DE10159831A1

DE10159831A1 - Kompressoren

Info

Publication number: DE10159831A1
Application number: DE10159831A
Authority: DE
Inventors: Manabu Sugiura; Shino Okubo; Tomohiro Murakami; Takahiro Sugioka; Akira Onoda
Original assignee: Toyota Industries Corp
Current assignee: Toyota Industries Corp
Priority date: 2000-12-06
Filing date: 2001-12-06
Publication date: 2002-10-02
Also published as: JP2002174169A; US20020046646A1

Abstract

Kompressoren können bevorzugt eine mit einer Antriebswelle gekoppelte Taumelscheibe einschließen, so dass die Taumelscheibe in Antwort auf eine Rotation der Antriebswelle rotiert. Ein Kolben ist bevorzugt in einer Zylinderbohrung angeordnet. Ein Schuh koppelt bevorzugt den Kolben mit der Taumelscheibe, so dass sich der Kolben innerhalb der Zylinderbohrung hin- und herbewegen wird, um ein Kühlmittel in Antwort auf eine Rotation der Taumelscheibe zu komprimieren. Der Schuh weist bevorzugt einen Hauptkörper, eine metallische Hartschicht, die zumindest teilweise auf den Hauptkörper angeordnet ist, und eine Antireibungsschicht, die zumindest teilweise auf der metallischen Hartschicht angeordnet ist, auf. Der Hauptkörper weist bevorzugt einen kugelförmigen Oberflächenabschnitt und einen im Wesentlichen ebenen Oberflächenabschnitt auf und weist Aluminium auf. Die metallische Hartschicht besitzt bevorzugt eine Härte von mindestens HV 300, basierend auf der Vickers-Härteskale, und ist auf mindestens einem des kugelförmigen Oberflächenabschnitts und des im Wesentlichen ebenen Oberflächenabschnitts angeordnet. Die Antireibungsschicht weist bevorzugt ein synthetisches Harz und ein festes Gleitmittel auf. Das feste Gleitmittel kann beispielsweise Molybdänsulfid (MoS¶2¶), Boronnitrid (BN), Wolframdisulfid (WS¶2¶), Graphit oder Polytetrafluoräthylen sein. Das synthetische Harz kann beispielsweise Polyamidimid, Epoxyharz, Polyätherketon oder phenolisches Harz sein.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG Technisches Gebiet

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Kompressoren, die eine Vielzahl von Schuhen besitzen, welche eine Taumelscheibe mit einer Vielzahl von Kolben verbinden, welche Kolben sich in Antwort auf eine Rotation der Taumelscheibe hin und her bewegen, um ein Fluid zu komprimieren, und insbesondere bezieht sie sich auf Kompressoren, welche Schuhe mit hoher Dauerhaftigkeit und geringer Reibung besitzen.

Beschreibung des Standes der Technik

In einem Taumelscheibenkompressor wird Fluid in den Kompressor gesaugt und dann komprimiert durch einen sich hin und her bewegenden Kolben, der in einer Zylinderbohrung vorgesehen ist. Ein Schuh verbindet den Kolben mit der Taumelscheibe, um die Rotationsbewegung der Taumelscheibe in lineare Hin- und Herbewegung des Kolbens umzuwandeln. Daher, wenn die Taumelscheibe rotiert, bewegt sich der Kolben innerhalb der Zylinderbohrung hin und her und in die Zylinderbohrung eingesaugtes Fluid wird komprimiert und von dem Kompressor ausgegeben.

Ein Beispiel eines bekannten Schuhs ist in der japanischen Patentoffenlegungsschrift Nr. 10-205442 offenbart. Dieser bekannte Schicht ist aus Aluminium hergestellt und besitzt eine dünnplattige Schicht. Eine Umhüllungsschicht, welche festes Gleitmittel einschließt, ist auf der dünnplattigen Schicht vorgesehen, um die Reibung zwischen dem Schuh und einem anderen funktionellen Element, wie der Taumelscheibe und dem sich hin und her bewegenden Kolben zu vermindern.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Lehre einen verbesserten Kompressor bereitzustellen. In einer Zielrichtung der vorliegenden Lehre werden verbesserte Schuhe gelehrt, die bevorzugt eine hohe Dauerhaftigkeit und eine relativ geringe Reibung besitzen. Daher stellen die Schuhe eine verbesserte Leistung bereit, wenn sie einen Kolben mit einer Taumelscheibe verbinden.

In einer Ausführungsform der vorliegenden Lehre schließen Kompressoren bevorzugt eine Antriebswelle, eine Taumelscheibe, einen Kolben und einen Schuh ein. Die Taumelscheibe kann mit der Antriebswelle derart gekoppelt sein, um in Antwort auf eine Rotation der Antriebswelle zu rotieren. Der Kolben ist bevorzugt in einer Zylinderbohrung des Kompressors angeordnet. Der Schuh verbindet bevorzugt einen Endabschnitt des Kolbens mit einem äußeren Rand der Taumelscheibe. Daher wird sich der Kolben linear innerhalb der Zylinderbohrung hin und her bewegen und ein innerhalb der Zylinderbohrung angeordnetes Fluid oder Kühlgas in Antwort auf eine Rotation der geneigten Taumelscheibe komprimieren.

In einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Lehre schließt der Schuh bevorzugt einen Hauptkörper, eine metallische Hartschicht und eine Antireibungsschicht ein. Der Hauptkörper kann einen ersten Oberflächenabschnitt einschließen, der im wesentlichen kugelförmig im Querschnitt ist, und einen zweiten Oberflächenabschnitt einschließen, der im wesentlichen eben im Querschnitt ist. Der Hauptkörper weist bevorzugt Aluminium oder eine Aluminiumlegierung auf. Die metallische Hartschicht ist bevorzugt um den Hauptkörper herum angeordnet und besitzt eine Härte, die größer ist als HV 300 auf der Vickers-Härteskala. Die metallische Hartschicht kann beispielsweise auf dem kugelförmigen Oberflächenabschnitt und dem ebenen Oberflächenabschnitt angeordnet sein. Die Antireibungsschicht kann um die metallische Hartschicht angeordnet sein und weist bevorzugt eine Mischung eines synthetischen Harzes und eines festen Gleitmittels auf. Die Antireibungsschicht kann beispielsweise über der metallischen Hartschicht auf dem kugelförmigen Oberflächenabschnitt und/oder dem ebenen Oberflächenabschnitt angeordnet sein.

Gemäß dieser Ausführungsform der vorliegenden Lehre können relativ leichtgewichtige Schuhe konstruiert werden, da der Hauptkörper aus Aluminium hergestellt ist oder Aluminium aufweist. Weiterhin können die Schuhe eine hohe Dauerhaftigkeit und eine gute Antireibungsleistung aufweisen, aufgrund der auf dem Hauptkörper angeordneten metallischen Hartschicht und der auf der Oberfläche der metallischen Hartschicht angeordneten Antireibungsschicht.

Weitere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden sofort verständlich nach dem Lesen der folgenden ausführlichen Beschreibung zusammen mit den begleitenden Zeichnungen und den Ansprüchen.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Fig. 1 zeigt einen repräsentativen Kompressor.

Fig. 2 zeigt eine Frontansicht im Querschnitt eines ersten repräsentativen Schuhs, der zur Verwendung mit dem repräsentativen Kompressor ausgelegt ist.

Fig. 3 zeigt eine teilweise vergrößerte Frontansicht im Querschnitt des ersten repräsentativen Schuhs.

Fig. 4 zeigt eine Frontansicht im Querschnitt eines zweiten repräsentativen Schuhs.

Fig. 5 zeigt eine Frontansicht im Querschnitt eines dritten repräsentativen Schuhs.

Fig. 6 zeigt eine teilweise vergrößerte Frontansicht im Querschnitt eines vierten repräsentativen Schuhs.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG

Der Hauptkörper eines Kompressorschuhs kann bevorzugt aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung hergestellt sein, um das Gewicht des Schuhs zu vermindern. Die metallische Hartschicht kann auf dem kugelförmigen Oberflächenabschnitt und dem ebenen Oberflächenabschnitt des Hauptkörpers angeordnet sein. Weiterhin kann die metallische Hartschicht bevorzugt eine Härte besitzen, die größer ist als HV 300 auf der Vickers-Härteskala, um die Dauerhaftigkeit des Schuhs zu erhöhen.

Darüber hinaus kann die Antireibungsschicht hergestellt sein aus oder aufweisen ein synthetisches Harz, das ein festes Gleitmittel einschließt. Die Antireibungsschicht kann auf dem kugelförmigen Oberflächenabschnitt und/oder dem ebenen Oberflächenabschnitt des Hauptkörpers des Schuhs vorgesehen sein und ist bevorzugt über der metallischen Hartschicht angeordnet. Die Antireibungsschicht verleiht der Oberfläche bevorzugt Eigenschaften niedriger Reibung. Daher, wenn eine Rotationsbewegung der Taumelscheibe in lineare Hin- und Herbewegung des Kolbens umgewandelt wird, erlauben es die Schuhe der vorliegenden Lehre dem Kolben, freier gegenüber der Taumelscheibe zu gleiten.

Die Taumelscheibe kann bevorzugt neigbar mit der Antriebswelle gekoppelt sein, und der Neigungswinkel der Taumelscheibe kann während des Betriebes verändert werden, um die Kompressorausgabekapazität zu verändern.

In einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Lehre kann das feste Gleitmittel bevorzugt aus einer oder mehrerer von Molybdän Disulfid (MoS₂), Boronnitrid (BN), Wolframdisulfid (WS₂), Graphit oder Polytetrafluoroäthylen ausgewählt sein. Weiterhin kann das synthetische Harz bevorzugt aus einer oder mehreren aus Polymideimid, Epoxyharz, Polyätherketon oder einem phenolischen Harz ausgewählt sein.

In einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Lehre kann eine zweite metallische Schicht bevorzugt zwischen der metallischen Hartschicht und der Antireibungsschicht vorgesehen sein. Die zweite metallische Schicht kann bevorzugt mindestens ein festes Gleitmittel aufweisen. Falls die zweite metallische Schicht ebenso zugefügt ist, können verbesserte Antireibungseigenschaften bereitgestellt werden. Falls beispielsweise die Antireibungsschicht abgenützt ist, kann das Gleitmaterial (beispielsweise das feste Gleitmittel) innerhalb der zweiten metallischen Schicht zu der Oberfläche hervortreten und die Antireibungsleistung des Schuhs aufrechterhalten.

