DE102004061224A1

DE102004061224A1 - Kolben-Zylinder-Anordnung, insbesondere für einen Taumelscheibenverdichter

Info

Publication number: DE102004061224A1
Application number: DE102004061224A
Authority: DE
Inventors: Dieter Spurny; Dieter Weisse
Original assignee: Knorr Bremse Systeme fuer Nutzfahrzeuge GmbH
Current assignee: Knorr Bremse Systeme fuer Nutzfahrzeuge GmbH
Priority date: 2004-12-20
Filing date: 2004-12-20
Publication date: 2006-06-29
Anticipated expiration: 2024-12-21
Also published as: ATE392552T1; EP1831568A1; EP1831568B1; DE102004061224B4; WO2006066829A1; DE502005003786D1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Kolben-Zylinder-Anordnung eines Verdichters, insbesondere eines Taumelscheibenverdichters, gemäß Oberbegriff des Patentanspruches 1. Um hierbei die Zylinderwandtemperatur bei gleichzeitiger Erhöhung der Verdichterleistung auf ein materialtechnisch erträgliches Maß zu reduzieren, ist erfindungsgemäß vorgeschlagen, dass in dem durch das Gehäuse gebildeten Zylinder eine gekühlte Laufbuchse eingesetzt ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Kolben-Zylinder-Anordnung eines Verdichters, insbesondere eines Taumelscheibenverdichters, mit einem den Zylinder bildenden Gehäuse, in welchem ein Kolben zur Erzeugung von Druckluft untergebracht ist.

Aus der EP 0 859 151 A2 ist ein sogenannter Taumelscheibenverdichter bekannt, welcher mehrere Kolben-Zylinder-Anordnungen besitzt, die zur Erzeugung von Druckluft dienen. Die Zylinder sind direkt im Gehäuse angeordnet, d.h. von der Gehäusewandung gebildet. Das Gehäuse ist üblicherweise als Gussteil gefertigt, welches spanend bearbeitet ist. Die Dichtringe des Kolbens kommen direkt an der Innenwandung des durch das Gehäuse gebildeten Zylinders zur Anlage und verursachen bei der Hin- und Herbewegung aufgrund der hierbei auftretenden Gleitreibung eine erhebliche Wärmeentwicklung. Bisher wurde die so entstehende Wärme durch Abstrahlung auf der Gehäuseaußenseite an die Umgebung abgeführt.

Zur Schmierung des Taumelscheibenverdichters werden Öle verwendet, die gemäß des besagten Standes der Technik aus dem Ölkreislauf des Antriebsmotors eines solchen Aggregates kommen an dem ein solcher Verdichter platziert ist. In diesem Beispiel ist der Verdichter in einem Fahrzeug angeordnet und soll Druckmittel für druckmittelbetriebene Aggregate im Fahrzeug erzeugen. So wird in diesem Fall der Ölkreislauf des Fahrzeugmotors angezapft.

Wenn nun die Kolben-Zylinder-Anordnung durch Dauerbetrieb sehr heiß wird, dann wird innerhalb des Verdichters Ölkohle gebildet, die sich ablagert. In der beschriebenen Anordnung versucht man dieses Problem dadurch zu lösen, dass man möglichst wenig Öl von den Antriebsvorräumen in den Zylinderraum gelangen lässt. Eine saubere und bedarfsgerechte Schmierung ist aber unverzichtbar.

Problematisch ist aber auch noch, dass bei Taumelscheibenverdichtern neuerer Bauart höhere Verdichterdrücke erzielt werden sollen, so dass die thermische Belastung aufgrund verstärkter Reibung und höherer Kolbenfrequenz steigt. Die bereits in der EP 859 151 A2 beschriebene Problematik verschärft sich damit noch mehr, und ist allein über die herkömmlichen Kühlmaßnahmen nicht zu lösen.

Der Erfindung Liegt daher die Aufgabe zugrunde, dass die Zylinderwandtemperatur bei gleichzeitiger Erhöhung der Verdichterleistung auf ein materialtechnisch erträgliches Maß reduziert wird.

Die gestellte Aufgabe wird bei einer Kolben-Zylinder-Anordnung der gattungsgemäßen Art erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungsvarianten sind in den nachfolgenden, abhängigen Ansprüchen angegeben.

