DE102006001173A1

DE102006001173A1 - Hubkolbenkompressor mit einer Kolbenführung

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Publication number: DE102006001173A1
Application number: DE102006001173A
Authority: DE
Original assignee: Obrist Engineering GmbH
Current assignee: Obrist Engineering GmbH
Priority date: 2006-01-08
Filing date: 2006-01-08
Publication date: 2007-07-12
Also published as: WO2007080481A1; KR20080082005A; DE112007000085A5; CN101365878B; CN101365878A

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Hubkolbenkompressor, insbesondere zur Verdichtung von Kältemittel in einem Kältemittelkreislauf. DOLLAR A Erfindungsgemäß weist der Hubkolbenkompressor eine Kompressorgehäuse (2, 2', 2'') auf, in dem wenigstens ein Kompressionszylinder (3, 3', 3'') angeordnet ist, der auf einer ersten Seite über eine Zylinderkopfanordnung (4) begrenzt ist und in dem ein Kolben (5, 5') translatorisch beweglich gelagert ist, wobei der Kolben mittels eines Kraftübertragungselements, insbesondere mittels einer Taumel- oder Schwenkscheibe im Bereich eines Kolbenfußes (5b, 5b') ansteuerbar ist und wobei dem Kolben ein Kolbenrücken (5c, 5c') zugeordnet ist, an dem der Kolben im Betrieb abstützbar geführt ist, wobei dem Kolben (5, 5') eine Gleitschiene (8, 8', 8'') zugeordnet ist, die sich in etwa parallel zur Kolbenachse (3a, 3a') erstreckt und in radialer Richtung und/oder quer zur Kolbenachse und/oder quer zur Antriebsachse (2c, 2c', 2c'') des Kraftübertragungselements einen Abstand zum Kompressorgehäuse (2b) aufweist. DOLLAR A Anwendung in Kältemittelkreisläufen, insbesondere von Klimaanlagen.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Hubkolbenkompressor, insbesondere zur Verdichtung von Kältemittel in einem Kältemittelkreislauf mit einem Kompressorgehäuse, in dem wenigstens ein Kompressionszylinder angeordnet ist, der auf einer ersten Seite über eine Zylinderkopfanordnung begrenzt ist und in dem ein Kolben translatorisch bewegbar gelagert ist, wobei der Kolben mittels eines Kraftübertragungselements, insbesondere mittels einer Taumel- oder Schwenkscheibe im Bereich eines Kolbenfußes ansteuerbar ist und wobei dem Kolben ein Kolbenrücken zugeordnet ist, an dem der Kolben im Betrieb abstützbar gestaltet ist.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen kostengünstig herstellbaren Hubkolbenkompressor der eingangs genannten Art derart auszubilden, dass eine Rotationsbewegung des Kolbens und insbesondere ein Klappern des Kolbens zuverlässig vermieden ist.

Diese Aufgabe wird gelöst durch einen Hubkolbenkompressor mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Bei einem derartigen Hubkolbenkompressor ist dem Kolben eine Gleitschiene zugeordnet, die sich in etwa parallel zur Kolbenachse erstreckt und in radialer Richtung und/oder quer zur Kolbenachse und/oder quer zur Antriebsachse des Hubkolbenkompressors einen Abstand zum Kompressorgehäuse aufweist. Die Gleitschiene ist bevorzugt als vom Kompressorgehäuse unabhängiges, separates Bauelement ausgeführt und weist eine ebene Gleitfläche auf, der im Bereich des Kolbenrückens eine korrespondierende Kolbengleitfläche zugeordnet ist. Die Gleitfläche der Gleitschiene und die Kolbengleitfläche sind parallel zueinander angeordnet und dienen als einseitig wirkendes Gleitlager, über das Kräfte in Richtung des Umfangs des bevorzugt kreiszylindrisch ausgeführten Kompressorgehäuses übertragbar sind, wobei bevorzugt sowohl die Kolbengleitfläche als auch die Gleitfläche der Gleitschiene mit einem radialen Abstand zum Kompressorgehäuse quer zur Kolbenachse und/oder quer zur Antriebsachse des Kraftübertragungselements ausgeführt sind. Eine Lagerung der Gleitschiene am Kompressorgehäuse erfolgt bevorzugt über eine federnde Halterung und/oder über eine sich in Richtung der Kolbenachse erstreckende Halterung. Die letztgenannte Halterung kann einstückig sowohl mit einem Teil des Kompressorgehäuses als auch einstückig mit der Gleitschiene ausgeführt sein.

