DE10159569A1 - Kompressoren - Google Patents

Abstract

Kompressoren können vorzugsweise eine mit einer Treibwelle gekoppelte Taumelscheibe umfassen, so dass die Taumelscheibe als Antwort auf die Rotation der Treibwelle rotiert. Ein Kolben ist vorzugsweise innerhalb einer Zylinderbohrung angeordnet. Ein Schuh koppelt vorzugsweise den Kolben mit der Taumelscheibe, so dass der Kolben sich innerhalb der Zylinderbohrung hin- und herbewegt, um ein Kühlmittel als Antwort auf die Rotation der Taumelscheibe zu komprimieren. Der Schuh umfasst vorzugsweise einen Hauptkörper, eine metallische harte Schicht, die zumindest teilweise auf dem Hauptkörper angeordnet ist, und eine Gleitschicht, die zumindest teilweise auf der metallischen harten Schicht angeordnet ist. Der Hauptkörper weist vorzugsweise einen sphärischen Oberflächenabschnitt und einen im Wesentlichen flachen Oberflächenabschnitt auf und enthält Aluminium. Die metallische harte Schicht besitzt vorzugsweise eine Härte von mindestens HV 300, basierend auf der Vicker Härteskala, und ist auf zumindest dem sphärischen Oberflächenabschnitt und/oder dem im Wesentlichen flachen Oberflächenabschnitt angeordnet. Die Gleitschicht weist vorzugsweise ein Metall und ein festes Schmiermittel auf. Das feste Schmiermittel kann z. B. Molybdändisulfid (MoS¶2¶), Bornitrid (BN), Wolframdisulfid (WS¶2¶), Graphit oder Polytetrafluorethylen sein. Das Metall innerhalb der Gleitschicht kann z. B. Nickelphosphor, Nickelbor, Nickelphosphorborwolfram, Kobaltphosphor oder ein harter Chromüberzug sein.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG Technisches Gebiet

Die vorliegende Erfindung betrifft Kompressoren mit einer Mehrzahl von Schuhen, die eine Taumelscheibe mit einer Mehrzahl von Kolben verbinden, wobei die Kolben als Antwort auf die Rotation der Taumelscheibe sich hin- und herbewegen, um ein Fluid zu komprimieren, und insbesondere betrifft sie Kompressoren mit sehr langlebigen und reibungsarmen Schuhen.

Beschreibung des Standes der Technik

Innerhalb eines taumelscheibenartigen Kompressors wird Fluid in den Kompressor gezogen und anschließend durch einen sich hin- und herbewegenden Kolben, der sich innerhalb einer Zylinderbohrung befindet, komprimiert. Ein Schuh verbindet den Kolben mit der Taumelscheibe, um die Drehbewegung der Taumelscheibe in eine lineare Hin- und Herbewegung des Kolbens umzuwandeln. Dreht sich die Taumelscheibe, so bewegt sich der Kolben innerhalb der Zylinderbohrung hin und her, und in die Zylinderbohrung gezogenes Fluid wird komprimiert und aus dem Kompressor abgelassen.

Ein Beispiel eines bekannten Schuhs ist in der japanischen Patentoffenlegungsschrift Nr. 10^-205442 offenbart. Dieser bekannte Schuh ist aus Aluminium hergestellt und weist eine verzinnte Schicht auf. Eine Beschichtungsschicht, die ein festes Schmiermittel enthält, ist auf der verzinnten Schicht vorgesehen, um die Reibung zwischen dem Schuh und einem weiteren Funktionselement zu verringern, wie z. B. der sich drehenden Taumelscheibe und dem sich hin- und herbewegenden Kolben.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Lehre, verbesserte Kompressoren vorzusehen. In einem Aspekt der vorliegenden Lehre werden verbesserte Schuhe gelehrt, die vorzugsweise sehr langlebig und relativ reibungsarm sind. Deshalb sehen die Schuhe eine verbesserte Performance beim Verbinden eines Kolbens mit einer Taumelscheibe vor.

In einer Ausführungsform der vorliegenden Lehre können die Kompressoren vorzugsweise eine Treibwelle, eine Taumelscheibe, einen Kolben und einen Schuh umfassen. Die Taumelscheibe kann mit der Treibwelle verbunden sein, so dass sie sich als Antwort auf die Drehung der Treibwelle dreht. Der Kolben ist vorzugsweise innerhalb einer Zylinderbohrung des Kompressors angeordnet. Der Schuh verbindet vorzugsweise einen Endabschnitt des Kolbens mit einer Außenkante der Taumelscheibe. Der Kolben bewegt sich auf diese Weise linear innerhalb der Zylinderbohrung hin und her und komprimiert ein Fluid oder Kühlgas, das sich innerhalb der Zylinderbohrung befindet, als Antwort auf die Drehung der geneigten Taumelscheibe.

In einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Lehre umfasst der Schuh vorzugsweise einen Hauptkörper, eine metallische Hartschicht und eine Gleitschicht. Der Hauptkörper kann den ersten Oberflächenabschnitt, dessen Querschnitt im Wesentlichen sphärisch ist, und einen zweiten Oberflächenabschnitt, dessen Querschnitt im Wesentlichen flach ist, umfassen. Vorzugsweise setzt sich der Hauptkörper aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung zusammen. Die metallische Hartschicht ist vorzugsweise um den Hauptkörper angeordnet und besitzt eine Härte, die größer als HV 300 auf der Vicker Härteskala ist. Zum Beispiel kann die metallische Hartschicht auf dem sphärischen Oberflächenabschnitt und/oder dem flachen Oberflächenabschnitt vorgesehen sein. Die Gleitschicht kann um die metallische Hartschicht angeordnet sein und setzt sich vorzugsweise aus einem Gemisch aus einem Metall und einem festen Schmiermittel zusammen. Zum Beispiel kann die Gleitschicht über der metallischen Hartschicht auf dem sphärischen Oberflächenabschnitt und/oder dem flachen Oberflächenabschnitt vorgesehen sein.

Gemäß dieser Ausführungsform der vorliegenden Lehre können relativ leichtgewichtige Schuhe konstruiert werden, da der Hauptkörper aus Aluminium hergestellt ist oder Aluminium enthält. Ferner können die Schuhe eine hohe Langlebigkeit und gute Gleitperformance zeigen, da die metallische Hartschicht auf dem Hauptkörper und die Gleitschicht auf der Oberfläche der metallischen Hartschicht vorgesehen ist.

Andere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden nach dem Lesen der im Anschluss folgenden detaillierten Beschreibung zusammen mit den beigefügten Zeichnungen und den Ansprüchen deutlicher.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Fig. 1 zeigt einen repräsentativen Kompressor.

Fig. 2 zeigt eine vordere Querschnittsansicht eines ersten repräsentativen Schuhs, der für die Verwendung mit dem repräsentativen Kompressor angepasst ist.

Fig. 3 zeigt eine teilweise vergrößerte vordere Querschnittsansicht des ersten repräsentativen Schuhs.

Fig. 4 zeigt eine vordere Querschnittsansicht eines zweiten repräsentativen Schuhs.

Fig. 5 zeigt eine vordere Querschnittsansicht eines dritten repräsentativen Schuhs.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG

Vorzugsweise ist der Hauptkörper eines Kompressorschuhs aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung hergestellt, um das Gewicht des Schuhs zu reduzieren. Die metallische Hartschicht kann auf dem sphärischen Oberflächenabschnitt und/oder dem flachen Oberflächenabschnitt des Hauptkörpers vorgesehen sein. Ferner kann die metallische Hartschicht vorzugsweise eine Härte besitzen, die größer als HV 300 auf der Vicker Härteskala ist, um die Langlebigkeit des Schuhs zu erhöhen.

Zusätzlich kann die Gleitschicht aus einem Gemisch aus einem Metall und einem festen Schmiermittel bestehen oder ein solches Gemisch aufweisen. Die Gleitschicht kann auf dem sphärischen Oberflächenabschnitt und/oder dem flachen Oberflächenabschnitt des Hauptkörpers des Schuhs vorgesehen sein und ist vorzugsweise über der metallischen Hartschicht angeordnet. Die Gleitschicht verleiht vorzugsweise der Oberfläche reibungsarme Eigenschaften. Wird die Drehbewegung der Taumelscheibe in eine lineare Hin- und Herbewegung des Kolbens umgewandelt, so ermöglichen deshalb die Schuhe der vorliegenden Erfindung dem Kolben, relativ zur Taumelscheibe freier gleiten zu können.

Vorzugsweise kann die Taumelscheibe mit der Treibwelle unter einem Neigungswinkel verbunden sein, und der Neigungswinkel der Taumelscheibe kann während des Betriebs verändert werden, um die Auslasskapazität der Kompressorausgabe zu verändern. In einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Lehre kann das feste Schmiermittel vorzugsweise ausgewählt sein aus einem oder mehreren der folgenden Elemente: Molybdändisulfid (MoS₂), Bornitrid (BN), Wolframdisulfid (WS₂), Graphit oder Polytetrafluorethylen. Ferner kann das Metall der Gleitschicht vorzugsweise aus einem oder mehreren der folgenden Elemente ausgewählt sein: Nickelbor (Ni-B), Nickelphosphorborwolfram (Ni-P-B-W), Kobaltphosphor (Co-P) oder einer harten verchromten Schicht.

In einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Lehre kann die harte metallische Schicht ebenso vorzugsweise mindestens ein festes Schmiermittel umfassen, um des Weiteren die Gleiteigenschaften des Schuhs zu verbessern. Falls z. B. die Gleitschicht verschlissen ist, so tritt das Schmiermaterial (z. B. das feste Schmiermittel) innerhalb der harten metallischen Schicht an die Oberfläche und hält die Gleitperformance des Schuhs aufrecht.

