gegenüber
einem Festfressen weniger widerstandsfähig, jedoch leicht
zu bearbeiten ist.
Aufgabe der Erfindung ist es also, einen Gleitschuh für
Taumelscheibenkompressoren vorzuschlagen, der gegen
über herkömmlichen Gleitschuhen verbessert ist und sich
bei leichter Bearbeitbarkeit auch dann als gegenüber
einem Festfressen widerstandsfähig zeigt, wenn der Kom
pressor mit hohem Kompressionsverhältnis betrieben
wird.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch folgende Merkmale
gelöst:
ein erstes, aus einem gegenüber Festfressen widerstands fähigen Material gefertigtes Teil mit einer ersten, ab geflachten Berührungsfläche, welche mit der umlaufenden Taumelscheibe in Gleitkontakt ist, und mit einer zweiten, der ersten gegenüberliegenden Fläche,
ein zweites Teil, gefertigt aus einem Material, welches gegenüber einem Festfressen weniger widerstandsfähig, jedoch leichter bearbeitbar ist als das Material, aus dem das erste Teil besteht, und mit einer ersten sphärischen, gleitend am Kolben anliegenden Fläche so wie mit einer zweiten, dieser Fläche gegenüberliegenden Fläche; und
Mittel zur Verbindung des ersten Teils mit dem zweiten Teil zu einer Baueinheit.
ein erstes, aus einem gegenüber Festfressen widerstands fähigen Material gefertigtes Teil mit einer ersten, ab geflachten Berührungsfläche, welche mit der umlaufenden Taumelscheibe in Gleitkontakt ist, und mit einer zweiten, der ersten gegenüberliegenden Fläche,
ein zweites Teil, gefertigt aus einem Material, welches gegenüber einem Festfressen weniger widerstandsfähig, jedoch leichter bearbeitbar ist als das Material, aus dem das erste Teil besteht, und mit einer ersten sphärischen, gleitend am Kolben anliegenden Fläche so wie mit einer zweiten, dieser Fläche gegenüberliegenden Fläche; und
Mittel zur Verbindung des ersten Teils mit dem zweiten Teil zu einer Baueinheit.
Vorzugsweise wird das erste Teil als im allgemeinen
runde Platte aus Keramikmaterial ausgebildet. Das zweite
Teil wird vorzugsweise aus Eisenmetall gefertigt.
Die nachstehende Beschreibung bevorzugter Ausführungs
formen der Erfindung dient im Zusammenhang mit
der Zeichnung der weiteren Erläuterung. Es zeigen:
Fig. 1 eine Längsschnittansicht eines Taumel
scheibenkompressors;
Fig. 2 eine Schnittansicht eines Gleitschuhes
in einer ersten Ausführungsform;
Fig. 3 und 4 Schnittansichten einer zweiten und
dritten Ausführungsform eines Gleit
schuhes;
Fig. 5 eine graphische Darstellung von Ver
suchsergebnissen betreffend eine Ver
änderung der axialen Abmessungen von
drei Gleitschuhen A, B und C;
Fig. 6A und 6B graphische Darstellungen der Widerstandsfähigkeit-
gegenüber einem Festfressen
bei den Gleitschuhen A und C;
Fig. 7 eine schematische Darstellung von Meß
ergebnissen betreffend das Verhältnis
zwischen dem Leerstellen-Verhältnis
eines keramischen Materials und die
Widerstandsfähigkeit gegenüber einem
Festfressen bei Gleitschuhen;
Fig. 8 eine vierte Ausführungsform eines Gleit
schuhes;
Fig. 9 eine schematische Darstellung von Ver
suchsergebnissen betreffend die Resistenz
gegenüber Festfressen von Gleitschuhen A,
B und C und
Fig. 10 eine schematische Darstellung von Meßer
gebnissen betreffend das Leerstellen-Be
setzungsverhältnis des keramischen Materials
und die Widerstandsfähigkeit gegenüber Fest
fressen bei einem Gleitschuh entsprechend
der vierten Ausführungsform.
Die Fig. 1 zeigt einen typischen Taumelscheibenkompressor
zur Verwendung in einer Fahrzeugklimaanlage. Der Kompres
sor umfaßt ein Paar von Zylinderblöcken, nämlich einen
vorderen Zylinderblock 1 a und einen hinteren Zylinder
block 1 b, die axial miteinander ausgerichtet sind und
gemeinsam einen kombinierten Zylinderblock bilden. Der
kombinierte Zylinderblock ist mit axial gerichteten
Zylinderbohrungen 2 versehen, die zueinander parallel
um die Mittelachse des kombinierten Zylinderblocks
herum verlaufen. Die vordere Stirnseite des kombinierten
Zylinderblocks ist unter Zwischenschaltung einer Ven
tilplatte 9 a von einem vorderen Gehäuse 8 a verschlossen.