In Ausgestaltung der Erfindung sind dem Kolben zwei Gleitschienen zugeordnet, die wenigstens einen Abschnitt des Kolbenrückens umgreifen. Beide Gleitschienen weisen je eine Gleitfläche auf, wobei jeder Gleitfläche eine korrespondierende Kolbengleitfläche zugeordnet ist. Die Gleitflächen der Gleitschienen sind bevorzugt parallel zueinander angeordnet, alternativ weisen sie einen spitzen Winkel auf. Mit Hilfe der zwei Gleitschienen lässt sich der Kolben in zwei Richtungen gegen unerwünschte Rotationen sichern.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist eine im Bereich des Kolbenrückens angeordnete Nase vorgesehen, die im Betrieb an einer Gleitschiene entlang gleitet. Die Nase lässt sich derart dimensionieren, dass ein Optimum mit möglichst geringen Reibungskräften sowie ausreichender Führungseigenschaft sowie geringer Masse des Kolbens erzielbar ist.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung sind mehrere Gleitschienen, insbesondere Gleitschienen benachbarter Kolben miteinander verbunden oder einstückig ausgeführt. In bevorzugter Weise dient somit eine Gleitschiene zur Abstützung zweier benachbarter Kolben, was sich insbesondere bei Verwendung mehrerer, auf einer gemeinsamen Kreislinie angeordneter Kolben als vorteilhaft erweist.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist mehreren Kolben ein gemeinsamer, sich in Umfangsrichtung entlang der Innenseite des Kompressorgehäuses erstreckender Käfig zugeordnet, an dem mehrere Gleitschienen festgelegt sind. Ein derartiger Käfig dient in bevorzugter Weise zur gleichzeitigen Führung aller Kolben des Kompressors, wobei sich ein weitgehender Kräfteausgleich in Umfangsrichtung ergibt. Der Käfig ist in bevorzugter Weise einteilig ausgeführt und in das Kompressorgehäuse eingesetzt, wobei der Käfig an einem Oberteil des Kompressorgehäuses und/oder an einem Unterteil des Kompressorgehäuses abgestützt und/oder festgelegt ist.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist der Käfig aus einem metallischen Blechhalbzeug hergestellt, wobei der Werkstoff des Käfigs ähnlich dem Werkstoff der Kolben insbesondere in Form einer Aluminiumlegierung gewählt. Auf diese Weise sind mehrere Gleitschienen durch Biegen von an dem Blechhalbzeug vorgesehenen Laschen herstellbar.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung sind der Käfig und/oder einzelne Gleitschienen an einem Oberteil des Kompressorgehäuses festgelegt und weisen insbesondere einen Abstand zu einem Unterteil des Kompressorgehäuses auf.

Weitere Merkmale sowie Merkmalskombinationen der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnungen dargestellt sind.
Hierzu zeigen
1 in einer schematischen Darstellung einen Längsschnitt durch einen ersten Hubkolbenkompressor,
2 einen Querschnitt durch den ersten Hubkolbenkompressor gemäß 1 in Richtung der Linie II-II,
3 in einer perspektivischen Darstellung einen zweiten Hubkolbenkompressor,
4 einen Längsschnitt durch den zweiten Hubkolbenkompressor gemäß 3 entlang der Linie IV-IV und
5 in einer perspektivischen Darstellung ein Gehäuseteil eines dritten Hubkolbenkompressors.
