DD249310A5

DD249310A5 - Rollkolbenverdichter

Info

Publication number: DD249310A5
Application number: DD86293797A
Authority: DD
Inventors: Hans-Peter Schabert
Original assignee: ��@��@��k��
Priority date: 1985-08-26
Filing date: 1986-08-22
Publication date: 1987-09-02
Also published as: EP0212570A2; US4743182A; ZA866417B; ATE53636T1; DE3671942D1; DE3530436A1; KR870002379A; EP0212570B1; JPS6251786A; EP0212570A3; BR8604041A

Abstract

Bei einem Rollkolbenverdichter ist ein Kolben (3), der in einem Zylinder (2) mit einer groesseren Exzentrizitaet als der Differenz der Durchmesser von Zylinder (2) und Kolben (3) angeordnet ist, mit einer rotationssymmetrischen duennwandigen Schale (9) aus dauerelastischem Material abgestuetzt, deren eines Ende (11) mit dem Kolben (3) verbunden und deren anderes Ende (24) mit einem aussen kreisrunden Koerper (25) gehalten ist, an dem eine Antriebswelle (31) angreift. Fig. 3

Description

. . ' - -2 49 31 O

- A"

Rollkolbenverdichter

Anwendungsgebiet der Erfindung ; -

Die Erfindung betrifft einen Rollkolbenverdichter mit einem Zylinder, in dem ein dünnwandiger, radial federnder Kolben mit Kreisquerschnitt mit einer radialen Abstützung von einer Antriebswelle exzentrisch bewegt wird» wobei die Exzentrizität größer als die halbe Differenz der Durchmesser des Zylinders und des Kolbens -ist.«

Charakteristik des bekannten Standes der Technik

Bei dem aus der DE-OS 3 343 908 bekannten Rollkolbenverdichter der obengenannten Art wird die zylindrische Kolbenwand von mehreren, an ihrem Umfang verteilten Rollen relativ kleinen Durchmessers geführt. Diese Konstruktion ist fertigungstechnisch aufwendig»

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist es, die Gebrauchswerteigenschaften von Rollkolbenverdichtern auf kostengünstige Weise zu erhöhen,

Darlegung des Wesens der Erfindung

Aufgabe der Erfindung ist es,, einen Rollkolbenverdichter zu schaffen, der eine weniger auf wendige,.. darüber hinaus auch möglichst verschleißfreie,, Abstützung aufweist, die

H2.87- 410517

249 31 O.

radiale Verformungen, sogenannte Ovalisierungen des Kolbens ermöglicht» um durch die dabei entstehende Anpreßkraft eine große innere Dichtigkeit zwischen Zylinder und Kolben zu erhalten«

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe derart gelöst» daß die Abstützung eine rotationssymmetrische, dünnwandige Schale aus dauerelastischem Material/ insbesondere nichtrostendem Stahl, umfaßt, deren eines Ende mit dem Kolben verbunden ist und deren anderes Ende mit einem außen kreisrunden Körper gehalten ist, an dem die Antriebswelle angreift.

Mit der Erfindung entsteht eine in radialer Richtung giebige Halterung, sogenannte elastische Bettung, die trotz ihrer lokalen Nachgiebigkeit insgesamt eine große. Kraftübertragung ermöglicht» Gegenüber dem Bekannten kann die Zahl der notwendigen Wälzlager ganz wesentlich verringert werden. Zusätzlich ergibt sich der Vorteil einer gleichmäßigen Verteilung der Radialkraftübertragung von der Druckschale auf den Rollkolben,

Der außen kreisrunde Körper, der die für die Anpreßkraft gewünschte "Normalform" der Schale gewährleistet, kann ein radial nach innen verlaufender Bund der Schale sein, so daß ein einstückiger Bauteil vorliegt. Man kann aber auch mehrere, fertigungstechnisch günstige Teile miteinander verbindend

Die Schale ist vorteilhaft ein hohler gerader Zylinder oder ein Konus mit einem 'Öffnungswinkel von weniger als 20°,

weil solche Formen einfach herzustellen sind. Darüber hinaus sind aber auch andere Formen denkbar, die,besonderen Ansprüchen genügen« Zum Beispiel kann die Schale auch einen U-förmigen Querschnitt aufweisen, um eine biegemomentfreie Übertragung der Querkraft auf ein~ Wälzlager zu ermöglichen, -