Jedes der oben und unten offenbarten zusätzlichen Merkmale und Verfahrensschritte kann separat oder im Zusammenhang mit anderen Merkmalen und Verfahrensschritten verwendet werden, um verbesserte Kompressoren und Klimasysteme und Verfahren zum Herstellen und Verwenden solcher Kompressoren und Klimasysteme vorzusehen. Repräsentative Beispiele der vorliegenden Erfindung, wobei diese Beispiele viele dieser zusätzlichen Merkmale und Verfahrensschritte im Zusammenschluss verwenden, werden nun im Detail mit Bezug auf die Zeichnungen beschrieben. Diese detaillierte Beschreibung beabsichtigt lediglich, einem Durchschnittsfachmann weitere Details zum Ausführen der bevorzugten Aspekte der vorliegenden Lehre zu lehren, und beabsichtigt nicht, den Bereich der Erfindung einzuschränken. Lediglich die Ansprüche definieren den Bereich der beanspruchten Erfindung. Deshalb mögen Kombinationen von Merkmalen und Schritten, die in der folgenden detaillierten Beschreibung offenbart sind, nicht notwendig sein, um die Erfindung im weitesten Sinne in die Praxis umzusetzen, und werden lediglich vermittelt, um besonders einige repräsentative Beispiele der Erfindung zu beschreiben, wobei die detaillierte Beschreibung nun in Bezug auf die beigefügten Zeichnungen gegeben wird.

Eine erste repräsentative Ausführungsform wird nun im weiteren Detail mit Bezug auf die Fig. 1 bis 3 beschrieben. Der in Fig. 1 gezeigte repräsentative Kompressor 1 ist als ein variabler Verschiebungskompressor bekannt und kann ein Kompressorgehäuse, das durch ein vorderes Gehäuse 16, einen Zylinderblock 10 und ein hinteres Gehäuse 18 bestimmt ist, umfassen. Das vordere Gehäuse 16 ist mit dem vorderen Ende des Zylinderblocks 10 verbunden. Das hintere Gehäuse 18 ist mit dem hinteren Ende des Zylinderblocks 10 verbunden. Eine Ventilplatte 20 ist zwischen dem Zylinderblock 10 und dem hinteren Gehäuse 18 vorgesehen.

Eine Kurbelkammer 86 ist durch einen Raum innerhalb des vorderen Gehäuses 16 bestimmt. Eine Treibwelle 15 wird drehbar innerhalb der Kurbelkammer 86 gelagert. In der Mitte des Zylinderblocks 10 ist ein Lager innerhalb einer Lagerspeicherkammer 56 angeordnet, und ein Ende der Treibwelle 50 wird durch das Lager innerhalb der Lagerspeicherkammer 56 gelagert. Obwohl nicht speziell in den Zeichnungen gezeigt, ist die Treibwelle 50 vorzugsweise mit einem Kraftfahrzeugmotor über eine elektromagnetische Kupplung verbunden. In diesem Fall verursacht der Motor eine Drehung der Treibwelle 50, wenn der Kupplungsmechanismus die Treibkraft des Motors auf die Treibwelle 50 überträgt.

Innerhalb der Kurbelkammer 86 ist eine drehbare Taumelscheibe. 60 neigbar und gleitbar mit der Treibwelle 50 über einen Rotor 62 verbunden. Der Rotor 62 ist mit der Treibwelle 50 verbunden und kann sich zusammen mit der Treibwelle 50 drehen. Der Rotor 62 wird drehbar an dem vorderen Gehäuse 16 mittels eines Drucklagers 64 gelagert. Die Treibwelle 50 erstreckt sich durch ein Durchdringungsloch 61, das in der Mitte der Taumelscheibe 60 bestimmt ist. Ein Scharniermechanismus 66 ist zwischen dem Rotor 62 und der Taumelscheibe 60 angeordnet, um das Drehmoment von der Treibwelle 50 auf die Taumelscheibe 60 zu übertragen. Vorzugsweise kann sich die Taumelscheibe 60 unter einer Reihe von Neigungswinkeln drehen.

Der Scharniermechanismus 20 umfasst vorzugsweise einen Lagerarm 67, der als ein auf dem Rotor 62 angeordnetes Führungselement dient, und einen Führungsstift 69, der auf der Taumelscheibe 60 angeordnet ist. Der Führungsstift 69 ist so innerhalb eines Führungsloches 68 des Lagerarmes 67 angeordnet. Ferner sind der Lagerarm 67 und der Führungsstift 69 gegenseitig im Eingriff, um die Taumelscheibe 60 mit dem Rotor 62 zu verbinden.

