DE102008040455B4 - axial piston - Google Patents
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Abstract
Axialkolbenverdichter nach dem Taumelscheibenprinzip, bei dem um eine zentrale Symmetrieachse (7) mehrere Kolben (3) angeordnet sind, die parallel zu dieser Symmetrieachse in korrespondierenden Zylinderbohrungen (2) bewegt werden können, wobei die Kolben (3) fest mit Stützstrukturen (12, 12', 12'') verbunden sind, die eine Verdrehung der Kolben (3) um ihre jeweilige Mittelachse (11) durch Abstützung an einem benachbarten Bauteil begrenzen, dadurch gekennzeichnet, dass die Stützstrukturen (12, 12', 12'') so ausgelegt sind, dass die Hauptkomponente der resultierenden Stützkraft bezüglich der zentralen Symmetrieachse (7) jeweils in radialer Richtung wirkt und die Erstreckung der Stützstrukturen (12, 12', 12'') in tangentialer Richtung so groß ist, dass sich die Stützstrukturen (12, 12', 12'') benachbarter Kolben (3) zumindest teilweise überlappen oder Stützstrukturen (12, 12', 12'') eines Kolbens (3) jeweils bis in den Bereich eines benachbarten Kolbens reichen.Axial piston compressor based on the swash plate principle, in which several pistons (3) are arranged around a central axis of symmetry (7) and can be moved parallel to this axis of symmetry in corresponding cylinder bores (2), the pistons (3) fixed to support structures (12, 12) ', 12' ') which limit rotation of the pistons (3) about their respective central axis (11) by supporting them on an adjacent component, characterized in that the support structures (12, 12', 12 '') are designed in this way are that the main component of the resulting support force acts with respect to the central axis of symmetry (7) in each case in the radial direction and the extent of the support structures (12, 12 ', 12' ') in the tangential direction is so great that the support structures (12, 12 ', 12' ') of adjacent pistons (3) at least partially overlap or support structures (12, 12', 12 '') of a piston (3) each extend into the area of an adjacent piston.
Description
Die Erfindung betrifft einen Axialkolbenverdichter, dessen Konstruktion einen reibungs- und geräuscharmen Betrieb bedingt.The invention relates to an axial piston compressor whose construction requires a smooth and quiet operation.
STAND DER TECHNIKSTATE OF THE ART
Axialkolbenverdichter kommen als besonders kompakte und leistungsfähige Kompressionselemente in verschiedensten Anwendungen zum Einsatz, wo es auf eine effektive und weitgehend verstetigte Druckbeaufschlagung von Fluiden ankommt. Das gilt insbesondere für eine Verwendung in verschiedenen Kompressionskreisläufen von Klimageräten in Kraftfahrzeugen.Axial piston compressors are used as particularly compact and powerful compression elements in a wide variety of applications, where effective and largely constant pressurization of fluids is required. This is especially true for use in various compression circuits of air conditioners in motor vehicles.
Dabei wird eine Geräuschentwicklung angestrebt, die zumindest andere Betriebsgeräusche des Fahrzeugs nicht spürbar übertrifft. Aus energetischer Sicht wird zudem stets eine Minimierung der Geräuschentwicklung angestrebt, da diese ansonsten die dem Klimagerät zugeführte mechanische Energie in nicht nutzbarer Weise und inakzeptablen Umfang in Schallenergie umwandeln und dissipieren würde. Des Weiteren sind grundsätzlich Reibungseffekte zu vermeiden beziehungsweise zu minimieren, welche über einen mit ihnen verbundenen Verschleiß die Standzeiten der betroffenen Baugruppen reduzieren würden beziehungsweise mit einem erhöhten Aufwand für den regelmäßigen Austausch verschiedener Verschleißteile verbunden wären.In this case, a noise is sought, which does not noticeably exceed at least other operating noise of the vehicle. From an energetic point of view, moreover, a minimization of the noise is always sought, as this would otherwise convert the mechanical energy supplied to the air conditioner in an unusable and unacceptable extent in sound energy and dissipate. Furthermore, in principle, frictional effects are to be avoided or minimized, which would reduce the service lives of the assemblies concerned by way of wear associated therewith, or would be associated with increased expenditure for the regular replacement of various wearing parts.