Die Schale kann mit dem Kolben durch einen Ring mit Schmiereigenschaft verbunden sein. Damit wird ein Abstand zwischen Kolben und Schale eingestellt, der eine in weiten Bereichen unabhängige Verformung zuläßt* Gleichzeitig verringert die Schmiereigenschaft des Ringes den Verschleiß an der Stelle der Kraftübertragung von der Schale auf den Kolben. Als Ring mit Schmiereigenschaften kann ein Kunststoff ring, ein Ring aus Kohle oder Graphit oder auch ein Sintermetallring eingesetzt werden»

Der Ring kann über das freie Ende der Schale hinausragen, so daß er als Dichtkante an der Stirnwand des Zylinders entlang läuft. Dabei kann der Kolben und/oder die Schale an ihrem freien Ende mit einer Vertiefung und/oder einer Erhöhung versehen sein, an der der Ring befestigt ist. Man kann den Ring auch vorteilhaft aus zwei federnd gegeneinander beweglichen Teilen zusammensetzen, um eine gewisse Anpreßkraft zu erreichen, mit der der in axialer Richtung äußere'Teil als Kolbenring an der Stirnwand des Zylinders anliegt« .

Eine besonders vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung besteht darin, daß zwei Schalen mit entgegengesetzt gerich-

teten freien Enden durch einen gemeinsamen Haltekörper"zusammengefaßt sind. Sie hat den Vorteil einer symmetrischen Krafteinleitung, mit der unerwünschten Biegemomente vermieden werden können» Die freien Enden sollen dabei bei etwa ein und vier Fünftel der axialen Länge des Kolbens liegen.

Zwischen dem Bund und der Antriebswelle kann eine Exzenterbuchse verdrehbar angeordnet sein* Damit kann die Exzentrizität genau justiert werden, so daß die Fertigungstoleranzen grob sein können* Es ist ferner möglich, damit Verschleiß auszugleichen, der bei längerem Betrieb auftreten könnte· ...

Die Schale kann vorteilhaft Ausnehmungen aufweisen* die eine Kühlluftströmung zur Kolbeninnenseite ermöglichen. Vorzugsweise sind die Ausnehmungen rund, insbesondere kreisrund, Ihre lichte. Weite sollte höchstens ein Zehntel des Durchmessers der Schale betragen, um die gewünschte gleichmäßige Elastizität nicht zu beeinträchtigen*

Vorteilhaft ist es,, wenn der außenkreisrunde Körper ein •Radkörper mit einer Verschleißschutzschicht am Außenumfang ist« ·

Ebenso vorteilhaft ist es, wenn die Schale im Bereich des kreisrunden Körpers verstärkt ist,

Ausführungsbeispiel

Die erfindungsgemäße Lösung soll nachfolgend in mehreren Ausführungsbeispielen anhand der zugehörigen Zeichnungen

2 49 31

näher erläutert werden· .

Es zeigen: - .. . "

Fig. 1: einen Schnitt durch einen Rollkolbenverdichter in Tandembauweise längs der Antriebswelle^

Fig. 2: einen Querschnitt zur Fig·, Ii

Fig« 3: eine geänderte Ausführungsforro in einem Teil- ^ schnitt längs der Antriebswelle;

Fig· 4: eine weitere Ausführungsform in einem Teilschnitt längs der Antriebswelle;

Fig* 5: eine Einzelheit der Steuerung des Rollkolbenverdichters und -

Fig* 6: einen Einschub für die Steuerung des Rollkolbenverdichters nach der Erfindung.

Der Rollkolbenverdichter nach Fig, 1 ist zur Aufladung von Kfz-Motoren, insbesondere von Dieselmotoren vorgesehen« Er besitzt ein -Aluminiumgehäuse 1, das den Zylinder 2 für einen Rollkolben', den Kolben 3, mit zwei gegeneinander versetzten Kolbenteilen 4 und 5 bildet. Die Kolbenteile 4 und 5 sind gleich ausgebildet« Der Zylinder 2 hat. einen Innendurchmesser von 166 mm»

Deder Kolbenteil 4; 5 umfaßt- ein zylindrisches Rohr 8 aus kaltverfestigtem nichtrostendem Stahl mit einer Wandstärke von 1,2 mm und einem Durchmesser von 145 mm« Innerhalb des

2« j», ft J 49 ο ι

Rohres 8 sitzt als Abstützung in Form einer rotationssymraetrischen dünnwandigen Schale 9 ein ebenfalls zylindrisches Rohrstück 10 mit einer Wanddicke von 0,3 mm aus dem- gleichen Material. Das Rohrstück 10 hat einen um den Abstand A kleineren Durchmesser als das Rohr 8, Der Abstand A beträgt zum Beispiel 2 mm» Er wird durch zweiteilige symmetrische Kunststoffringe, die Ringe 12 und 13, eingestellt, die an den freien Enden 11 der Schale 9 sitzen* Die freien Enden 11, die die Stützkraft auf die Kolbenteile 4; 5 übertragen, liegen symmetrisch zu diesen bei etwa 20 und 80 % von deren Länge L₁*