Der Kern der Erfindung ist hierbei, dass in dem durch das Gehäuse gebildeten Zylinder eine separate, gekühlte Zylinderlaufbuchse eingesetzt ist, welche vorzugsweise mit mindestens drei Längsrippen zur Abstandhaltung gegenüber der umgebenden Zylinderwandung und zur Verdrehsicherung versehen ist. Natürlich können die Längsrippen alternativ auch seitens des Gehäuses angeordnet sein. Drei Längsrippen reichen dabei völlig aus, um eine unverrückbare Abstandhaltung zu erzielen. Durch den so gebildeten Abstand, d.h. die hieraus entstehenden Kammern, kann Kühlmittel strömen.

Vorzugsweise greift jede Längsrippe in eine korrespondierende teilkomplementär ausgebildete Nut der Zylinderwandung oder umgekehrt ein, so dass aufgrund eines zumindest teilformschlüssigen Eingriffes die innere Zylinderlaufbuchse gegenüber der Zylinderwandung des Gehäuses zusätzlich verdrehgesichert ist.

Weiterhin ist vorteilhaft ausgestaltet, dass der Außendurchmesser der Zylinderlaufbuchse respektive der Längsrippen, sowie die Nute in der Zylinderwandung bzw. der Zylinderlaufbuchse, sowie die Zylinderwandungsinnendurchmesser so aufeinander abgestimmt sind, dass sich zwischen Zylinderbuchse und Zylinderwandung Kammern ergeben. Die Kammern sollten untereinander derart verbunden sein, dass diese effizient mit einem Kühlmittel durchströmbar sind.

Vorzugsweise sind die Kammern dabei strömungstechnisch in Reihe angeordnet. Um eine besonders effiziente Kühlmittelführung zu ermöglichen, ist es jedoch auch denkbar, dass alle Kammern strömungstechnisch parallel zueinander geschaltet sind. Bei hohem Kühlmitteldurchsatz kann hierdurch eine besonders gute Kühlwirkung erzielt werden.

Weiterhin ist vorgesehen, dass die Zylinderlaufbuchse an beiden Stirnflächen mit Dichtringen zur Abdichtung gegenüber angrenzenden Bauteilen versehen ist. Hierdurch wird eine einfache und unkomplizierte Abdichtung zwischen Verdichtungsraum und Kühlraum geschaffen. In das erzeugte Druckmittel können somit keine Kühlmittel geschleppt werden und umgekehrt. In entsprechender und vorteilhafter Ausgestaltung sind in den Stirnseiten der Zylinderlaufbuchse Ringrillen angeordnet, in welche die Dichtringe überstehend eingelegt werden können, um bei genauer Lagesicherung auch eine zuverlässige Dichtwirkung zu erzielen.

In vorteilhafter Ausgestaltung sind nun eine Mehrzahl von so ausgebildeten Kolben-Zylinder-Anordnungen parallel angeordnet und deren Druckräume, sowie auch deren Kühlmittelräume strömungstechnisch miteinander verbunden. Hierdurch ergibt sich zum einen, dass eine relativ große gesamte Druckmittelförderleistung geschaffen werden kann und andererseits für die gesamte Verdichtereinheit ein geschlossener Kühlkreislauf gebildet werden kann.

In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung ist die Zylinderlaufbuchse aus einem Strangpressprofil mit integriert angeordneten Längsrippen hergestellt. Alternativ dazu ist es auch möglich, das Gehäuse und die Zylinderlaufbuchsen aus einem Stück zu gießen und nachfolgend spanend zu bearbeiten.

Insgesamt ergibt sich der Vorteil, dass die gestellte Aufgabe auf einfache aber wirkungsvolle Weise gelöst ist, und dass im Reparatur- oder Wartungsfall die erfindungsgemäße Zylinderlaufbuchse einfach austauschbar ist.