Der Zylinderblock 10 umfasst vorzugsweise sechs Zylinderbohrungen 12, in denen entsprechend sechs Kolben 14 angeordnet sind. Fig. 1 zeigt jedoch lediglich einen Kolben 14 zum Zwecke der Darstellung. Jeder Kolben 14 ist wechselseitig und gleitbar innerhalb jeder Zylinderbohrung 12 gelagert. Jeder Kolben 14 weist einen Kolbenkopf 72 und einen Eingriffsabschnitt 70 auf. Der Eingriffsabschnitt 70 besitzt im Wesentlichen einen U-förmigen Querschnitt und umfasst ferner die Arme 120, 122 und einen Verbinder 124. Die Arme 120 erstrecken sich parallel in einer Richtung senkrecht zur mittleren Achse des Kolbenkopfes 72. Der Verbinder 124 verbindet beide Arme 120 und 124. Eine konkavförmige sphärische Oberfläche 128 ist auf jeder Seite der Arme 120, 122 vorgesehen. Ein Schuh 76 ist mit dem Eingriffsabschnitt 70 durch Kontaktieren jeder sphärischen Oberfläche 128 verbunden. Der Schuh 76 ist ebenso mit dem sphärischen Abschnitt der Taumelscheibe 60 verbunden. Der Kolben 14 ist so mit der Taumelscheibe 60 über den Schuh 76 verbunden. Die Drehbewegung der Taumelscheibe 60 wird in eine Hin- und Herbewegung des Kolbens 14 über den Schuh 76 umgewandelt.

Eine Saugkammer 22 und eine Ablasskammer 24 sind entsprechend durch Räume innerhalb des hinteren Gehäuses 18 bestimmt. Eine Saugöffnung 32, ein Saugventil 34, eine Ablassöffnung 36 und ein Ablassventil 38 sind vorzugsweise auf der Ventilplatte 20 angeordnet. Die Saugkammer 22 weist einen Einlass 26 auf, und die Auslasskammer 24 weist einen Auslass 28 auf. Sowohl der Einlass 26 als auch der Auslass 28 sind mit einem Klimasystem, das außerhalb des repräsentativen Kompressors 1 angeordnet ist, verbunden. Obwohl das Klimasystem nicht speziell in den Zeichnungen gezeigt ist, kann das Klimasystem einen Kühlkreislauf umfassen. Bewegt sich der Kolben 14 hin und her, so wird Kühlmittel in der Saugkammer 22 in die Zylinderbohrung 12 durch die Saugöffnung 32 über das Saugventil 34 gezogen. Anschließend wird das Kühlmittel komprimiert, und das komprimierte Kühlmittel wird von der Auslassöffnung 36 zur Auslasskammer 24 über das Auslassventil 38 ausgelassen.

Die Kurbelkammer 86 steht vorzugsweise mit der Auslasskammer 24 über eine Kapazitätsregeldurchführung 80 in Verbindung. Die Kapazitätsregeldurchführung 80 wird durch ein Kapazitätsregelventil 90 geöffnet und geschlossen. Der Druckzustand innerhalb der Kurbelkammer 86 wird durch Öffnen und Schließen der Kapazitätsregeldurchführung 80 geregelt. Das Öffnen und Schließen der Kapazitätsregeldurchführung 80 wird durch ein Solenoid 92, das an dem Kapazitätsregelventil 90 angeordnet ist, geregelt. Das Ein- und Ausschalten des Solenoids 92, um das Kapazitätsregelventil 90 zu öffnen und zu schließen, wird durch einen Regler entsprechend der Arbeitslast des Klimasystems geregelt. Zusätzlich verbindet eine Entlüftungsdurchführung 100 vorzugsweise die Kurbelkammer 86 mit der Saugkammer 22 über eine Entlüftungsöffnung 104.

Der Zylinderblock 10 und der Kolben 14 sind typischerweise aus einer Aluminiumlegierung hergestellt. Vorzugsweise kann die äußere Umfangsoberfläche des Kolbens 14 mit einem Fluorharz beschichtet sein. Durch Beschichten des Kolbens 14 mit Fluorharz wird verhindert, dass der Aluminiumkolben 14 direkt in Kontakt mit dem Aluminiumzylinderblock kommt. Folglich kann ein Festfressen des Kolbens 14 in dem Zylinderblock IO vermieden werden, und der Abstand zwischen dem Zylinderblock 10 und dem Kolben 14 kann minimiert sein. Natürlich können ebenso andere Materialien als Fluorharz vorzugsweise zum Beschichten des Kolbens 14 verwendet werden.

Wie in der Fig. 2 gezeigt, kann der Schuh 76 einen sphärischen Oberflächenabschnitt 132 und einen im Wesentlichen flachen Oberflächenabschnitt 138 umfassen. In dieser repräsentativen Ausführungsform weist der im Wesentlichen flache Oberflächenabschnitt 138 eine geringfügig gekrümmte Oberfläche auf. Aufgrund des relativ großen Krümmungsradius kann jedoch die gekrümmte Oberfläche im Wesentlichen als eine "flache Oberfläche" definiert werden. Der äußere Umfang des im Wesentlichen flachen Oberflächenabschnittes 138 weist eine spitz zulaufende Oberfläche auf. Ein abgerundeter Abschnitt mit einem relativ geringen Krümmungsradius ist an der Grenze zwischen dem im Wesentlichen flachen Oberflächenabschnitt 138 und dem sphärischen Oberflächenabschnitt 132 vorgesehen. Ein Paar von Schuhen 76 ist derart gelagert, dass der sphärische Oberflächenabschnitt 132 eines jeden Schuhs 76 gleitbar mit der konkaven sphärischen Oberfläche 128 des Kolbens 14 verbunden ist. Der im Wesentlichen flache Oberflächenabschnitt 138 kontaktiert die Gleitoberfläche 140, 142 des Außenumfangs der Taumelscheibe 60 derart, dass die beiden Schuhe 76 den Außenumfang der Taumelscheibe 60 von beiden Seiten her halten.