Die Ringe 12j 13 bestehen aus faserverstärktem Kunststoff und haben den aus der Fig. 1 ersichtlichen Querschnitt, Er bildet ein Distanzstück., das Teil 15, das unmittelbar zwischen, der Schale 9 und dem Rohr 8 liegt, und einen geschlitzten Bereich 16, in dessen Schlitz 17 eine metallische Federklammer 18 eingesetzt ist» Mit der Federklammer 18 ist eine über das Rohr 8 hinausgreifende Verlängerung,, das Teil 19, unter axialen Federdruck gesetzt, die als Kolbenring mit einer Dichtfläche 20 an der Stirnwand 21 des Zylinders 2 anliegt. Dort ist die Aluminium-Stirnwand 21a des Aluminiumgehäuses 1 mit verschleißbeständigen Stahlringen 22 gepanzert. . " ' -

In der Mitte des Rohrstückes 10, die hier das den freien Enden 11 abgekehrte Ende 24 der Schale 9 bildet, ist ein außen kreisrunder Radkörper, der Körper 25, eingesetzt, der z. B*- aus Aluminium besteht« Der Radkörper kann mit der Schale 9 verklebt sein, um eine in axiale Richtung feste

Verbindung zu erhalten, Er kann aber auch einfach auf der · Innenseite der Schale 9 ohne Spiel oder mit geringem Spiel gleitend anliegen» Der Radkörper kann am Außenumfang mit einer harten oder weichen Verschleißschutzschicht 25a versehen sein, oder aber einen ringförmigen verschleißbeständigen Zwischenring aus beschichtetem Stahl oder aus faserverstärktem Kunststoff aufweisen. Die Schale 9 kann an der Kraftübertragungsstelle auch örtlich verstärkt sein auf zum Beispiel 2 mm Wanddicke« " .... .

In einer Ausnehmung 28 des Radkörpers, dös Körpers 25, ist ein gekapseltes Kugellager 26 mit einem Sprengring 27 befestigt» Das Kugellager 26' sitzt auf einem gekröpften Wellenteil 30, einer Antriebswelle 31 aus Stahl,, die außerhalb des Aluminiumgehäuses 1 eine keilriemenscheibe 32 trägt* Die Antriebswelle 31 umfaßt ein zentrales geradliniges Wellen-"· stück 34, das den gekröpften Wellenteil 30 mit einem symmetrisch dazu liegenden und entgegengesetzt, d» Pu um 180° versetzt gekröpften, sonst aber gleich ausgebildeten Wellenteil 35 verbindet. Die Exzentrizität beträgt 10 mm» Auf diesem VVellenteil 35 sitzt ein dem Körper 25 gleicher Radkörper, der eine weitere Schale 9 in Form eines Rohrstückes 10 zur Abstützung für den Kolbenteil 5 trägt, wie nicht weiter dargestellt ist.

Die Fig. 1 zeigt, daß die Antriebswelle 31 an ihren beiden Enden mit Kugellagern 38 in den Stirnwänden 21 des Aluminiumgehäuses 1 gelagert ist. Unmittelbar benachbart zu den Kugellagern 38 sind zwei Ausgleichsgewichte 39 und 40 auf der Antriebswelle 31 befestigt, mit denen die durch die unter-

'49

schiedlichen Querkräfte entstehenden Massenmomente an der Antriebswelle 31 ausgeglichen werden. Die Ausgleichsgewichte' 39j 40 haben abgeschrägte Stirnseiten, um eine Propeller-.wirkung zu erzeugen, mit der eine Kühlluftströmung in Richtung der Pfeile 41 durch den Zylinder 2 und das Innere der Kolbenteile 4; 5 geführt wird* Durch Ausnehmungen in den Schalen 9 kann diese Kühlluftströmung direkt an die Innenseite des Kolbens geführt werden, so daß:.die Verdichtungswärme nach innen ebenso wie nach außen abgeführt wird und auf diese Weise eine Annäherung der Verdichtungs-Polytrope an eine Isotherme bewirkt wird. Dies spart erheblich an mechanischer Antriebsleistung für den Verdichter.