Weitere die Erfindung verbessernde Maßnahmen sind in der Zeichnung dargestellt und nachfolgend näher beschrieben. Es zeigt:
1 Kolben-Zylinder-Anordnung im Ausgestaltungsbeispiel eines Taumelscheibenverdichters mit Zylinderlauftbuchse, und
2 Draufsicht auf Zylinder mit eingesetzter Zylinderlauftbuchse.
1 zeigt eine Kolben-Zylinder-Anordnung 1 im Ausgestaltungsbeispiel eines Taumelscheibenverdichters in einer Teilansicht.
Innerhalb des Gehäuses 2 sind der Kolben 5 mit der Kolbenstange 7 angeordnet. Innerhalb des im Gehäuse gebildeten Zylinderraumes ist die erfindungsgemäße Laufbuchse 8 angeordnet. Der Kolben 5 ist so bemessen, dass er über die Kolbendichtringe 9 dicht innerhalb der Zylinderlaufbuchse läuft. Die Reibung entsteht zwischen den Kolbendichtringen 9 und der erfindungsgemäßen Zylinderlaufbuchse B.
Die Zylinderlaufbuchse 8 erstreckt sich aber nicht werkstofffüllend in dem verbleibenden Innenraum des ansonsten im Stand der Technik genutzten Zylinderraumes, sondern verkleinert den ursprünglichen Zylinderraum auf den Innendurchmesser der Zylinderlaufbuchse 8.
Die Zylinderlaufbuchse 8 weist desweiteren am Außenumfang angeformte Längsrippen 6 auf, die dieselbe in einem kammerbildenden Abstand zur Innenwandung des Gehäuses 2 bzw. der ursprünglichen Zylinderinnenwandung halten. Die in der nachfolgenden Figur noch deutlicher gezeigten Kammern werden zusätzlich an den Stirnseiten der Zylinderlaufbuchse 8 gegenüber dem übrigen Innenraum, bzw. gegenüber dem so gebildeten tatsächlichen Zylinderraum, in dem der Kolben 5 geführt wird, abgedichtet. Hierzu sind die Stirnseiten der Zylinderlaufbuchse 8 mit Dichtringen versehen, die in dort eingebrachten Ringrillen eingelegt sind.
Die durch die Längsrippen gebildeten Kammern 11... werden von einem Kühlmittel durchströmt. Dadurch kann direkt im Bereich der entstehenden Reibung die Wärme abgeführt werden. Dadurch wird aufgabengemäß verhindert, dass sich dieser Bereich überhitzt. Es wird so der Bildung von ablagernder Ölkohle vorgebeugt.
Die Kolbenstange 7 greift dabei – wie im Stand der Technik – in die Lagerung mit einer Taumelscheibe ein, die mit einem Antrieb verbunden ist, und die Drehbewegung einer Antriebswelle in Hubbewegungen des Kolbens umsetzt. Dabei sind eine Mehrzahl von Kolben-Zylinder-Anordnungen 1 über die jeweiligen Kolbenstangen an die Taumelscheibe gekoppelt.
Am Auslassventil 4 wird dabei das so verdichtete Druckmittel ausgegeben.
2 zeigt einen Querschnitt durch die erfindungsgemäße Kolben-Zylinder-Anordnung 1 im Bereich der erfindungsgemäßen Zylinderlaufbuchse 8. Hierbei sind auch die relativen Größenverhältnisse der einzelnen Komponenten zueinander zu sehen.
Die Zylinderlaufbuchse 8 ist innerhalb des ursprünglichen Zylinderraumes so platziert, dass die außen an der Zylinderlaufbuchse 8 angeformeten Längsrippen 6 an der Innenwandung des ursprünglichen Zylinderraumes anliegen. Um eine drehfeste und sichere Fixierung der Zylinderlaufbuchse 8 zu gewährleisten, sind innerhalb der Wandung komplementär eingeformte Rillen 30 vorgesehen, in denen die Längsrippen 6 der Zylinderlaufbuchse 8 formschlüssig einliegen, d.h. im Zuge der Montage eingeschoben werden. Der Formschluss ist dabei so bemessen, dass die Längsrippen 6 hinsichtlich der Tiefe nur teilweise einliegen, so dass eine feste verdrehsichere Lage erreicht wird. Dennoch soll der übrige Querschnitt der Längsrippen 6 die erfindungsgemäße Zylinderlaufbuchse 8 zur ursprünglichen Zylinderinnenwandung in einem definierten Wandungsabstand halten, so dass sich dazwischen Kammern 11, 12, 13 und 14 ausbilden können.
Durch die vier Längsrippen 6 ergeben sich hierbei vier abgeteilte Kammern 11, 12, 13 und 14. Diese Kammern 11, 12, 13 und 14 sind, wie in 1 zu sehen war, an den Stirnseiten der Zylinderlaufbuchse 8 mit Dichtringen abgedichtet. Zum einen gegeneinander und zum anderen auch gegenüber dem Innenraum im Gehäuse 2 und dem durch die Zylinderlaufbuchse 8 gebildeten neuen Zylinderraum.
Diese so gebildeten Kammern 11, 12, 13, 14 werden dabei mit Kühlmittel durchströmt. Dabei können Kanäle vorgesehen sein, die die Kammern 11, 12, 13, 14 seriell oder parallel mit einem Kühlmittelkreislauf verbinden.
Weiterhin werden bei einem Taumelscheibenverdichter mehrere Kolben-Zylinder-Anordnungen mechanisch an eine Taumelscheibe gekoppelt. Dabei können die so insgesamt entstehenden Kammern seriell oder parallel durchströmt mit einem Kühlmittelkreislauf verbunden sein.
Es ergeben sich bei einem Verdichter dieser Bauart erfindungsgemäß die oben beschriebenen Vorteile, und damit eine deutliche funktionelle Verbesserung gegenüber Taumelscheibenverdichtern herkömmlicher Bauart.