Wie in Fig. 2 gezeigt, umfasst der Schuh 76 vorzugsweise einen Hauptkörper 146, eine harte metallische Schicht 150 und eine Gleitschicht 152, die vorzugsweise ein festes Schmiermittel 158 enthält. Der Hauptkörper 146 des Schuhs 76 ist vorzugsweise aus einer Aluminium-Silizium-Legierung hergestellt, und die Taumelscheibe 60 kann aus Stahl hergestellt sein. Die Gleitoberflächen 140, 142 sind thermisch mit einem Material, das Aluminium enthält, und einer Gleitschicht aus Kunstharz besprüht. Bei der Alternative können die Gleitoberflächen 140, 142 kalt gehärtet sein, und ein thermisches Besprühen aus Aluminiummaterial kann weggelassen werden. Als weitere Alternative kann die Taumelscheibe 60 aus einem Material hergestellt sein, das primär Aluminium aufweist, und beide Gleitoberflächen 140, 142 können thermisch mit einem Eisenmaterial besprüht sein. Natürlich ist das Material für die Taumelscheibe 60 nicht auf die oben beschriebenen Materialien beschränkt. Zum Beispiel können Kupfermaterialien, wie z. B. Blei, Bronze und Messing, ebenso verwendet werden. Zusätzlich kann die Taumelscheibe 60 vorzugsweise durch thermisches Sprühen eines Kupfermaterials auf die Oberfläche eines Stahlmaterials hergestellt sein, oder kann vorzugsweise durch Sintern verbunden sein. Andere Materialien als die oben beschriebenen können genauso in Kombination verwendet werden.

Die Härteschicht 150 ist über der Außenoberfläche des Hauptkörpers 146 des Schuhs 76 vorgesehen. Anschließend wird die Gleitschicht 152 über die gesamte Außenoberfläche der harten Schicht 150 gebildet. In Fig. 2 ist die Dicke der harten Schicht 150 und der Gleitschicht 152 zum Zwecke der Darstellung übertrieben dargestellt. Die Härteschicht 150 kann vorzugsweise ein Metall als die Hauptkomponente aufweisen und besitzt eine Härte, die größer als 300 Hv, basierend auf der Vicker Härteskala, ist. Vorzugsweise kann die Härteschicht 150 mindestens 70 Gew.-% Metall enthalten.

Die Härteschicht 150 kann, z. B. Nickelphosphor (NiP), Nickelbor (NiB), Nickelphosphorborwolfram (NiPBW), Kobaltphosphor (CoP) oder einen Chromüberzug aufweisen. Vorzugsweise wird ein Überzug oder eine Schicht aus NiP für die Härteschicht 150 verwendet. Die NiP-Schicht enthält vorzugsweise 90 bis 92 Gew.-% Nickel und 8 bis 10 Gew.-% Phosphor. Die Vicker-Härte der NiP-Schicht beträgt vorzugsweise ungefähr 400 bis 550 Hv.

Wie in Fig. 3 gezeigt, wird die Gleitschicht 152 durch vorzugsweise eine Schicht aus Metall, die das feste Schmiermittel 158 enthält, bestimmt. Zum Beispiel kann das Metall in der Gleitschicht 152 vorzugsweise ausgewählt sein aus einem oder mehreren der folgenden Elemente: Nickelbor (Ni-B), Nickelphosphorborwolfram (Ni-P-B-W), Kobaltphosphor (Co-P) oder einem harten Chromüberzug. Ferner kann das feste Schmiermittel vorzugsweise ausgewählt sein aus einem oder mehreren der folgenden Elemente: Molybdändisulfid (MoS₂), Bornitrid (BN), Wolframdisulfid (WS₂), Graphit oder Polytetrafluorethylen. Durch Einbinden des festen Schmiermittels 158 in das Metall kann der Verschleißwiderstand verbessert sein, und der Reibungskoeffizient kann reduziert sein. Die Gleitschicht 152 kann vorzugsweise durch Dispergieren oder Mischen des festen Schmiermittels 158 in ein Metall, wie z. B. Ni-B, Ni-P-B-W, Co-P oder hartem Chrom erhalten werden. Bei dieser repräsentativen Ausführungsform wird eine Ni-B überzogene Schicht, die das feste Schmiermittel 158 enthält, als die Gleitschicht 152 verwendet. Die Ni-P überzogene Schicht, die Ni-B überzogene Schicht, die Ni-P-B-W überzogene Schicht und die Co-P überzogene Schicht können vorzugsweise eine nicht elektrolytisch überzogene Schicht (chemisch überzogene Schicht) sein. Folglich können zwei überzogene Schichten mit gleichmäßiger Dicke auf einfache Weise auf den Hauptkörper 146 überzogen werden. Vorzugsweise besitzt die Ni-P überzogene Schicht und die Ni-B überzogene Schicht entsprechend eine Dicke von 25 µm (Mikrometer).