Ein erfindungsgemäßer Hubkolbenkompressor 1 umfasst in allgemein bekannter Weise ein mehrteiliges Kompressorgehäuse 2, welches im Wesentlichen aus einem Oberteil 2a sowie einem Unterteil 2b besteht. Im Oberteil 2a des Kompressorgehäuses ist eine Mehrzahl von Kompressionszylindern 3 im Kreis um eine gemeinsame Achse 2c (Antriebsachse) herum angeordnet. Auf einer ersten Seite ist das Oberteil 2a in nicht näher dargestellter Weise mit Hilfe einer Zylinderkopfanordnung 4 abgeschlossen. In der Zylinderkopfanordnung 4 sind insbesondere mehrere Einlass- und Auslassventile positioniert, über die dem Hubkolbenkompressor 1 Kältemittel zu- und abführbar ist. Auf einer zweiten Seite schließt sich das Unterteil 2b an das Oberteil 2a an, wobei in dem Unterteil 2b der so genannte Triebraum 2d gebildet ist, in dem eine Antriebswelle gelagert ist, die ein nicht näher dargestelltes Kraftübertragungselement in Form einer Schwenkscheibe antreibt.
In den Kompressionszylindern 3 ist jeweils ein Kolben translatorisch verschiebbar gelagert. Ein Kolben 5 umfasst im Wesentlichen einen kreiszylindrischen Kolbenkopf 5a, einen Kolbenfuß 5b sowie einen Kolbenrücken 5c. Ein Kolben ist in allgemein bekannter Weise ausführbar, so dass auf die Details seiner Gestaltung sowie seiner Funktion nicht näher eingegangen werden muss.
Die auf der gemeinsamen Antriebswelle gelagerte, als Kraftübertragungselement dienende Schwenkscheibe greift über Gleitschuhe an dem Kolbenfuß 5b jedes Kolbens an und setzt eine Rotationsbewegung der Antriebswelle in die Translationsbewegung der Kolben 5 um. Hierzu ist die Schwenkscheibe mit variablem Winkel geneigt zur Antriebsachse angeordnet, wodurch sich u.a. auf die Kolben 5 einwirkende Kippkräfte und Drehmomente ergeben.
Den Kolben 5 ist ein Käfig 7 zugeordnet, der eine im wesentlichen kreiszylindrische Grundform aufweist mit einem Durchmesser, welcher geringfügig kleiner ausgeführt ist als der Innendurchmesser des Kompressorgehäuses 2, 2b im Bereich des Triebraums 2d. Der Käfig 7 umfasst im Wesentlichen ein ringförmiges Band 7a, welches in bevorzugter Weise mit geringem radialem Abstand zum Unterteil 2b des Kompressorgehäuses 2 in dieses eingesetzt ist. An mehreren, einzelnen Befestigungspunkten ist der Käfig 7 über einstückig mit dem Käfig ausgeführte, geringfügig federnde oder steife Halterungen 6 am Oberteil 2a festgelegt. Vorteilhafterweise ist der Käfig 7 mit geringer Masse leicht federnd ausgeführt. Ergänzend kann der Käfig über weitere Halterungen an dem Unterteil 2b abgestützt sein. Der Käfig ist in bevorzugter Weise aus einem metallischen Blechhalbzeug, insbesondere aus einem Lochblech, einem Gitter oder einer Folie hergestellt.
Pro Kolben sind an dem Käfig 7 zwei Gleitschienen 8 vorgesehen. Die Gleitschienen 8 sind in vorteilhafter Weise als vom Käfig 7 abragende Laschen ausgeführt. Die Gleitschienen 8 und der Käfig 7 sind bevorzugt einstückig hergestellt, wobei die Laschen in einfacher Weise aus dem Material des Käfigs herausgebogen sind. Als Werkstoff ist bevorzugt derselbe Werkstoff gewählt, aus dem die Kolben 5 beziehungsweise deren Kolbenrücken 5c hergestellt sind. In Frage kommen insbesondere Aluminiumknet- oder -gusslegierungen oder alternativ Eisen-, Nickel-, Magnesium- oder Titanlegierungen.