Jedes der vorstehend und nachfolgend offenbarten zusätzlichen Merkmale und Verfahrensschritte kann separat oder in Verbindung mit anderen Merkmalen und Verfahrensschritten verwendet werden, um verbesserte Kompressoren und Klimaanlagensysteme und Verfahren zum Herstellen und Verwenden derartiger Kompressoren und Klimaanlagensysteme bereitzustellen. Repräsentative Beispiele der vorliegenden Erfindung, welche Beispiele zahlreiche dieser zusätzlichen Merkmale und Verfahrensschritte in Verbindung verwenden, werden nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen ausführlich beschrieben. Diese ausführliche Beschreibung dient lediglich zum Unterweisen des Fachmanns mit weiteren Details zum Ausführen bevorzugter Zielrichtungen der vorliegenden Lehre und dient nicht zum Begrenzen des Anwendungsbereichs der Erfindung. Nur die Ansprüche definieren den Anwendungsbereich der beanspruchten Erfindung. Daher sind Kombinationen von Merkmalen und Schritten, die in der nachfolgenden ausführlichen Beschreibung offenbart werden, zu Ausführungen der Erfindung in dem breitesten Sinne nicht erforderlich, und werden stattdessen lediglich gelehrt, um einige repräsentative Beispiele der Erfindung zu beschreiben, welche ausführliche Beschreibung nachfolgend unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen gegeben wird.

Eine erste repräsentative Ausführungsform wird nachfolgend ausführlicher unter Bezugnahme auf Fig. 1 bis 3 beschrieben. Der in Fig. 1 dargestellte repräsentative Kompressor 1 ist bekannt als ein Verstellkompressor und kann ein Kompressorgehäuse einschließen, das durch ein vorderes Gehäuse 16, einen Zylinderblock 10 und ein hinteres Gehäuse 18 definiert ist. Das vordere Gehäuse 16 ist mit dem vorderen Ende des Zylinderblocks 10 gekoppelt. Das hintere Gehäuse 18 ist mit dem hinteren Ende des Zylinderblocks 10 gekoppelt. Eine Ventilplatte 20 ist zwischen dem Zylinderblock 10 und dem hinteren Gehäuse 18 vorgesehen.

Eine Kurbelkammer 86 ist durch einen Raum in dem vorderen Gehäuse 16 definiert. Eine Antriebswelle 50 ist rotierbar innerhalb der Kurbelkammer 86 gelagert. Im Zentrum des Zylinderblocks 10 ist ein Lager innerhalb einer Lageraufnahmekammer 56 vorgesehen und ein Ende der Antriebswelle 50 ist durch das Lager gelagert. Weiterhin, obwohl in den Zeichnungen nicht ausdrücklich dargestellt, kann ein anderes Ende der Antriebswelle 50 bevorzugt mit einem automotiven Motor über eine elektromagnetische Kupplung verbunden sein. In diesem Fall wird der Motor die Antriebswelle 50 veranlassen zu rotieren, wenn der Kupplungsmechanismus die Antriebskraft des Motors auf die Antriebswelle 50 überträgt.

In der Kurbelkammer 86 ist eine rotierende Taumelscheibe 60 neigbar und gleitbar mit der Antriebswelle 50 über einen Rotor 62 gekoppelt. Der Rotor 62 ist mit der Antriebswelle 50 gekoppelt und kann mit der Antriebswelle 50 zusammen rotieren. Der Rotor 62 ist rotierbar an dem vorderen Gehäuse 16 mittels eines Axiallagers 64 gelagert. Die Antriebswelle 50 erstreckt sich durch ein Durchgangsloch 61, das in dem Zentrum der Taumelscheibe 60 definiert ist. Ein Gelenkmechanismus 66 ist zwischen den Rotor 62 und der Taumelscheibe 60 vorgesehen, um das Drehmoment von der Antriebswelle 50 auf die Taumelscheibe 60 zu übertragen. Die Taumelscheibe 60 kann bevorzugt in einer Vielzahl von Neigungswinkeln rotieren.

Der Gelenkmechanismus 20 schließt bevorzugt einen Lagerarm 67 ein, der als auf dem Rotor 62 angeordnetes Führungselement dient, und einen Führungsstift 69, der auf der Taumelscheibe 60 angeordnet ist. Somit ist der Führungsstift 69 in einem Führungsloch 68 des Lagerarms 67 angeordnet. Weiterhin sind der Lagerarm 67 und der Führungsstift 69 gegenseitig im Eingriff, um die Taumelscheibe 60 mit dem Rotor 62 zu verbinden.