Die rückwärtige Stirnseite des kombinierten Zylinder
blocks ist unter Zwischenschaltung einer Ventilplatte 9 b
von einem hinteren Gehäuse 8 b verschlossen. Die beiden
Zylinderblöcke 1 a, 1 b, das vordere Gehäuse 8 a und die
vordere Ventilplatte 9 a durchlaufend ist eine Antriebs
welle 4 mittels entsprechender Lagereinrichtung drehbar
gelagert. Die Antriebswelle 4 ist mit einer Taumel
scheibe 5 ausgestattet, die an der Mitte der Welle 4
befestigt ist. Die Taumelscheibe 5 ist über Kugel
lager 7 und Gleitschuhe 6 betriebsmäßig mit doppelt
wirkenden Mehrfach-Kolben 3 verbunden, die gleitbar in
die Zylinderbohrungen 2 eingepaßt sind. Ferner weist der
kombinierte Zylinderblock eine Taumelscheibenkammer 10
auf, an welcher die Taumelscheibe 5 zusammen mit der An
triebswelle 4 vorbeirotiert. Die vorderen und hinteren
Gehäuse 8 a und 8 b sind mit Kühlmittel-Saugkammern 11
bzw. 13 versehen, über welche ein Kühlmittel, welches aus
einem äußeren Klimaanlagensystem zurückgeführt wurde,
schließlich in die Zylinderbohrungen 2 eingesaugt wird,
um dort der Kompression unterworfen zu werden. Die vor
deren und hinteren Gehäuse 8 a und 8 b weisen ferner Kühl
mittel-Ausstoßkammern 12 bzw. 14 auf, über welche das
komprimierte Kühlmittel zum äußeren Klimaanlagensystem
abgegeben wird. Die Kompression des Kühlmittels wird
durch die hin- und hergehende Kompressionsbewegung der
Kolben 3 in den Zylinderbohrungen 2 erreicht. Dies wird
wiederum veranlaßt durch die Drehbewegung der mit der
Welle 4 umlaufenden Taumelscheibe 5. Hierbei wird eine
axiale Kraft zur Veranlassung der hin- und hergehenden
Kompressionsbewegung der Kolben 3 von der Taumelscheibe
5 auf die Kolben 3 übertragen, und zwar mit Hilfe der
Gleitschuhe 6 und der Kugellager 7. Jeder Gleitschuh 6
ist ein allgemein rundes Plattenelement, dessen eine
Seite eine sphärische Aussparung 6 a aufweist, die ein
Kugellager 7 aufnimmt. Die andere Fläche des Platten
elements weist eine abgeflachte Seite 6 b auf, die in
Gleitkontakt mit der Taumelscheibe 5 steht.
Bei einer solchen Bauart eines Taumelscheibenkompressors
muß, wenn dieser bei einem hohen Kompressionsverhältnis
betrieben wird - da dann die abgeflachte Seite 6 b jedes
Gleitschuhs 6 ständig einer hohen Reibung unterworfen
ist - diese flache Seite 6 b gegenüber einem Festfressen
resistent sein, welches durch hohe Reibungswärme hervor
gerufen werden könnte.
Die Fig. 2 zeigt eine erste Ausführungsform eines Gleit
schuhs. Der Gleitschuh 21 weist ein erstes Teil 24 mit
einer abgeflachten Berührungsfläche 23 auf, die gleitend
an einer Fläche der Taumelscheibe 5 eines Taumelscheiben
kompressors aufliegt. Ferner umfaßt der Gleitschuh 21 ein
zweites Teil 25 mit einer sphärisch-konvex ausgebildeten
Lagerfläche 27, die gleitend in eine sphärische Buchse
eines Kolbens 3 des Kompressors (vergl. Fig. 1) ein
greift. Die ersten und zweiten Teile 24 und 25 sind so
miteinander verbunden, daß sie ein einheitliches Bau
element bilden. Der als ein solches einheitliches Bau
element ausgebildete Gleitschuh hat die Funktion eines
Kugellagers wie auch eines gleitend angeordneten Kontakt
gliedes.
Das erste Teil 24 ist als rundes Plattenglied aus kera
mischem Material ausgebildet, wobei dieses Material eine
hervorragende Widerstandsfähigkeit gegenüber Festfressen
besitzt. Daher besteht die flache Seite 23 im wesent
lichen aus einer ebenen Fläche oder einer zentral leicht
erhabenen Fläche. Die andere Seite 26, die der abge
flachten Seite 23 gegenüberliegt, ist eine im wesentlichen
ebene Fläche, die an dem zweiten Teil 25 anliegt. Das
keramische Material des ersten Teils kann aus Oxid-Keramik,
Karbid-Keramik, Nitrid-Keramik oder anderen Keramik
substanzen bestehen. Aluminiumoxid, Siliziumkarbid,
Siliziumnitrid, Aluminiumnitrid, Titankarbid, Borkarbid,
Zirkonoxid und SAIALON können bei der Herstellung des
ersten Teils 24 eingesetzt werden. Auch kann das erste
Teil 24 aus Hartmetall gefertigt werden.