Wie sich aus 2 entnehmen lässt, ist an dem Kolben 5 im Bereich des Kolbenrückens 5c eine Nase 5d vorgesehen, die zwei in Richtung des Umfangs des Kompressorgehäuses 2 weisende Kolbengleitflächen 5e aufweist. Die Kolbengleitflächen 5e sind parallel zu jeweils korrespondierenden Gleitflächen 8a der Gleitschienen 8 orientiert. Somit umgreifen die zwei Gleitschienen 8 die Nase 5d mit geringem Spiel, so dass sich eine Abstützung des Kolbens 5 quer zur Richtung der translatorischen Bewegung und folglich eine effektive Vermeidung einer Rotation des Kolbens 5 um seine Achse ergibt.
In den 3 und 4 ist das Gehäuseoberteil 2a' eines zweiten erfindungsgemäßen Hubkolbenkompressors 1' schematisch dargestellt.
In dem Oberteil 2a' des Kompressorgehäuses ist wiederum eine Mehrzahl von Kompressionszylindern 3' im Kreis um eine gemeinsame Achse 2c' herum angeordnet. In den Kompressionszylindern 3' ist jeweils ein Kolben 5' translatorisch verschiebbar gelagert. Zur Vereinfachung ist in den 3 und 4 lediglich ein Kolben dargestellt. Ein Kolben 5' umfasst wiederum einen kreiszylindrischen Kolbenkopf 5a', einen Kolbenfuß 5b' sowie einen Kolbenrücken 5c'. Ein Antrieb der Kolben 5' erfolgt wiederum über ein Kraftübertragungselement, welches am Kolbenfuß 5b' angreift und eine Translationsbewegung der Kolben parallel zur Hauptachse 2c' des Kompressors 1' erzwingt.
Den Kolben 5' sind jeweils zwei quaderförmige Gleitschienen 8' mit rechteckigem Querschnitt zugeordnet, die den jeweiligen Kolbenrücken 5c' an zwei einander gegenüberliegenden Kolben gleitflächen 5e' umgreifen. Die Gleitschienen weisen ebenso wie die Kolben 5' in einer Richtung quer zur Hauptachse 2c' des Kompressors 1' einen Abstand zu einem nicht näher dargestellten Gehäuse-Unterteil des Kompressors auf. Hierdurch werden auf einfach realisierbare Weise Rotationen der Kolben 5' effektiv vermieden und eine Übertragung von Vibrationen an das Kompressorgehäuse 2' reduziert.
Zur Erzielung einer besonders reibungsarmen Führung des Kolbens 5c' sind an den Gleitschienen 8' einander paarweise gegenüberliegende Gleitflächen 8a' vorgesehen, die mit den Kolbengleitflächen 5e' korrespondieren. Die Gleitschienen 8' sind weitgehend formsteif ausgebildet und in bevorzugter Weise einstückig mit dem Oberteil 2a' und insbesondere aus einer Leichtmetall-Legierung oder einem Stahl ausgeführt, so dass eine Bewegung der Kolben in Umfangsrichtung sicher begrenzt wird.
In einem modifizierten Ausführungsbeispiel sind die Gleitschienen 8' aus einem reibungsarmen Kunststoff, beispielsweise aus Teflon hergestellt und formschlüssig am Gehäuse-Oberteil 2a' fixiert. In einem weiteren modifizierten Ausführungsbeispiel sind die Gleitflächen 8a' und/oder die Kolbengleitflächen 5e' mit einem reibungsmindernden Überzug versehen. In einem weiteren modifizierten Ausführungsbeispiel weisen die Gleitflächen 8a' und die Kolbengleitflächen 5e' korrespondierende Oberflächenstrukturen auf, über die eine zusätzliche Führung der Kolben in radialer Richtung erreichbar ist.