Der Zylinderblock 10 schließt bevorzugt sechs Zylinderbohrungen 12 ein, in welchen sechs Kolben 14 jeweils vorgesehen sind. Allerdings zeigt Fig. 1 zum Zwecke der Veranschaulichung nur einen Kolben 14. Jeder Kolben 14 ist hin und her beweglich und gleitend gelagert innerhalb der jeweiligen Zylinderbohrung 12. Jeder Kolben 14 besitzt einen Kolbenkopf 52 und einen betätigenden Abschnitt 70. Der betätigende Abschnitt 70 ist im wesentlichen U-förmig im Querschnitt und schließt weiter Arme 120, 122 und einen Verbinder 124 ein. Die Arme 120 erstrecken sich parallel in einer Richtung senkrecht zu der zentralen Achse des Kolbenkopfes 72. Der Verbinder 124 verbindet beide Arme 120 und 124. Eine konkav-geformte kugelförmige Oberfläche 128 ist auf jeder Seite der Arme 120, 122. vorgesehen. Ein Schuh 76 ist mit dem betätigenden Abschnitt 70 durch Kontaktieren jeder kugelförmigen Oberfläche 128 gekoppelt. Der Schuh 76 ist auch mit dem kugelförmigen Abschnitt der Taumelscheibe 60 gekoppelt. Somit ist der Kolben 14 mit der Taumelscheibe 60 über den Schuh 76 gekoppelt. Die Rotationsbewegung der Taumelscheibe 60 wird über den Schuh 76 in eine Hin- und Herbewegung der Kolben 14 umgewandelt.

Eine Ansaugkammer 22 und eine Ausflusskammer 24 sind jeweils durch Räume innerhalb des hinteren Gehäuses 18 definiert. Eine Ansaugöffnung 32, ein Ansaugventil 34, eine Ausflussöffnung 36 und ein Ausflussventil 38 sind bevorzugt in der Ventilplatte 20 angeordnet. Die Ansaugkammer 22 besitzt einen Einlass 21 und die Ausflusskammer 24 besitzt einen Auslass 28. Sowohl der Einlass 26 als auch der Auslass 28 sind mit einem Klimaanlagensystem (Air Conditioning System), dass außerhalb des repräsentativen Kompressors 1 angeordnet ist, verbunden. Obwohl das Klimaanlagensystem in den Zeichnungen nicht ausdrücklich dargestellt ist, kann das Klimaanlagensystem einen Kühlkreislauf einschließen. Wenn sich der Kolben 14 hin und her bewegt, wird Kühlmittel in der Ansaugkammer 22 in die Zylinderbohrung 12 von der Ansaugöffnung 32 über das Ansaugventil 34 gesaugt. Dann wird das Kühlmittel komprimiert und das komprimierte Kühlmittel wird von der Ausflussöffnung 36 zu der Ausflusskammer 24 über das Ausflussventil 38 ausgegeben.

Die Kurbelkammer 86 kommuniziert bevorzugt mit der Ausflusskammer 24 über eine Kapazitätssteuerpassage 80. Die Kapazitätssteuerpassage 80 wird durch ein Kapazitätssteuerventil 90 geöffnet und geschlossen. Der Druckzustand innerhalb der Kurbelkammer 86 wird durch Öffnen und Schließen der Kapazitätssteuerpassage 80 gesteuert. Das Öffnen und Schließen der Kapazitätssteuerpassage 80 wird durch eine in dem Kapazitätssteuerventil 90 vorgesehene Spule 92 gesteuert. Das Anregen und Nichtanregen der Spule zum Öffnen und Schließen der Kapazitätssteuerpassage 80 werden durch eine Steuereinrichtung in Übereinstimmung mit der Auslastung des Klimaanlagensystems gesteuert. Zusätzlich verbindet bevorzugt eine Entlüftungspassage 100 die Kurbelkammer 86 und die Saugkammer 22 über die Entlüftungsöffnung 104.

Der Zylinderblock 10 und der Kolben 14 sind typischerweise aus einer Aluminiumlegierung hergestellt. Bevorzugt kann ein Fluorharz die äußere umgebende Oberfläche des Kolbens ummanteln. Durch Ummanteln des Kolbens 14 mit Fluorharz kann verhindert werden, dass der Aluminiumkolben 14 direkt den Aluminiumzylinderblock kontaktiert. Daraus ergibt sich, dass ein Festfressen zwischen dem Zylinderblock 10 und dem Kolben 14 vermieden werden kann, und das Spiel zwischen dem Zylinderblock und dem Kolben kann minimiert werden. Natürlich können auch andere Materialien als Fluorharz bevorzugt zum Ummanteln des Kolbens 14 verwendet werden.

Wie in Fig. 2 dargestellt kann der Schuh 76 einen kugelförmigen Oberflächenabschnitt 132 und einen im wesentlichen ebenen Oberflächenabschnitt 138 einschließen. In dieser repräsentativen Ausführungsform besitzt der im wesentlichen ebene Oberflächenabschnitt 138 eine geringfügig gekrümmte Oberfläche. Infolge des relativ großen Krümmungsradius kann die gekrümmte Oberfläche jedoch als im wesentlichen ebene Oberfläche definiert werden. Der äußere Umfang des im wesentlichen ebenen Oberflächenabschnitts 138 besitzt eine sich verjüngende Oberfläche. Ein abgerundeter Abschnitt, der einen relativ geringen Krümmungsradius besitzt, ist an der Grenze zwischen dem im wesentlichen ebenen Oberflächenabschnitt 138 und dem kugelförmigen Oberflächenabschnitt 132 vorgesehen. Ein Paar Schuhe 76 ist derart gelagert, dass der kugelförmige Oberflächenabschnitt 132 jedes Schuhs 76 gleitend mit der konkaven kugelförmigen Oberfläche 128 des Kolbens 14 gekoppelt ist. Der im wesentlichen ebene Oberflächenabschnitt 138 kontaktiert die gleitende Oberfläche 140, 142 des äußeren Umfangs der Taumelscheibe 60 derart, dass das Paar Schuhe 76 den äußeren Umfang der Taumelscheibe 60 von beiden Seiten hält.