Das zweite, halbkugelförmig gestaltete Teil 25 besteht
aus einem Eisenmetall, welches auch für die Herstellung
herkömmlicher Gleitschuhe (siehe Fig. 1) für Taumel
scheibenkompressoren verwendet wird. Das Eisenmetall
wird so ausgewählt, daß die sphärisch-konvexe Lager
fläche 27 leicht und genau durch (spanabhebende) Bear
beitung ausgebildet werden kann. Die andere Seite 28
des zweiten Teils 25, welche der sphärisch-konvexen
Lagerfläche 27 gegenüberliegt, ist als im wesentlichen
ebene Fläche ausgebildet, so daß sie mit der ebenen
Fläche 26 des ersten Teils 24 verbunden werden kann.
Das Eisenmaterial, welches für die Herstellung des
zweiten Teils 25 benutzt wird, kann vorzugsweise ein
Lagerstahl (japanischer Industriestandard SUJ-2; ASTM
52100; DIN 100 C-6) oder ein Kohlenstoffstahl zur
Verwendung im Maschinenbau (japanischer Industrie
standard S 15 C, S 45 C, S 55 C; AISI 1015, AISI 1045,
AISI 1055; DIN CK 15, DIN CK 45, DIN C 55) sein.
Bei der ersten Ausführungsform eines Gleitschuhs gemäß
Fig. 2 werden das erste und das zweite Teil miteinander
durch Verwendung eines wärmeaushärtbaren Klebstoffes
verbunden.
Da bei der ersten Ausführungsform eines Gleitschuhes ge
mäß der Erfindung das zweite Teil 25, welches in glei
tendem Eingriff mit dem Kolben des Kompressors steht,
aus dem oben erwähnten Eisenmetall gefertigt ist, welches
leicht bearbeitet werden kann, kann die Genauigkeit der
Abmessung der sphärischen Lagerfläche 27 für den Betrieb
im Kompressor hoch genug sein. Da ferner die Lagerfläche
27 des zweiten Teils 25 in der Buchse des Kolbens gleitet,
ist das Eisenmetall gegenüber einem Festfressen aus
reichend resistent. Dies liegt daran, daß die Gleitbe
dingungen zwischen dem zweiten Teil 25 und dem Kolben
weniger fest sind als diejenigen zwischen dem ersten
Teil 24 und der Taumelscheibe 5.
Da andererseits das erste Teil 24, welches die abge
flachte Kontaktfläche 23 besitzt, aus einem Keramik
material hoher Widerstandsfähigkeit gegenüber Fest
fressen ist, kann bei Laufbedingungen des Kompressors
unter hohem Kompressionsverhältnis das Auftreten des
Festfressens am Berührungsabschnitt des ersten Teils 24
und der Fläche der Taumelscheibe verhindert werden. Ob
wohl weiterhin Keramikmaterial als solches schwer zu be
arbeiten ist, kann doch die flache Seite 23, die aus
einer einfachen Ebene besteht oder eine schwach erhabene
Gestalt besitzt, ohne Schwierigkeit bearbeitet werden,
so daß die gewünschte Genauigkeit in der Bemessung der
Seite 23 erreicht werden kann. Im Ergebnis kann die
Maßgenauigkeit des Gleitschuhes 21 derjenigen der Kombi
nation des üblichen Schuhes mit dem Kugellager äquivalent
sein. Daneben kann die Widerstandsfähigkeit gegenüber
einem Festfressen bei Kompressorlauf mit hoher Kompres
sion derjenigen der Kombination eines herkömmlichen
Gleitschuhes mit Kugellager überlegen sein.
Die Fig. 3 zeigt eine zweite Ausführungsform eines
Gleitschuhes. Diese Ausführungsform unterscheidet sich
von der ersten Ausführungsform dadurch, daß die Fläche
26 des ersten Teils 24 mit einem zentralen Vorsprung 30
versehen ist, und die Fläche 28 des zweiten Teils 25
eine zentrale Aussparung 31 aufweist, die zu dem Vor
sprung 30 komplementär ist. Die beiden Teile 24 und 25
werden also durch Eingriff des Vorsprungs 30 in die Aus
sparung 31 miteinander verbunden. Die Gestalt des Vor
sprungs 30 und der Aussparung 31 kann zylindrisch oder
quadratisch sein. Die Anordnung kann auch in der Weise
modifiziert werden, daß das erste Teil 24 mit einer Aus
sparung und das zweite Teil 25 mit einem hierzu komple
mentären Vorsprung versehen wird, der in die Aussparung
des ersten Teils 24 eingreift. Weiterhin kann der Ein
griff des ersten Teils 24 in den zweiten Teil 25 unter
Zuhilfenahme eines Klebmittels verstärkt werden, falls
dies erforderlich erscheint.
In Fig. 4 ist eine dritte Ausführungsform eines Gleit
schuhes dargestellt. Dieser Gleitschuh 41 umfaßt ein
erstes Teil 44 in Gestalt einer runden Platte und ein
zweites Teil 45, welches das erste Teil 44 festhält.