Die Gleitperformance des sphärischen Oberflächenabschnittes 132 und des im Wesentlichen flachen Oberflächenabschnittes 138 des Schuhs 76 können in Bezug auf die Gleitbewegung gegenüber der Taumelscheibe 60 und des Kolbens 14 durch Verwenden der Gleitschicht 152 erhöht sein. Deshalb kann die Gleitreibung des Schuhs 76 reduziert sein, und ein Festfressen des sphärischen Oberflächenabschnittes 132 mit der konkaven sphärischen Oberfläche 128 des Kolbens 14 kann verhindert werden. Zusätzlich kann das Festfressen zwischen dem im Wesentlichen flachen Oberflächenabschnitt 138 und den Gleitoberflächen 140, 142 der Taumelscheibe 60 ebenso vermieden oder gemindert sein. Ferner kann die Gleitschicht 152 sicher an dem Hauptkörper 146 anhaften durch Einbinden der metallischen Hartschicht 150 zwischen dem Hauptkörper 146 und der Gleitschicht 152. Deshalb kann die Hartschicht 150 ebenso als ein Haftmittel für die Gleitschicht 152 dienen. Folglich kann das Abschälen der Gleitschicht 152 von dem Hauptkörper 146 (Schuh 76) vermieden oder minimiert werden.

Die NiP-überzogene Hartschicht 150 ist vorzugsweise zwischen dem Hauptkörper 146 und der NiB-überzogenen Gleitschicht 152 vorgesehen. Die Hartschicht 150 kann als Haftmittel derart dienen, um so die Gleitschicht 152 fest an den Hauptkörper 146 anhaften zu lassen. Das heißt, ein Abschälen der NiB­ überzogenen Schicht von dem Hauptkörper 146 kann verhindert werden. Falls die Härte der NiB-überzogenen Schicht größer als die Härte der NiP-überzogenen Schicht ist, kann die NiB­ überzogene Gleitschicht eine höhere Antiverschleißperformance besitzen. Da die Verfahren zum Bilden der NiB-überzogenen Schicht relativ teuer sein können, kann ferner die Dicke der Ni-P überzogenen Schicht vorzugsweise größer sein als die Dicke der NiB-überzogenen Schicht, um die Herstellungskosten zu verringern.

Die NiP-überzogene Härteschicht 150 dient ebenso vorzugsweise als eine stoßabsorbierende Schicht, wenn eine Kraft von der Außenseite ausgeübt wird. Ein Abschälen und Abblättern der harten Schicht 150 und der Gleitschicht 152 von dem Hauptkörper 146 kann so vermieden oder gemindert werden. Folglich kann die Gleitperformance und die Langlebigkeit des Schuhs 76 erhöht sein.

Falls der repräsentative Kompressor 1 für einen langen Zeitraum betrieben wird, kann das Antiverschleißvermögen der Gleitschicht 152 des Schuhs 76 möglicherweise reduziert sein. Auf diese Weise kann ein Langzeitbetrieb des Kompressors möglicherweise zu einer unzureichenden Versorgung mit Schmieröl führen, was einen teilweisen Verschließ der Gleitschicht 152 verursacht. Wird die Gleitschicht 152 verschlissen, so wird die Härteschicht 150 freigelegt, der Hauptkörper 146 wird aber nicht zur Außenseite freigelegt. Falls selbst die Härteschicht 150 freigelegt wird, kann jedoch ein Freilegen des Schuhs 76 und ein Festfressen aufgrund von Reibung verhindert werden, da die Härteschicht 150 stark an dem Hauptkörper 146 anhaftet und gute Antiverschleiß- und Gleiteigenschaften besitzt.

Da die Kraft (Druck), die auf die Oberflächen des Schuhs 76 ausgeübt wird, periodisch als Antwort auf die Drehung der Taumelscheibe 60 variiert, wird die Gleitschicht 152 ferner von der Umgebung der Gleitschicht 152 zu dem Bereich, wo die Gleitschicht 152 verschlissen ist, ergänzt. So wird der Verschleiß behoben, wenn der Oberflächendruck des Schuhs 76 abnimmt. Ein repräsentatives Verfahren zum Reparieren der Gleitschicht 152 kann wie folgt auftreten. Aufgrund der Reibungskraft und der erzeugten Wärme, wenn der Schuh 76 sich in Bezug auf die Taumelscheibe 60 und den Kolben 14 bewegt, fließt die Gleitschicht 152, die das feste Schmiermittel 158 enthält, zu dem Bereich, wo die Gleitschicht 152 verschlissen oder abgeschält worden ist. Folglich wird die Gleitschicht 152 repariert. Deshalb ist die Gleitperformance nicht reduziert, selbst wenn der Kompressor über einen langen Zeitraum betrieben wird.