Wie in Fig. 2 dargestellt schließt der Schuh 76 bevorzugt einen Hauptkörper 146, eine erste Hartschicht 150, eine zweite Hartschicht 152 und eine Antireibungsschicht 154 ein, die bevorzugt ein festes Gleitmittel 158 einschließt. Der Hauptkörper 146 des Schuhs 76 ist bevorzugt aus einer Aluminiumsiliziumlegierung hergestellt, und die Taumelscheibe 60 kann aus Stahl hergestellt sein. Die gleitenden Oberflächen 140, 142 sind thermisch mit einem Material besprüht, das Aluminium und eine Antireibungsschicht aus synthetischem Harz einschließt. In einer Alternative können die gleitenden Oberflächen 140, 142 abschreckgehärtet sein und thermisches Besprühen eines Aluminiummaterials kann weggelassen sein. Als weitere Alternative kann die Taumelscheibe 60 aus einem Material hergestellt sein, das primär Aluminium aufweist und beide gleitenden Oberflächen 140, 142 können mit einem Eisenmaterial thermisch besprüht sein. Natürlich ist das Material für die Taumelscheibe 60 nicht auf die oben beschriebenen Materialien begrenzt. Beispielsweise können auch Kupfermaterialien, sowie Bleibronze und Messing, ebenso verwendet werden. Zusätzlich kann die Taumelscheibe 60 bevorzugt durch thermisches Besprühen eines Kupfermaterials auf die Oberfläche eines Eisenmaterials hergestellt sein oder kann bevorzugt durch Sintern gekoppelt sein. Andere Materialien als die oben beschriebenen können in Kombination ebenso verwendet werden.

Die erste Hartschicht 150 ist über der äußeren Oberfläche des Hauptkörpers 146 des Schuhs 76 vorgesehen. Weiterhin ist die zweite Hartschicht 152 über der ersten Hartschicht 150 vorgesehen. Dann ist die Antireibungsschicht 154 über der gesamten äußeren Oberfläche der zweiten Hartschicht 152 gebildet. In Fig. 2 wurde die Dicke der ersten Hartschicht 150, der zweiten Hartschicht 152 und der Antireibungsschicht 154 überhöht zum Zwecke der Veranschaulichung. Sowohl die erste Hartschicht 150 als auch die zweite Hartschicht 152 weisen bevorzugt ein Metall als Hauptkomponente auf und besitzen eine Härte, die größer ist als 300 HV auf der Vickers-Härteskala. Bevorzugt kann jede Hartschicht 150, 152 mindestens 70 Gewichtsprozent Metall einschließen.

Die erste Hartschicht 150 kann beispielsweise aufweisen Nickelphosphor (NiP), Nickelboron (NiB), Nickelphosphorboronwolfram (NiPBW), Kobaltphosphor (CoP) oder Hartchrombeschichtung. Bevorzugt wird eine Beschichtung oder eine Schicht von NiP für die erste Hartschicht 150 verwendet. Die NiP-Schicht schließt bevorzugt 90 bis 92 Gewichtsprozent Nickel und 8 bis 10 Gewichtsprozent Phosphor ein. Die Vickers-Härte der NiP-Schicht beträgt bevorzugt etwa 400 bis 550 HV.

Die zweite Hartschicht 152 kann bevorzugt aufweisen Nickelboron (NiB), Nickelphosphorboronwolfran (NiPBW), Kobaltphosphor (CoP) oder Hartchrombeschichtung. Bevorzugt wird eine Beschichtung oder Schicht NiP für die zweite Hartschicht 152 verwendet. Die NiB-Schicht schließt bevorzugt näherungsweise 99 Gewichtsprozent Nickel und näherungsweise 1 Gewichtsprozent Boron ein. Die Vickers-Härte der NiB-Schicht beträgt bevorzugt etwa 700 bis 900 HV. Die NiP-Schicht, die NiB-Schicht, die NiPBW-Schicht und die CoP-Schicht können bevorzugt eine nichtelektrolytisch beschichtete Schicht (chemisch beschichtete Schicht) sein. Dementsprechend können zwei beschichtete Schichten, die einheitliche Dicke besitzen, einfach auf den Hauptkörper 146 aufgebracht werden.

Wie in Fig. 3 dargestellt definiert eine Schicht synthetischen Harzes, das das feste Gleitmittel 158 einschließt, bevorzugt die Antireibungsschicht 154. Das feste Gleitmittel kann bevorzugt aus einer oder mehreren von Molybdändisulfid (MoS₂), Boronnitrid (BN), Wolframdisulfid (WS₂), Graphit oder Polytetrafluoräthylen ausgewählt sein. Weiterhin kann das synthetische Harz bevorzugt aus einem oder mehreren von Polyamidimid, Epoxyharz, Polyätherketon oder phenolischem Harz ausgewählt sein. Durch Einschließen des festen Gleitmittels 158 in das Harz kann der Abnutzungswiderstand verbessert und der Reibkoeffizient vermindert werden. Bevorzugt kann die Ni-P-beschichtete Schicht bzw. die Ni-B-beschichtete Schicht eine Dicke von 25 µm (Mikrometer) besitzen und die Schicht synthetischen Harzes kann eine Dicke von 5 µm besitzen.