Das erste Teil 44 weist eine abgeflachte Seite 43 auf,
die in Gleitkontakt mit der Taumelscheibe 5 des Kom
pressors steht. Das erste Teil 44 ist mit Preßsitz in
eine runde Aussparung 42 eingepaßt, die an der Seite
des zweiten Teils 45 ausgebildet ist, welche der
sphärisch-konvexen Lagerfläche 47 dieses Teils gegen
überliegt. Die abgeflachte Seite 43 des ersten Teils
44 kann, ähnlich wie die entsprechende Seite 23 am
ersten Teil 24 der ersten und zweiten Ausführungsform,
entweder im wesentlichen ebenflächig oder geringfügig
nach auswärts erhaben ausgebildet sein. Alternativ
ist es auch möglich, den Gleitschuh 41 der dritten Aus
führungsform so zu modifizieren, daß das zweite Teil 45
mit Preßsitz in das erste Teil 44 eingepaßt ist. Außer
dem kann man den Preßsitz zwischen dem ersten und zweiten
Teil 44, 45 mit Hilfe eines wärmeaushärtbaren Klebemittels
verstärken.
Obwohl bei den drei beschriebenen Ausführungsformen
das zweite Teil 25 oder 45 mit einer sphärisch-konvexen
Lagerfläche 27 bzw. 47 versehen ist, um die Notwendig
keit eines zwischen das zweite Teil des Schuhes und den
Kolben eingeschalteten Kugellagers zu vermeiden, ist
es auch möglich, den Aufbau der zweiten Teile 25 oder
45 so zu modifizieren, daß das Teil 25 oder 45 mit
einer sphärischen Buchse ausgebildet ist, welche ein
Kugellager aufnimmt. In diesem Falle wird das Kugel
lager zwischen das zweite Teil 25 oder 45 des Schuhes
und den Kolben in ähnlicher Weise eingeschaltet, wie es
in Fig. 1 für die Kombination aus einem herkömmlichen
Kugellager und einem Gleitschuh dargestellt ist.
Die Fig. 5 zeigt in einer graphischen Darstellung die
Veränderung des Axialmaßes eines Gleitschuhes A gemäß der
Erfindung und von Vergleichs oder Kontrollschuhen B und
C während einer vorgegebenen Zeitdauer bei einem Test
lauf des Taumelscheibenkompressors. Der erfindungsge
mäße Schuh A war mit einem ersten Teil aus Aluminium
oxidkeramik und einem zweiten Teil aus Kohlenstoff
stahl des zuvor erwähnten Typs JIS S 45 C versehen.
Der Schuh B bestand gänzlich aus dem gleichen keramischen
Material wie das erste Teil des Schuhes A und war aus
einem einzigen Stück ohne separates Teil ausgebildet.
Schließlich bestand der Vergleichsschuh C vollständig
aus Lagerstahl des zuvor erwähnten Typs JIS SUJ 2 und
war abgeschreckt. Auch dieser Schuh war einstückig aus
gebildet.
Vor Versuchsbeginn hatten die sphärisch-konvexen Lager
flächen der Schuhe A und C eine Oberflächenrauheit Rz
von 1,5 µ bzw. eine Rundheit von 3 µ. Dies heißt, daß
die Schuhe A und C relativ genau bearbeitet werden
konnten. Andererseits hatte die sphärisch-konvexe Lager
fläche des Gleitschuhes B aus Keramikmaterial eine Ober
flächenrauheit von 3,0 µ und eine Rundheit von 40 µ.
Dies bedeutet, daß das Maß des Schuhes B weniger genau
als das Maß der beiden anderen Schuhe A und C war, was
auf die Bearbeitungsschwierigkeit des betreffenden Mate
rials zurückzuführen ist. Nach dem Einsatz der drei Gleit
schuhe A, B und C während einer vorbestimmten Zeitdauer
wurde die Veränderung des Axialmaßes bei jedem Schuh ge
messen, wie in Fig. 5 dargestellt. Dabei betrug die
Veränderung des Axialmaßes der Gleitschuhe A und C etwa
10 µ, während die entsprechende Veränderung bei dem
Schuh 8 rund 50 µ betrug.
Aus dem Meßergebnis gemäß Fig. 5 wird verständlich, daß
die Veränderung des Axialmaßes bei dem Vergleichsschuh
B sehr groß ist. Somit ist der Gleitschuh B für den
Einsatz in einem Taumelscheibenkompressor ungeeignet.
Dies liegt daran, daß eine derart große Veränderung des
Axialmaßes des Gleitschuhs B zum Auftreten eines Spieles
zwischen dem Gleitschuh und dem anliegenden Kolben führt.
Es wird angenommen, daß die Ursache für die große Änderung
des Axialmaßes deshalb auftrat, weil die geringe Genauig
keit in der Rundheit des Gleitschuhes B zum Auftreten
eines abnormalen, lokalen Abriebs in dem Berührungsab
schnitt von Gleitschuh B und Kolben führte, weil an
diesen Stellen ein unebener Kontakt vorlag. Es wird
ferner angenommen, daß die Ursache für die mangelnde
Maßhaltigkeit auch auf die große Rauheit der Lagerfläche
des Gleitschuhes B zurückgeht.