Selbst wenn die Versorgung mit Schmieröl aufgrund einer Leckage von Kühlgas zur Außenseite des Kompressors reduziert ist, kann ferner der Schuh 76 seine hohe Gleitperformance beibehalten, was ein Festfressen der Schuhe 76 in Bezug auf die Taumelscheibe 60 und den Kolben 14 verhindert. Auf diese Weise kann die Lebensdauer des Schuhs 76 verlängert sein. Zum Beispiel wurde der oben beschriebene repräsentative Kompressor in einem trockenen Zustand (d. h. keine Schmierung) betrieben, und die Taumelscheibe 60 wurde bei einer Drehzahl von 1000 rpm (Umdrehungen pro Minute) angetrieben. In diesem Zustand fras sich der Schuh 76 gegen die Taumelscheibe 60 und den Kolben 14 nach 72 Sekunden fest im Falle, dass die Gleitschicht 152 über die gesamte Härteschicht 150 vorgesehen war, und ein Festfressen wurde nach 69 Sekunden festgestellt im Falle, dass die Gleitschicht 152 lediglich über dem sphärischen Oberflächenabschnitt 132 vorgesehen war. Andererseits fras sich der Schuh des bekannten Kompressors (oben beschrieben im Abschnitt Stand der Technik) gegen die Taumelscheibe und den Kolben nach durchschnittlich 49 Sekunden fest (44 Sekunden bei der ersten Messung und 54 Sekunden bei der zweiten Messung).

Die Gleitschicht 152 kann vorzugsweise lediglich an einer Seite des sphärischen Oberflächenabschnittes 132 und des im Wesentlichen flachen Oberflächenabschnittes 138 vorgesehen sein. Zum Beispiel zeigt Fig. 4 eine zweite repräsentative Ausführungsform, bei der die Gleitschicht 152 lediglich über dem sphärischen Oberflächenabschnitt 132 vorgesehen ist. Ferner zeigt die Fig. 5 eine dritte repräsentative Ausführungsform, bei der die Gleitschicht 152 lediglich über den im Wesentlichen flachen Oberflächenabschnitt 138 vorgesehen ist.

Ferner kann die Härteschicht 150 vorzugsweise von einer metallischen Schicht, die ein festes Schmiermittel aufweist, bestimmt sein. Das feste Schmiermittel kann vorzugsweise aus den oben beschriebenen Materialien in Bezug auf die erste repräsentative Ausführungsform ausgewählt sein. Da die Härteschicht 150 das feste Schmiermittel enthält, kann die Gleitperformance des Schuhs 76 selbst dann aufrechterhalten werden, wenn die Gleitschicht 152 verschlissen ist. Folglich kann das Festfressen des Schuhs gegen den Kolben 14 und die Taumelscheibe 16 vermieden oder gemindert sein.

Ferner kann der wie oben beschriebene Schuh 76 vorzugsweise in einem Taumelscheibenkompressor mit fester Kapazität verwendet werden, wie z. B. einem Taumelscheibenkompressor, der einen Doppelkopfkolben umfasst.

Claims (17)

1. Ein Kompressor, umfassend:
eine Treibwelle,
eine Taumelscheibe, die mit der Treibwelle gekoppelt ist, wobei die Taumelscheibe als Antwort auf die Rotation der Treibwelle rotiert,
einen Kolben, der innerhalb einer Zylinderbohrung angeordnet ist, wobei der Kolben einen Eingriffsabschnitt aufweist, und
einen Schuh, der den Eingriffsabschnitt des Kolbens mit einer Umfangskante der Taumelscheibe koppelt, wobei der Kolben sich innerhalb der Zylinderbohrung hin- und herbewegt, um ein Kühlmittel als Antwort auf die Rotation der Taumelscheibe zu komprimieren,
dadurch gekennzeichnet, dass der Schuh einen Hauptkörper, eine metallische harte Schicht, die zumindest teilweise auf dem Hauptkörper angeordnet ist, und eine Gleitschicht, die zumindest teilweise auf der metallischen harten Schicht angeordnet ist, umfasst, wobei der Hauptkörper einen sphärischen Oberflächenabschnitt und einen im Wesentlichen flachen Oberflächenabschnitt aufweist und Aluminium aufweist, die metallische harte Schicht eine Härte von mindestens HV 300, basierend auf der Vicker-Härteskala, besitzt und auf zumindest dem sphärischen Oberflächenabschnitt und/oder dem im Wesentlichen flachen Oberflächenabschnitt angeordnet ist, und die Gleitschicht ein Metall und ein festes Schmiermittel aufweist.