Ein repräsentatives Verfahren zum Bilden der Antireibungsschicht 154 wird nachfolgend beschrieben. Zuerst werden die erste Hartschicht 150 und die zweite Hartschicht 152 über den Hauptkörper 146 gelegt, um ein Zwischenprodukt für den Schuh 76 bereitzustellen. Dann wird die Antireibungsschicht 154 über dem Zwischenprodukt gebildet. Bekannte Verfahren können zum Bilden der Antireibungsschicht 154 verwendet werden, wie Taumeln oder Sprühen. Falls Taumeln verwendet wird, kann eine Vielzahl an Schuhen 76 in einem Taumler vorgesehen sein. Während der Taumler rotiert wird, wird ein flüssiges Umhüllungsmaterial, das die Antireibungsschicht 154 bildet, in den Taumler gesprüht, um die Schuhe 76 gleichmäßig zu umhüllen. Falls das Sprühverfahren verwendet wird, wird ein flüssiges Umhüllungsmaterial auf eine Vielzahl an Schuhen 76 gesprüht, um das flüssige Umhüllungsmaterial gleichmäßig aufzubringen. Nach dem Aufbringen des Umhüllungsmaterials wird das Umhüllungsmaterial gehärtet, um die Antireibungsschicht 154 zu erhalten. Optional kann das Zwischenprodukt vor dem Aufbringen der Antireibungsschicht 154 sandgestrahlt oder chemisch geätzt werden.

Durch Verwenden der Antireibungsschicht 154 kann die Antireibungsleistung des kugelförmigen Oberflächenabschnitts 132 und des im wesentlichen ebenen Oberflächenabschnitts 138 des Schuhs 76 hinsichtlich der Gleitbewegung gegenüber der Taumelscheibe 60 und dem Kolben 14 erhöht werden. Daher kann die Gleitreibung des Schuhs 76 vermindert werden und es kann ein Festfressen des kugelförmigen Oberflächenabschnitts 132 mit der konkaven kugelförmigen Oberfläche 128 des Kolbens 14 verhindert werden. Zusätzlich kann ein Festfressen zwischen dem im wesentlichen ebenen Oberflächenabschnitt 138 und den gleitenden Oberflächen 140, 142 der Taumelscheibe 60 ebenso vermieden oder vermindert werden. Weiterhin kann durch Einschließen der ersten metallischen Hartschicht 150 und der zweiten metallischen Hartschicht 152 zwischen dem Hauptkörper 146 und der Antireibungsschicht 154 die Antireibungsschicht 154 sicher an dem Hauptkörper 146 angebracht werden. Daher können die erste und zweite Hartschicht 150, 152 ebenso als ein Klebstoff für die Antireibungsschicht 154 funktionieren. Daraus ergibt sich, dass ein Abschälen der Antireibungsschicht 154 von dem Hauptkörper 146 (Schuh 76) ausgeschlossen oder minimiert werden kann.

Die NiP-beschichtete erste Hartschicht 150 ist bevorzugt zwischen dem Hauptkörper 156 und der NiB-beschichteten zweiten Hartschicht 152 vorgesehen. Die erste Hartschicht 150 kann ebenso als ein Klebstoff derart funktionieren, um die zweite Hartschicht 152 eng an dem Hauptkörper 146 anzubringen. Das heißt, die NiB-beschichtete Schicht kann vor einem Abschälen von dem Hauptkörper 146 geschützt werden. Falls die Härte der NiB-beschichteten Schicht größer ist als die Härte der NiP-beschichteten Schicht, kann die NiB beschichtete Antireibungsschicht eine höhere Antiabnutzungsleistung besitzen. Weiterhin, da das Verfahren zum Bilden der NiB-beschichteten Schicht relativ teuer sein kann, kann die Dicke der NiP-beschichteten Schicht bevorzugt größer sein als die Dicke der NiB-beschichteten Schicht, um die Herstellungskosten zu vermindern.

Darüber hinaus, durch Verteilen oder Mischen des festen Gleitmittels 158 in die NiB-beschichtete zweite Hartschicht 152 können der zweiten Hartschicht 152 Antireibungseigenschaften verliehen werden. Beispielsweise kann die Antireibungsleistung erhöht werden, falls eine NiPBW-beschichtete Schicht als zweite Hartschicht 152 verwendet wird.

Die NiP-beschichtete erste Hartschicht 150 funktioniert ebenso bevorzugt als eine stoßabsorbierende Schicht, wenn eine Kraft von außen aufgebracht wird. Daher kann ein Abschälen und Abplatzen der ersten und zweiten Hartschicht 150, 152 und der Antireibungsschicht 154 von dem Hauptkörper 156 vermieden oder vermindert werden. Daraus ergibt sich, dass die Gleitleistung und die Dauerhaftigkeit des Schuhs 76 verbessert werden können.