Obwohl der Schuh A gemäß der Erfindung mit einem ersten
Teil aus Keramikmaterial versehen ist, kann dennoch die
Bearbeitung der abgeflachten Fläche relativ einfach und
genau ausgeführt werden. Als Ergebnis hiervon trat eine
unebene Kontaktierung zwischen dem ersten Teil des
Gleitschuhes A und der Taumelscheibe nicht auf. Infolge
dessen wurde auch kein lokaler Abrieb am ersten Teil
des Gleitschuhes A beobachtet. Infolgedessen war die
Veränderung des Axialmaßes am Gleitschuh A gering. In
folgedessen kann der Gleitschuh A wirksam in einem
Taumelscheibenkompressor eingesetzt werden.
Da der Vergleichsschuh C aus Eisenmetall bestand, wel
ches sich leicht und genau bearbeiten läßt, war auch
dort die Änderung des Axialmaßes gering.
Die Fig. 6A und 6B zeigen das Meßergebnis betreffend
die Widerstandsfähigkeit der oben erwähnten Gleit
schuhe A und C, deren Änderung in der Axialabmessung
klein war, gegenüber einem Festfressen.
Die graphische Darstellung gemäß Fig. 6A zeigt das
Ergebnis eines Versuches, bei dem die Gleitschuhe A
und C anfänglich mit einem Tropfen von Schmieröl ver
sehen und auf einer Taumelscheibe aus Aluminiumlegierung
mit einer Relativgeschwindigkeit von 5 m/sec unter einer
Belastung von 12 kg gleitend verschoben wurden. Dabei
wurde kein zusätzliches Schmieröl zugeführt, und es
wurden die Zeitintervalle bis zum Auftreten eines Fest
fressens zwischen jedem der Schuhe A und C und der
Taumelscheibe gemessen. Aus der Darstellung gemäß Fig. 6A
geht hervor, daß der Schuh A eine ausgezeichnete Wider
standsfähigkeit gegenüber Festfressen im Vergleich mit
dem Schuh C hat.
Die graphische Darstellung der Fig. 6B zeigt das Ergebnis
eines Versuches, bei dem die Schuhe A und C auf einer
Taumelscheibe unter konstanten Schmierverhältnissen bei
einer Anfangsbelastung von 40 kg gleitend verschoben
wurden, während die Belastung nach jedem vorbestimmten
Zeitintervall um 40 kg erhöht wurde. Anschließend wurde
die endgültige Belastung, bei welcher ein Festfressen
zwischen jedem der Schuhe A und C und der Taumelscheibe
auftrat, gemessen. Die relative Gleitgeschwindigkeit der
Schuhe A und C mit Bezug auf die Taumelscheibe betrug
15 m/sec. Aus der Darstellung gemäß Fig. 6B geht hervor,
daß die Dauerhaftigkeit und Festigkeit gegenüber Be
lastung beim Schuh A sehr viel größer als diejenige bei
dem Schuh C ist. Somit ergibt sich aus den Ergebnissen
der Fig. 6A und 6B, daß der Schuh A gemäß der Erfindung
eine ausgezeichnete Widerstandsfähigkeit gegenüber
einem Festfressen hat, wenn er in einem Taumelscheiben
kompressor eingesetzt wird.
Die Fig. 7 ist die graphische Darstellung von Versuchs
ergebnissen, wobei der erfindungsgemäße Gleitschuh A
auf einer Taumelscheibe unter den gleichen Versuchsbe
dingungen wie bei dem Versuch gemäß Fig. 6B verschoben
wurde. Die Belastung zur Verursachung eines Festfressens
wurde gemessen, und zwar zusammen mit einer Veränderung
im Leerstellen-Besetzungsverhältnis der abgeflachten
Fläche des ersten Teils des Gleitschuhes A, d.h., einer
Veränderung im Verhältnis der Leer- oder Hohlstellen,
welche eine Einheitsfläche der abgeflachten Seite des
Gleitschuhes A, gefertigt aus verschiedenen Arten von
Keramikmaterialien, einnehmen. Aus der Darstellung der
Fig. 7 geht hervor, daß das Leerstellen-Besetzungs
verhältnis kleiner als 10% sein sollte, und daß dann,
wenn das Leerstellen-Besetzungsverhältnis kleiner als
4% ist, der Gleitschuh A einer großen Belastung wider
stehen kann, ohne daß ein Festfressen verursacht wird.
Ferner ergibt sich aus den Fig. 6B und 7, daß dann,
wenn das Leerstellen-Besetzungsverhältnis kleiner als
4% ist, der Schuh A im Vergleich mit dem Schuh C eine
große Resistenz gegenüber Festfressen hat.