1: Kolben-Zylinder-Anordnung
2: Gehäuse
3: Zylinderkopf
4: Auslassventil
5: Kolben
6: Längsrippe
7: Kolbenstange
8: Laufbuchse
9: Kolbendichtringe
10: 1. Dichtung
11: 1. Kammer
12: 2. Kammer
13: 3. Kammer
14: 4. Kammer
20: 2. Dichtung
30: Rille

Claims

Kolben-Zylinder-Anordnung eines Verdichters, insbesondere eines Taumelscheibenverdichters, mit einem den Zylinder bildenden Gehäuse (2), in welchem ein Kolben (5) zur Erzeugung von Druckluft untergebracht ist, dadurch gekennzeichnet, dass zur Verbesserung der Kühlung in dem durch das Gehäuse (2) gebildeten Zylinder eine separate, gekühlte Zylinderlaufbuchse (8) eingesetzt ist.
Kolben-Zylinder-Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Zylinderlaufbuchse (8) oder das Gehäuse (2) mit mindestens drei Längsrippen (6) zur gleichmäßigen Abstandhaltung gegenüber dem umgebenden Gehäuse (2) bzw. der Zylinderlaufbuchse (2) sowie zur Verdrehsicherung der besagten korrespondierenden Bauteile versehen ist.
Kolben-Zylinder-Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei der Längsrippen (6) in eine korrespondierende und zumindest teilkomplementär ausgebildete Rille (30) in der Zylinderwandung eingreift, so dass aufgrund eines formschlüssigen Eingriffs die Zylinderlaufbuchse (8) gegenüber der Zylinderwandung des Gehäuses (2) verdrehgesichert ist.
Kolben-Zylinder-Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Außendurchmesser der Zylinderlaufbuchse (8) respektive aller Längsrippen (6) sowie zugeordneter Rillen (30) in der Zylinderwandung sowie die Zylinderwandungsinnendurchmesser auch so aufeinander abgestimmt sind, dass sich zwischen Zylinderlaufbuchse (8) und Zylinderwandung des Gehäuses (2) Kammern (11, 12, 13, 14) ergeben.
Kolben-Zylinder-Anordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Kammern (11, 12, 13, 14) untereinander strömungstechnisch in Verbindung stehen, so dass diese zu Kühlzwecken mit einem durch einen Kühlkreislauf bewegten Kühlmittel durchströmbar sind.
Kolben-Zylinder-Anordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Zylinderlaufbuchse (8) an beiden Stirnflächen mit Dichtringen (9) versehen ist, um eine Abdichtung der kühlmitteldurchströmten Kammern (11, 12, 13, 14) der Zylinderlaufbuchse (8) gegenüber angrenzenden Bauteilen zu schaffen.
Kolben-Zylinder-Anordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass in den Stirnseiten der Zylinderlaufbuchse (8) Ringrillen mit einem teilweise Profilquerschnitt angeordnet sind, in welche die Dichtringe (9) nach Außen hin überstehend einlegbar sind.
Kolben-Zylinder-Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Zylinderlaufbuchse (8) aus einem Strangpressprofil mit integriert angeordneten Längsrippen (6) besteht.
Kolben-Zylinder-Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (2) und die Zylinderlaufbuchse (8) aus einem Stück gegossen und nachfolgend spanend bearbeitet sind.