Falls der Kompressor für eine lange Zeit betrieben wird, kann die Antiverschleißfähigkeit der Antireibungsschicht 154 des Schuhs 76 möglicherweise vermindert werden. Dieser Langzeitbetrieb des Kompressors kann möglicherweise zu einer unzureichenden Versorgung mit Schmieröl führen, wodurch eine teilweise Abnutzung der Antireibungsschicht 154 verursacht werden kann. Falls die Antireibungsschicht 154 abgenutzt ist, wird die zweite Hartschicht 152 freigelegt, jedoch wird der Hauptkörper 146 nicht nach außen freigelegt sein. Allerdings, selbst wenn die zweite Schicht 152 freigelegt wird, kann verhindert werden, dass der Hauptkörper 146 freigelegt und durch Reibung abgenutzt wird, da die zweite Hartschicht 152 stark an dem Hauptkörper 146 haften wird, und gute Antiabnutzungs- und Antireibungseigenschaften besitzt.

Weiterhin, da die auf die Oberflächen des Schuhs 76 aufgebrachte Kraft (Druck) periodisch in Antwort auf die Rotation der Taumelscheibe 60 variiert, ist die Antireibungsschicht 154 ergänzt von der Umgebung der Antireibungsschicht 154 zu dem Bereich, in welchem die Antireibungsschicht 154 abgenutzt ist. Daher wird die Abnutzung repariert werden, wenn der Oberflächendruck des Schuhs 76 abnimmt. Ein repräsentatives Verfahren zum Reparieren der Antireibungsschicht 154 kann wie folgt ablaufen. Infolge der Reibungskraft und der erzeugten Wärme, wenn sich der Schuh 76 gegenüber der Taumelscheibe 60 und dem Kolben 14 bewegt, wird die Antireibungsschicht 154, welche feste Gleitmittel 158 einschließt, zu dem Bereich fließen, in welchem die Antireibungsschicht 154 abgenutzt oder abgeschält worden ist. Daraus ergibt sich, dass die Antireibungsschicht 154 repariert werden wird. Daher wird die Antireibungsleistung nicht vermindert, selbst wenn der Kompressor für eine lange Zeit betrieben wird.

Weiterhin, selbst wenn die Versorgung mit Schmieröl infolge eines Leckens von Kühlgas nach außerhalb des Kompressors vermindert ist, kann der Schuh 76 die hohe Antireibungsleistung aufrechterhalten, wodurch ein Festfressen der Schuhe 76 gegenüber der Taumelscheibe 60 und dem Kolben 14 verhindert wird. Daher kann die Betriebsdauer des Schuhs 76 ausgedehnt werden. Beispielsweise wurde der oben beschriebenen repräsentative Kompressor unter trockenen Bedingungen (d. h. keine Schmierung) betrieben und die Taumelscheibe 60 wurde mit einer Drehzahl von 1000 U/min (Umdrehungen pro Minute) betrieben. In diesem Zustand war der Schuh 76 gegen die Taumelscheibe 60 und dem Kolben 14 nach 74 Sekunden festgefressen, wenn die Antireibungsschicht 154 über die gesamte zweite Hartschicht 152 vorgesehen war, und nach 73 Sekunden, wenn die Antireibungsschicht 154 nur über den kugelförmigen Oberflächenabschnitt 132 vorgesehen war. Andererseits wurde bei dem bekannten Kompressor (oben beim Stand der Technik beschrieben) ein Festfressen gegenüber der Taumelscheibe und dem Kolben im Mittel nach 49 Sekunden beobachtet (44 Sekunden bei der ersten Messung und 54 Sekunden bei der zweiten Messung).

Die Antireibungsschicht 154 kann bevorzugt nur auf einer Seite des kugelförmigen Oberflächenabschnitts 132 und des ebenen Oberflächenabschnitts 138 vorgesehen sein. Fig. 4 zeigt beispielsweise eine zweite repräsentative Ausführungsform, in welcher die Antireibungsschicht 154 nur über den kugelförmigen Oberflächenabschnitt 132 angeordnet ist. Weiterhin zeigt Fig. 5 eine dritte repräsentative Ausführungsform, in welcher die Antireibungsschicht 154 nur über der im wesentlichen ebenen Oberfläche 138 vorgesehen ist.

Fig. 6 zeigt eine vierte repräsentative Ausführungsform, in welcher die zweite Hartschicht 154 durch eine metallische Schicht definiert ist, die ein festes Gleitmittel 400 aufweist. Das feste Gleitmittel 400 kann bevorzugt aus den oben hinsichtlich der ersten repräsentativen Ausführungsform beschriebenen Materialien ausgewählt sein. Da die zweite Hartschicht 152 das feste Gleitmittel 400 einschließt, kann die Antireibungsleistung des Schuhs 76 aufrechterhalten werden, selbst wenn die Antireibungsschicht 154 abgenutzt ist. Daraus ergibt sich, dass ein Festfressen des Schuhs 76 gegenüber dem Kolben 14 und der Taumelscheibe 60 vermieden oder vermindert werden kann.

Weiterhin kann der oben beschriebene Schuh 76 bevorzugt in einem Taumelscheibenkompressor des Festkapazitätstyps eingesetzt werden, wie einem Taumelscheibenkompressor, der einen doppelköpfigen Kolben einschließt.