Ferner ergibt sich aus dem Versuchsergebnis der Fig. 7,
daß die im Zusammenhang mit Fig. 6A und 6B ausgeführten
Versuche eine Fallgestaltung waren, bei welcher der ver
wendete Gleitschuh A ein Leerstellen-Verhältnis von
näherungsweise 3% aufwies.
Die Fig. 8 zeigt als vierte Ausführungsform einen
Gleitschuh 51, dessen äußere Konfiguration im wesent
lichen gleich derjenigen des Schuhes 41 der zuvor be
schriebenen, dritten Ausführungsform ist. Jedoch unter
scheidet sich der Gleitschuh 51 der vierten Ausführungs
form vom Gleitschuh der dritten Ausführungsform dadurch,
daß die Preß- oder Paßsitzkonstruktion eines ersten
Teils 54 aus keramischem Material oder Hartmetall und
eines zweiten Teils 55 aus Eisenmetall so verbessert
ist, daß die Mitte einer Fläche 56 des ersten Teils 54
gegenüber der abgeflachten Berührungsfläche 53 dieses
ersten Teils 54 fest gegen die Mitte einer Fläche 59
des zweiten Teils abgestützt ist, wobei die Fläche 59
der kugelig-konvexen Lagerfläche 57 dieses zweiten
Teils 55 gegenüberliegt. Die Fläche 56 des ersten
Teils 54 ist als erhabene Fläche ausgebildet und hat
ihren höchsten Punkt in ihrer Mitte.
Auf der anderen Seite ist die Fläche 59 des zweiten
Teils 55, nämlich die Bodenfläche einer runden Aus
sparung 58 des zweiten Teils 55 als konkav gekrümmte
Fläche ausgebildet, wobei der tiefste Punkt in der
Mitte dieser Fläche liegt. Ferner ist, wie aus Fig. 8
ersichtlich, die Krümmung der Bodenfläche 59 des
zweiten Teils 55 größer als diejenige der erhabenen
oder mittig erhöhten Fläche 56 des ersten Teils 54,
so daß dann, wenn das erste Teil 54 mit Preßsitz in
die runde Aussparung 58 des zweiten Teils 55 eingepaßt
ist, am Umfang des Bodens der runden Aussparung 58 des
zweiten Teils 55 ein Freiraum 60 verbleibt. Der Frei
raum 60 trägt zur Erzielung der festen Abstützung
des mittleren, höchsten Punktes der Fläche 56 an dem
mittleren, niedersten Punkt der gekrümmten Fläche 59
während des Zusammenbaus des ersten und des zweiten
Teils 54 bzw. 55 durch Preßsitz bei. Dies liegt daran,
daß während der Herstellung des Preßsitzes der beiden
Teile 54, 55 Metallspäne, die von der Wand oder der
Kante der runden Aussparung 58 des zweiten Teils 55
abgeschabt werden, Platz finden, sich abzusetzen, wo
durch eine Neigung des ersten Teils 54 in der runden
Aussparung 58 des zweiten Teils 55 verhindert wird.
Wenn die beiden Teile 54, 55 an ihren Zentren fest
aneinander anliegen, ist gewährleistet, daß die ab
geflachte Fläche 53 des ersten Teils 54 in der Lage
ist, an ihrem Mittelpunkt während des Gleitens auf
der Fläche der Taumelscheibe 5 eine Last anzunehmen,
und zwar unter Anwendung einer hohen Kompression auf
den Gleitschuh 51 durch die Taumelscheibe und den
(nicht dargestellten) Kolben. Als Ergebnis hiervon
erstreckt sich die Druckverteilung in der abgeflach
ten Fläche 53 des ersten Teils 54 des Gleitschuhes 51
stabil um die Mitte der Fläche 56 des ersten Teils 54
herum. Infolgedessen wird am Umfang der abgeflachten
Fläche 53 des ersten Teils 54 während des Gleitens
des Schuhes 51 auf der Fläche der Taumelscheibe 5 ein
sehr kleiner, keilförmiger Zwischenraum ausgebildet.
Die Bildung eines solchen keilförmigen Zwischenraums
erweist sich als wirksam für die Einführung von
Schmieröl in diesen Raum. Infolgedessen ist die
Widerstandsfähigkeit gegenüber einem Festfressen des
ersten, aus Keramikmaterial gefertigten Teils 54
verbessert.
Wenn die beiden Teile 54 und 55 durch Preßsitz mitein
ander verbunden werden, wird ein Übermaß zwischen 20
bis 200 µ und eine Preßsitz-Kraft zwischen 500 und
2000 kg angewandt.
Ferner kann die Preßsitz-Konstruktion des ersten und
zweiten Teiles 54 und 55 so modifiziert werden, daß
die Fläche 56 des ersten Teils 54 als eine konkav ge
krümmte Fläche und die Fläche 59 des zweiten Teils 59
als eine nach außen erhabene Fläche ausgebildet werden.