2. Ein Kompressor nach Anspruch 1, wobei die Taumelscheibe neigbar mit der Treibwelle gekoppelt ist und der Neigungswinkel der Taumelscheibe verändert werden kann, um die Auslasskapazität der Kompressorausgabe zu ändern.

3. Ein Kompressor nach Anspruch 1 oder 2, wobei das feste Schmiermittel mindestens eines der folgenden Elemente aufweist: Molybdändisulfid (MoS₂), Bornitrid (BN), Wolframdisulfid (WS₂), Graphit oder Polytetrafluorethylen.

4. Ein Kompressor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das Metall innerhalb der Gleitschicht mindestens eines der folgenden Elemente aufweist: Nickelphosphor, Nickelbor, Nickelphosphorborwolfram, Kobaltphosphor oder einen harten Chromüberzug.

5. Ein Kompressor nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der Kolben und die Taumelscheibe derart angeordnet und aufgebaut sind, dass sie in Kontakt mit der Gleitschicht des Schuhs während des Betriebs des Kompressors stehen.

6. Ein Kompressor nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die metallische harte Schicht ferner ein festes Schmiermittel aufweist.

7. Ein Kompressor nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei der im Wesentlichen flache Oberflächenabschnitt geringfügig gekrümmt ist.

8. Ein Kompressor, umfassend:
eine Treibwelle,
eine Taumelscheibe, die mit der Treibwelle gekoppelt ist, wobei die Taumelscheibe als Antwort auf die Rotation der Treibwelle rotiert,
einen innerhalb einer Zylinderbohrung angeordneten Kolben,
Mittel zum Koppeln des Kolbens mit der Taumelscheibe, so dass der Kolben sich innerhalb der Zylinderbohrung hin- und herbewegt, um ein Kühlmittel als Antwort auf die Rotation der Taumelscheibe zu komprimieren,
dadurch gekennzeichnet, dass das Kopplungsmittel einen Hauptkörper, eine metallische harte Schicht, die zumindest teilweise auf dem Hauptkörper angeordnet ist, und eine Gleitschicht, die zumindest teilweise auf der metallischen harten Schicht angeordnet ist, umfasst, wobei der Hauptkörper einen sphärischen Oberflächenabschnitt und einen im Wesentlichen flachen Oberflächenabschnitt aufweist und Aluminium aufweist, die metallische harte Schicht eine Härte von mindestens HV 300, basierend auf der Vicker- Härteskala, besitzt und auf zumindest dem sphärischen Oberflächenabschnitt und/oder dem im Wesentlichen flachen Oberflächenabschnitt angeordnet ist, und die Gleitschicht ein Metall und ein festes Schmiermittel aufweist.

9. Ein Kompressor nach Anspruch 8, wobei die Taumelscheibe neigbar mit der Treibwelle gekoppelt ist und der Neigungswinkel der Taumelscheibe verändert werden kann, um die Auslasskapazität der Kompressorausgabe zu ändern.

10. Ein Kompressor nach Anspruch 8 oder 9, wobei das feste Schmiermittel zumindest eines der folgenden Elemente aufweist: Molybdändisulfid (MoS₂), Bornitrid (BN), Wolframdisulfid (WS₂), Graphit oder Polytetrafluorethylen.

11. Ein Kompressor nach einem der Ansprüche 8 bis 10, wobei das Metall innerhalb der Gleitschicht zumindest eines der folgenden Elemente aufweist: Nickelphosphor, Nickelbor, Nickelphosphorborwolfram, Kobaltphosphor oder einen harten Chromüberzug.

12. Ein Kompressor nach einem der Ansprüche 8 bis 11, wobei der Kolben und die Taumelscheibe derart angeordnet und aufgebaut sind, dass sie in Kontakt mit der Gleitschicht des Kopplungsmittels während des Betriebs des Kompressors stehen.

13. Ein Kompressor nach einem der Ansprüche 8 bis 12, wobei die metallische harte Schicht ferner ein festes Schmiermittel aufweist.

14. Ein Kompressor nach einem der Ansprüche 8 bis 13, wobei der im Wesentlichen flache Oberflächenabschnitt geringfügig gekrümmt ist.

15. Ein Kompressor nach einem der Ansprüche 8 bis 14, wobei die metallische harte Schicht zumindest eines der folgenden Elemente aufweist: Nickelphosphor, Nickelbor, Nickelphosphorborwolfram, Kobaltphosphor oder einen harten Chromüberzug.

16. Ein Kompressor nach einem der Ansprüche 8 bis 15, wobei der Hauptkörper eine Aluminiumsiliziumlegierung aufweist, die metallische Härteschicht Nickelphosphor und die Gleitschicht Nickelbor aufweist.

17. Ein Kompressor nach Anspruch 16, wobei das Nickelphosphor der metallischen harten Schicht ungefähr 90 bis 92 Gew.-% Nickel und ungefähr 8 bis 10% Phosphor aufweist, die metallische Härteschicht eine Härte von ungefähr 400-500 Hv auf der Vicker-Härteskala besitzt.