Zwischen den beiden .Kolbenteilen 4 und 5 ist eine Trennwand 42 in den Zylinder 2 eingefügt» Die Trennwand 42 besteht aus Stahl. Sie hat an ihrem Umfang eine Nut 43 mit parallelflankigen Wänden, in die ein Sprengring 44 eingesetzt ist. Der Sprengring 44 greift in eine Nut 45 in der Wand des Zylinders 2, Dies hat den Vorteil, daß der Zylinder 2 vor dem Einsetzen der Trennwand 42 in einem Arbeitsgang für die beiden, den Kolbenteilen 4 und 5 zugeordneten Hälften bearbeitet werden kann. Der Sprengring 44 ist mit einem Flachkantstab 46 gesichert, der von einer Seite her unter der Wirkung einer Feder 47 in eine Ausnehmung· gedruckt Wird.

In Fig. 2 ist zu sehen, daß der Radkörper, der Körper 25, mit Ausnehmungen 50 versehen ist, die die Kühlmittelströmung ermöglichen sowie eine Gewichtsersparnis bedeuten und zugleich die beim Anfahren in Bewegung zu setzenden Massen verringert. Ferner zeigt die Fig* 2 einen Trennschieber 52, der in dem Aluminiumgehäuse 1 geführt ist und den an einen Ansaugstutzen 53 angeschlossenen Saugraum 54 von dem Druckraum 55 trennt, der über eine Gruppe von Zungenventilen 56

. V ' ' - . _ 249 31 O \_r

mit dem Druckstutzen 57 des Rollkolbenverdichters verbunden ist. Kühlrippen la verbessern die Wärmeabfuhr aus dem Aluminiumgehäuse 1 vor allem im Bereich des Druckraumes

Um den Verschleiß des aus Kunststoff bestehenden Trennschiebers 52 gegen das Aluminiumgehäuse 1 zu mindern, kann eine stählerne Leiste 52a eingesetzt werden, die in der Länge über das ganze Aluminiumgehäuse 1 durchläuft* Den Verschleiß des Trennschiebers 52 an den Kolbenteilen 4; 5. wiederum kann ein drehbeweglich aufgesteckter Gleitschuh 52b mindern helfen» . .

Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 sind· zwei Schalen 9* mit entgegengesetzt gerichteten freien Enden 11* zu einem symmetrischen Bauteil 58 zusammengefaßt» der mit einem radial nach innen verlaufenden Bund 25' in einem Stück hergestellt ist> zum Beispiel als Drehteil. Hierbei ist das Kugellager 26' mit einer Exzenterbüchse 60 auf der Antriebswelle 31' befestigt, die mit einem Flansch 61 verstellt werden kann» Die Exzenterbüchse 60 gestattet mit einer zusätzlichen Exzentrizität von + 1 mm eine genaue Einstellung der Abstützung des Kolbens 3, mit der auch ein denkbarer Verschleiß ausgeglichen werden kann. Hit der Exzenterbüchse 60 steht ein Gegengewicht 40' in Verbindung, das mit einer Mutter 64 festgeklemmt werden kann. Die Antriebswelle 31' hat hier einen linsenförmigen Querschnitt 65» Zwischenringe 15' aus Kunststoff sind in eine.von innen her eingedrehte 0,4 mm tiefe Nut, die Vertiefung 8a, des Rohres 8 eingeschnappt. Sie werden dort durch die Schalen

3! O

9' eingekamraert, so daß sie axial festgelegt sind.

Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig,- 4 hat der Schalenkörper 9" einen U-förmigen Querschnitt. Deshalb liegt das mit einem Ring 12* versehene freie Ende 11" des Schalenkörpers 9" in derselben Radialebene wie das zu einem Bund verdickte andere Ende 67» das mit einem Doppelkugellager auf der Antriebswelle 31" befestigt ist.

Die Fig» 5 zeigt, daß'zwei Trennschieberteile 52A und 52B eines Rollkolbenverdichters mit Tandemanordnung über eine in sich federnde Wippe 70 gesteuert werden können, die zentrisch in einem Wippenlager 71 gelagert ist und auf Hocker ~72~unct~73 der beiden Trennschieberteile 52A, 52B wirkt. Die Wippe 70 kann zusätzlich unter der Wirkung einer Feder stehen» Man kann ferner eine Dustiereinrichtung 74 in Form einer Nachstellschraube vorsehen, mit der das Wippelager 7lj das an einem einarmigen Hebel 75 vorgesehen ist, in Richtung auf die Trennschieberteile 52A und 52B verstellt werden kann.