Natürlich muß der innere Zwischenraum 60 dadurch belassen
werden, daß man die Krümmung der konkav gekrümmten
Fläche 56 größer macht als diejenige der erhöhten Fläche
59. Bei einer anderen Abwandlung kann die erhöhte Fläche
56 des ersten Teils 54 gemäß Fig. 8 auch als konische
Fläche mit einem runden Abschnitt an seiner Mitte aus
gebildet werden. Bei einer weiteren Abwandlung kann die
konkav gekrümmte Fläche 59 des zweiten Teils 55 gemäß
Fig. 8 auch eine ebene Fläche oder eine nach außen er
höhte Fläche sein.
Die Fig. 9 zeigt eine graphische Darstellung von Ver
suchsergebnissen betreffend die Festigkeit eines Gleit
schuhes A gemäß der vierten Ausführungsform gegenüber
einem Festfressen im Vergleich mit Gleitschuhen B und C.
Der Versuch wurde so ausgeführt, daß die Schuhe A, B
und C auf einer Taumelscheibe 5 aus Aluminiumlegierung,
bestehend aus 14 bis 18 Gewichtsprozent Silizium, 2,5
bis 5 Gewichtsprozent Kupfer, Rest Aluminium, unter
einer Anfangslast von 40 kg und einer Relativgeschwin
digkeit von 15 m/sec gleitverschoben wurden. Schmieröl
aus einem Kühlöl und einem Leichtöl im Mischungsver
hältnis von 1 : 9 wurde mit Druck auf den Gleitabschnitt
aufgebracht. Die Belastung wurde in vorbestimmten Zeit
intervallen um jeweils 20 kg erhöht. Anschließend wurde
die endgültige Belastung, die zu einem Festfressen
zwischen den Schuhen A, B, C und der Taumelscheibe führte,
gemessen. Das Meßergebnis ist in Fig. 9 dargestellt. Der
Gleitschuh B, der zum Vergleich diente, war so ausgebil
det, daß er einen Spalt von 0,4 mm zwischen den ersten
und zweiten Teilen aufwies, und zwar aufgrund einer un
vollständigen Preßsitz-Konstruktion. Bei dem Vergleichs
Schuh C handelt es sich um einen üblichen Schuh mit ab
geflachter Berührungsfläche und einer sphärischen Lager
fläche, die einstückig aus Lagerstahl JIS SUJ 2 gebil
det und abgeschreckt waren. Das erste Teil 54 des
Schuhes A der vierten Ausführungsform gemäß der Erfin
dung wird aus Aluminiumoxidkeramik und das zweite
Teil 55 des Schuhes A aus Kohlenstoffstahl JIS S 45 C
hergestellt.
Aus dem in Fig. 9 dargestellten Versuchsergebnis ist
leicht ersichtlich, daß der Gleitschuh A eine ausge
zeichnete Widerstandsfähigkeit gegenüber Festfressen
im Vergleich mit den beiden anderen Gleitschuhen B und
C besitzt.
Die Fig. 10 zeigt die graphische Darstellung des Er
gebnisses aus dem gleichen Versuch wie in Fig. 7, je
doch ausgeführt mit dem oben erwähnten Gleitschuh A
unter den gleichen Versuchsbedingungen wie im Zusammen
hang mit dem Versuch gemäß Fig. 9 erläutert. Aus der
Darstellung der Fig. 10 ergibt sich wiederum, daß das
Leerstellen-Besetzungsverhältnis der flachen Kontakt
fläche 53 des ersten Teils 54 des Schuhs 51, herge
stellt aus Keramikmaterial, weniger als 10% und vor
zugsweise weniger als 4% sein soll.
Aus der voranstehenden Beschreibung bevorzugter Aus
führungsformen von Gleitschuhen ergibt sich, daß ein
Gleitschuh gemäß der Erfindung gegenüber einem Fest
fressen eine ausgezeichnete Widerstandsfähigkeit be
sitzt, so daß er dazu benutzt werden kann, Antriebs
kräfte von einer Taumelscheibe eines Taumelscheiben
kompressors auf den hin- und hergehenden Kolben
selbst dann zu übertragen, wenn der Kompressor unter
Betriebsbedingungen einer hohen Kompressibilität be
trieben wird.
Claims (14)
1. Gleitschuh für einen Taumelscheibenkompressor zur
Übertragung einer Axialkraft von einer umlaufenden,
an einer Antriebswelle befestigten Taumelscheibe
auf einen Kompressorkolben, der einem Kühlmittel
in einer Zylinderbohrung des Kompressors eine
wechselseitige Kompressionswirkung erteilt,
gekennzeichnet durch folgende Merkmale:
ein erstes, aus einem gegenüber Festfressen widerstands fähigen Material gefertigtes Teil (24) mit einer ersten, abgeflachten Berührungsfläche (23), welche mit der um laufenden Taumelscheibe (5) in Gleitkontakt ist, und mit einer zweiten, der ersten gegenüberliegenden Fläche (26);
ein zweites Teil (25), gefertigt aus einem Material, welches gegenüber einem Festfressen weniger wider standsfähig, jedoch leichter bearbeitbar ist als das Material, aus dem das erste Teil (24) besteht, und mit einer ersten, sphärischen, gleitend am Kolben (3) anliegenden Fläche (27) sowie mit einer zweiten, dieser Fläche (27) gegenüberliegenden Fläche (28); und
Mittel (30, 31) zur Verbindung des ersten Teils (24) mit dem zweiten Teil (25) zu einer Baueinheit.