In 5 ist ein Gehäuseteil 2'' eines dritten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Hubkolbenkompressors 1'' dargestellt. Das Gehäuseteil 2'' umfasst einstückig sowohl ein Oberteil 2a'' als auch ein Unterteil 2b''. Im Bereich des Unterteils 2b'' sind Gleitschienen 8'' vorgesehen, die über halsartige Halterungen 9 mit einem Abstand quer zur Antriebsachse 2c'' des Kompressors am Unterteil 2b'' fixiert sind. Optional sind die Gleitschienen 8'' stirnseitig auch am Oberteil 2a'' festgelegt.
Gleitflächen 8a'' erstrecken sich sowohl näherungsweise in radialer als auch in axialer Richtung des Kompressorgehäuses 2'', greifen im Betrieb an Kolbenrücken von nicht dargestellten, in Kompressionszylindern 3'' gelagerten Kolben an und verhindern eine Bewegung der Kolben quer zur Antriebsachse 2c''. In bevorzugter Weise ist zwischen den Gleitflächen 8a'' und der zylindrischen Innenoberfläche Z des Gehäuseteils 2'' ein nennenswerter Abstand vorgesehen, so dass auch die Kolben in einem Abstand zur Innenoberfläche Z gehalten werden können.
Es versteht sich, dass die in den geschilderten Ausführungsbeispielen umfassten Merkmale jeweils auf ähnliche oder modifizierte Ausführungsbeispiele übertragbar sind, so dass sich weitere Merkmalskombinationen ergeben.

Claims

Hubkolbenkompressor, insbesondere zur Verdichtung von Kältemittel in einem Kältemittelkreislauf mit – einem Kompressorgehäuse (2, 2', 2''), in dem – wenigstens ein Kompressionszylinder (3, 3', 3'') angeordnet ist, der auf einer ersten Seite über – eine Zylinderkopfanordnung (4) begrenzt ist und in dem – ein Kolben (5, 5') translatorisch beweglich gelagert ist, wobei der Kolben mittels eines Kraftübertragungselements, insbesondere mittels einer Taumel- oder Schwenkscheibe im Bereich eines Kolbenfußes (5b, 5b') ansteuerbar ist und wobei dem Kolben ein Kolbenrücken (5c, 5c') zugeordnet ist, an dem der Kolben im Betrieb abstützbar geführt ist, dadurch gekennzeichnet, dass – dem Kolben (5, 5') eine Gleitschiene (8, 8', 8'') zugeordnet ist, die sich in etwa parallel zur Kolbenachse (3a, 3a') erstreckt und in radialer Richtung und/oder quer zur Kolbenachse und/oder quer zur Antriebsachse (2c, 2c', 2c'') des Kraftübertragungselements einen Abstand zum Kompressorgehäuse (2b) aufweist.
Hubkolbenkompressor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass dem Kolben zwei Gleitschienen (8, 8', 8'') zugeordnet sind, die wenigstens einen Abschnitt des Kolbenrückens (5c, 5d) umgreifen.
Hubkolbenkompressor nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine im Bereich des Kolbenrückens (5c) angeordnete Nase (5d) vorgesehen ist, die im Betrieb an einer Gleitschiene (8, 8', 8'') entlang gleitet.
Hubkolbenkompressor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Gleitschienen (8), insbesondere Gleitschienen benachbarter Kolben (5) miteinander verbunden oder einstückig ausgeführt sind.
Hubkolbenkompressor nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass mehreren Kolben (5) ein gemeinsamer, sich entlang der Innenseite des Kompressorgehäuses (2b) erstreckender Käfig (7) zugeordnet ist, an dem mehrere Gleitschienen (8) festgelegt sind.
Hubkolbenkompressor nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Käfig (7) aus einem metallischen Blechhalbzeug hergestellt ist, wobei der Werkstoff des Käfigs (7) ähnlich dem Werkstoff der Kolben (5), insbesondere als Aluminiumlegierung gewählt ist.
Hubkolbenkompressor nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Käfig (7) und/oder einzelne Gleitschienen (8, 8', 8'') an einem Oberteil (2a, 2a') des Kompressorgehäuses (2, 2', 2'') festgelegt sind und insbesondere einen Abstand zu einem Unterteil (2b, 2b'') des Kompressorgehäuses aufweisen.