In Fig, 6 ist dargestellt, daß in.dem aus Aluminium bestehenden Alumxniumgehäuse 1 des Rollkolbenverdichters ein aus nichtrostendem Stahl bestehender Einschub 30 vorgesehen ist. Der Einschub 30 bildet einmal die Führung für den Trennschieber 52 mit einer Nut 81* Ferner ist mit einer weiteren Nut 82 ein Ansaugkanal geschaffen. Schließlich ist auf der gegenüberliegenden Seite des Einschubs 80 ein Rückschlagventil 56' befestigt, das auch mehrere Durchlaßquerschnitte mit getrennten Ventilgliedern haben kann. D_er Ein-

2 49 3? O

schub 80 ist mit einer Schraube 85 festgelegt, die in eine Gewindebohrung 86 greift· Die Schraube 85 kann auch zur Festlegung der Wippe 70 dienen, die mit der Dustiereinrichtung 74 auf eine geeignete Distanz gegenüber dem Trennschieber 52 gebracht wird* · -

Nicht dargestellt ist die Möglichkeit, die Schale 9 beidseitig in Trornpetenforra geringfügig konisch (öffnungswinkel 3° zur Wellenmitte hin) aufzuweiten, zum Beispiel vom Außendurchmesser 138 auf 142 mm, um die Enden 11'im Durchmesser an den Innendurchmesser des Kolbens 3 (142 mm) anzugleichen^ Zu diesem Fall entfällt ein Kunststoff- Zwischenring,, Dafür empfiehlt sich eine verschleißbeständige Panzerung zum Beispiel durch eine Detonationsbeschichtung mit Chromcarbid in einer Cr-Ni-Matrix,

Claims

Berlin, den 19, 2» 87 67 162 25 Patentansprüche

1» Rollkolbenverdichter mit einem Zylinder; in dem ein dünnwandiger, radial federnder Kolben mit Kreisquerschnitt mit einer radialen Abstützung von einer Antriebswelle exzentrisch bewegt wird, wobei die Exzentrizität größer als die halbe Differenz der Durchmesser von Zylinder und Kolben ist> dadurch gekennzeichnet, daß die Abstützung eine rotationssymmetrische, dünnwandige Schale (9) aus dauerelastis'chem Material, insbesondere nichtrostendem Stahl umfaßt, deren eines Ende (11) mit dem Kolben (3) verbunden ist und deren anderes Ende (24) mit einem außen kreisrunden Körper (25) gehalten.ist, an dem die Antriebswelle (31) angreift»

2 49 31 O

Schale (9) hinausragt» _ .

6. Rollkolbenverdichter nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben (3) und/oder die Schale (9) rait einer Vertiefung (8a) und/oder Erhöhung versehen ist> an der der Ring (12; 13) befestigt ist,

7, Rollkolbenverdichter nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet,, daß der Ring (12; 13) zwei federnd gegeneinander bewegliche Teile (15; 19) umfaßt, von denen der in axialer Richtung äußere Teil (19) als Kolbenring an der Stirnwand (21) des Zylinders (2) anliegt und abdichtet*: . -. ' . ^: '_" " .

8* Rollkolbenverdichter nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Schal-en (9') mit entgegengesetzt gerichteten freien Enden (H') durch einen gemeinsamen Bund (25¹) zusammengefaßt sind*

9» Rollkolbenverdichter nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet,, daß die freien Enden (11) bei etwa ein und vier Fünftel der axialen Länge (L) des Kolbens liegen.

10. Rollkolbenverdichter nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Bund (25') und der Antriebswelle (31*) eine Exzenterbuchse (6) verdrehbar angeordnet ist. .

11» Rollkolbenverdichter nach einem der Ansprüche 1 bis 10, . dadurch gekennzeichnet, daß die Schale (9) Ausnehmungen· aufweist.

12« Rollkolbenverdichter nach Anspruch 11, dadurch gekenn- ' zeichnet, daß die Ausnehmungen rund, insbesondere kreisrund sind und eirie^lichte Weite haben* die höchstens,
ein Zehntel des Durchmessers der Schale (9) beträgt,

13» Rollkolbenverdichter nach einem der Ansprüche 1 bis 12, - dadurch gekennzeichnet, daß der außenkreisrunde Körper ein Radkörper mit einer Verschleißschutzschicht (25a)
am Außenumfang ist, .

14* Rollkolbenverdichter nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Schale (9) im Bereich des kreisrunden Körpers (25) verstärkt ist»

2» Rollkolbenverdichter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichneti daß der Körper ein radial nach innen verlaufender Bund (25') der Schale (9¹) ist»

3« Rollkolbenverdichter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schale (9) als hohler gerader Zylinder oder Konus mit einem öffnungswinkel von weniger als 20° ausgebildet ist»

4» Rollkolbenverdichter nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Schale (9) mit dem Kolben (3) durch einen Ring (12; 13) mit Schmiereigenschaft verbunden ist.

5. Rollkolbenverdichter nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet^ daß der Ring (12; 13) über das freie Ende (11) der

5" Seilew