ein erstes, aus einem gegenüber Festfressen widerstands fähigen Material gefertigtes Teil (24) mit einer ersten, abgeflachten Berührungsfläche (23), welche mit der um laufenden Taumelscheibe (5) in Gleitkontakt ist, und mit einer zweiten, der ersten gegenüberliegenden Fläche (26);
ein zweites Teil (25), gefertigt aus einem Material, welches gegenüber einem Festfressen weniger wider standsfähig, jedoch leichter bearbeitbar ist als das Material, aus dem das erste Teil (24) besteht, und mit einer ersten, sphärischen, gleitend am Kolben (3) anliegenden Fläche (27) sowie mit einer zweiten, dieser Fläche (27) gegenüberliegenden Fläche (28); und
Mittel (30, 31) zur Verbindung des ersten Teils (24) mit dem zweiten Teil (25) zu einer Baueinheit.
2. Gleitschuh nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß das gegenüber einem Festfressen widerstands
fähige Material des ersten Teils (24) ein kera
misches Material und das das zweite Teil (25) bil
dende Material ein Eisenmetall umfaßt.
3. Gleitschuh nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,
daß das keramische Material ein Leerstellen-Beset
zungsverhältnis kleiner als vier Prozent hat.
4. Gleitschuh nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekenn
zeichnet, daß das keramische Material Oxidkeramik,
Karbidkeramik oder Nitridkeramik ist.
5. Gleitschuh nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß das gegenüber einem Festfressen widerstandsfähige
Material des ersten Teils (24) ein Hartmetall und
das das zweite Teil (25) bildende Material ein Eisen
material ist.
6. Gleitschuh nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch
gekennzeichnet, daß das Eisenmetall des zweiten Teils
(25) Lagerstahl oder im Maschinenbau üblicher Kohlen
stoffstahl ist.
7. Gleitschuh nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch
gekennzeichnet, daß das erste Teil (24) als im
wesentlichen rundes Plattenteil ausgebildet ist.
8. Gleitschuh nach einem der voranstehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zur Verbin
dung des ersten mit dem zweiten Teil (24, 25) einen
wärmeaushärtbaren Klebstoff umfassen, der zwischen
das erste und zweite Teil eingebracht ist.
9. Gleitschuh nach einem der voranstehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zur Verbin
dung des ersten mit dem zweiten Teil einen mecha
nischen Paßsitz umfassen, der von einem Vorsprung
(30) an einer der zweiten Flächen (26, 28) des
ersten und zweiten Teils (24, 25) und einer hierzu
komplementären Aussparung an der jeweils anderen
der beiden zweiten Flächen des ersten und zweiten
Teils gebildet ist.
10. Gleitschuh nach einem der voranstehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zur Verbindung
des ersten und zweiten Teiles (24, 25) einen zwischen
diesen Teilen vorliegenden Preß-Paßsitz umfassen.
11. Gleitschuh nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet,
daß das erste Teil (24) als rundes Plattenteil mit
der ersten, abgeflachten Berührungsfläche und der
zweiten, dieser Berührungsfläche gegenüberliegenden
Fläche (26) ausgebildet ist, und dieses runde Platten
teil mit Preßsitz in eine runde Aussparung einge
paßt ist, die an der zweiten Fläche (28) des zweiten
Teils (25) ausgebildet ist.
12. Gleitschuh nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet,
daß die zweite Fläche (56) des ersten Teils (54) als
erhabene Fläche mit einem höchsten Punkt in ihrer
Mitte ausgebildet ist, und daß die runde Aussparung
(58) des zweiten Teils (55) eine konkav gekrümmte
Bodenfläche mit einem niedrigsten Punkt an ihrer
Mitte aufweist, wobei der höchste Punkt der zweiten
Fläche (56) des ersten Teils (54) gegen den nied
rigsten Punkt der Bodenfläche (59) der runden Aus
sparung des zweiten Teils (55) abgestützt ist.
13. Gleitschuh nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet,
daß die erhabene Fläche (56) des ersten Teils (54)
eine kleinere Krümmung als die konkav gekrümmte
Fläche (59) des zweiten Teils (55) aufweist, so daß
in der runden Aussparung (58) des zweiten Teils (55)
ein Freiraum verbleibt, in den das erste Teil (54)
mit Preßsitz eingepaßt ist.
14. Gleitschuh nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet,
daß der Preßsitz des ersten runden Teils (54) in der
runden Aussparung (58) des zweiten Teils (55) mit
einem Übermaß von 20 bis 200 µm und einer Preßkraft
von 500 bis 2000 kg ausgeführt ist.
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