Claims

1. Kompressor, der aufweist:
eine Antriebswelle,
eine mit der Antriebswelle gekoppelte Taumelscheibe, worin die Taumelscheibe in Antwort auf eine Rotation der Antriebswelle rotiert,
einen in einer Zylinderbohrung angeordneten Kolben, wobei der Kolben einen Betätigungsabschnitt besitzt, und
einen Schuh, der den Betätigungsabschnitt des Kolbens mit dem äußeren Rand der Taumelscheibe koppelt, wodurch sich der Kolben in Antwort auf eine Rotation der Taumelscheibe in der Zylinderbohrung hin und her bewegt, um ein Kühlmittel zu komprimieren,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Schuh einen Hauptkörper, eine metallische Hartschicht, die zumindest teilweise auf dem Hauptkörper angeordnet ist, und eine Antireibungsschicht, die zumindest teilweise auf der metallischen Hartschicht angeordnet ist, aufweist, worin der Hauptkörper einen kugelförmigen Oberflächenabschnitt und einen im wesentlichen ebenen Oberflächenabschnitt aufweist und Aluminium aufweist, die metallische Hartschicht eine Härte von mindestens HV 300 basierend auf der Vickers- Härteskala besitzt und auf mindestens einer des kugelförmigen Oberflächenabschnitts und des im wesentlichen ebenen Oberflächenabschnitts angeordnet ist, und die Antireibungsschicht ein synthetisches Harz und ein festes Gleitmittel aufweist.

2. Kompressor nach Anspruch 1, worin die Taumelscheibe neigbar mit der Antriebswelle gekoppelt ist und der Neigungswinkel der Taumelscheibe verändert werden kann, um die Kompressorausflusskapazität zu verändern.

3. Kompressor nach Anspruch 1 oder 2, worin das feste Gleitmittel mindestens eines von Molybdändisulfid (MoS₂), Boronnitrid (BN), Wolframdisulfid (WS₂), Graphit oder Polytetrafluoräthylen aufweist.

4. Kompressor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, worin das synthetische Harz zumindest eines von Polyamidimid, Epoxyharz, Polyätherketon oder phenolischem Harz aufweist.

5. Kompressor nach einem der Ansprüche 1 bis 4, worin der Kolben und die Taumelscheibe derart angeordnet und konstruiert sind, um die Antireibungsschicht des Schuhs während des Betriebs des Kompressors zu berühren.

6. Kompressor nach einem der Ansprüche 1 bis 5, der weiter aufweist eine metallische Schicht, die zwischen der metallischen Hartschicht und der Antireibungsschicht angeordnet ist, wobei die metallische Schicht ein festes Gleitmittel aufweist.

7. Kompressor nach einem der Ansprüche 1 bis 6, worin der im wesentlichen ebene Oberflächenabschnitt geringfügig gekrümmt ist.

8. Kompressor, der aufweist:
eine Antriebswelle,
eine mit der Antriebswelle gekoppelte Taumelscheibe, worin die Taumelscheibe in Antwort auf eine Rotation der Antriebswelle rotiert,
einen in einer Zylinderbohrung angeordneten Kolben,
eine Einrichtung zum Koppeln des Kolbens mit der Taumelscheibe, so dass der Kolben sich in der Zylinderbohrung hin und her bewegen wird, um ein Kühlmittel in Antwort auf eine Rotation der Taumelscheibe zu komprimieren,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Kopplungseinrichtung einen Hauptkörper, eine metallische Hartschicht, die zumindest teilweise auf dem Hauptkörper angeordnet ist, und eine Antireibungsschicht, die zumindest teilweise auf der metallischen Hartschicht angeordnet ist, aufweist, worin der Hauptkörper einen kugelförmigen Oberflächenabschnitt und einen im wesentlichen ebenen Oberflächenabschnitt aufweist und Aluminium aufweist, die metallische Hartschicht eine Härte von mindestens HV 300 basierend auf der Vickers-Härteskala besitzt und auf mindestens einer des kugelförmigen Oberflächenabschnitts und des im wesentlichen ebenen Oberflächenabschnitts angeordnet ist, und die Antireibungsschicht ein synthetisches Harz und ein festes Gleitmittel aufweist.

9. Kompressor nach Anspruch 8, worin die Taumelscheibe neigbar mit der Antriebswelle gekoppelt ist und der Neigungswinkel der Taumelscheibe verändert werden kann, um die Kompressorausflusskapazität zu verändern.

10. Kompressor nach Anspruch 8 oder 9, worin das feste Gleitmittel zumindest eines von Molybdändisulfid (MoS₂), Boronnitrid (BN), Wolframdisulfid (WS₂), Graphit oder Polytetrafuoräthylen aufweist.

11. Kompressor nach einem der Ansprüche 8 bis 10, worin das synthetische Harz zumindest eines von Polyamidimid, Epoxyharz, Polyätherketon oder phenolischem Harz aufweist.

12. Kompressor nach einem der Ansprüche 8 bis 11, worin der Kolben und die Taumelscheibe derart angeordnet und konstruiert sind, um die Antireibungsschicht der Kopplungseinrichtung während des Betriebes des Kompressors zu berühren.

13. Kompressor nach einem der Ansprüche 8 bis 12, der weiter aufweist eine zwischen der metallischen Hartschicht und der Antireibungsschicht vorgesehene metallische Schicht, wobei die metallische Schicht mindestens ein festes Gleitmittel ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Molybdändisulfid (MoS₂), Boronnitrid (BN), Wolframdisulfid (WS₂), Graphit und Polytetrafluoräthylen aufweist.

14. Kompressor nach einem der Ansprüche 8 bis 13, worin der im wesentlichen ebene Oberflächenabschnitt geringfügig gekrümmt ist.