Das Funktionsprinzip von Axialkolbenverdichtern beruht in vielen Fällen auf der Verwendung sogenannter Taumelscheiben, Schwenkscheiben oder -ringen beziehungsweise Schrägscheiben oder -ringen, im Folgenden nur noch stellvertretend Taumelscheiben genannt, die beweglich mit Kolben, häufig als Bestandteil rotationssymmetrischer Mehrkolbenanordnungen, in Verbindung stehen. Die Kolben sind in Zylinderbohrungen geführt verschiebbar, die parallel zur Symmetrieachse verlaufen. Die Bewegung der Kolben führt zur angestrebten Kompressionswirkung der Anordnung. Die Bewegung der Kolben kommt zustande, wenn während einer bestimmungsgemäßen Relativbewegung der Taumelscheibe, beispielsweise durch Rotation der Taumelscheibe um die Symmetrieachse der Kolbenanordnung, der Abstand des Verbindungsbereichs zwischen der Taumelscheibe und dem jeweiligen Kolben zum die Zylinderbohrungen aufweisenden Gehäuseteil variiert, was zu einer hubförmigen Zwangsbewegung der Kolben in den Zylinderbohrungen führt. Die Art der Relativbewegung zwischen Taumelscheibe und Kolben bedingt das Auftreten von Drehmomenten an den beweglichen Kolben, die nicht genutzt werden können.The operating principle of axial piston compressors is based in many cases on the use of so-called swashplates, swashplates or rings or swash plates or rings, hereinafter referred to as swashplates, which are movably associated with pistons, often as part of rotationally symmetrical multi-piston arrangements. The pistons are guided guided in cylinder bores, which run parallel to the axis of symmetry. The movement of the piston leads to the desired compression effect of the arrangement. The movement of the pistons occurs when, during a proper relative movement of the swash plate, for example by rotation of the swash plate about the axis of symmetry of the piston assembly, the distance of the connecting portion between the swash plate and the respective piston to the cylinder bores having housing part varies, resulting in a hub-shaped forced movement of the Piston in the cylinder bores leads. The type of relative movement between the swash plate and the piston causes the occurrence of torques on the movable piston, which can not be used.
Aus konstruktiven Gründen ist der Verbindungsbereich zwischen der Taumelscheibe und den einzelnen Kolben vorzugsweise in Form einer Kolbenkalotte ausgeführt, die entsprechende Lagervorrichtungen, beispielsweise in Form schwenkbeweglicher Kolbenschuhe, aufnimmt, um eine bewegliche und teilformschlüssige Verbindung zwischen der Taumelscheibe und den Kolben zu realisieren. Die Kolbenkalotte umfängt den Rand der Taumelscheibe klauenförmig (beispielsweise in Form einer sogenannten Kolbenbrücke).For structural reasons, the connecting region between the swash plate and the individual pistons is preferably designed in the form of a piston calotte, which receives corresponding bearing devices, for example in the form of pivotable piston shoes, in order to realize a movable and partially positive connection between the swash plate and the pistons. The piston calotte surrounds the edge of the swash plate in the shape of a claw (for example in the form of a so-called piston bridge).
Eines der eingeprägten Drehmomente wirkt um die Längsachse des Kolbens. Ohne Kompensation dieses Drehmoments käme es zu einer Rotation des Kolbens um seine Längsachse, bis die Kolbenbrücke mit der Taumelscheibe in Kontakt gelangen würde, was im ungünstigsten Fall die Anordnung zerstören, in jedem Fall jedoch die Funktionsweise durch ein sehr ungünstiges Reibungsverhalten stark beeinträchtigen würde. Im Fall der Verwendung von Kolbenbrücken ist es daher zwingend erforderlich, dieses eingeprägte Drehmoment zu kompensieren. Um die Bewegung des Kolbens im Zylinder nicht zu beeinträchtigen beziehungsweise die Zylinderwand nicht einem zu starken Verschleiß zu unterwerfen, erfolgt die funktionsbedingt erforderliche Momentenabstützung in der Regel im Bereich der Kolbenkalotte beziehungsweise Kolbenbrücke.One of the impressed torques acts around the longitudinal axis of the piston. Without compensation of this torque, there would be a rotation of the piston about its longitudinal axis until the piston bridge would come into contact with the swash plate, which would destroy the arrangement in the worst case, but would in any case severely impair the operation by a very unfavorable friction behavior. In the case of the use of piston bridges, it is therefore imperative to compensate for this impressed torque. In order not to impair the movement of the piston in the cylinder or not to subject the cylinder wall to excessive wear, the functionally required torque support is usually in the range of the piston calotte or piston bridge.
Kolbenkalotten und Kolbenbrücken sind daher so konzipiert, dass sie nicht beliebig um die Längsachse des Kolbens verdreht werden können, was zur Verhinderung von unerwünschten Kontakten zwischen relativ zueinander beweglichen Teilen beiträgt. Die erforderliche Kompensation des eingeprägten Drehmoments erfolgt dennoch über den Kontakt mit Baugruppen, denen gegenüber die jeweilige Kolbenbrücke eine Relativbewegung vollführt, allerdings in konstruktiv angelegten Kontaktpunkten beziehungsweise Kontaktbereichen.Piston calipers and piston bridges are therefore designed so that they can not be rotated arbitrarily about the longitudinal axis of the piston, which contributes to the prevention of unwanted contacts between relatively movable parts. The required compensation of the impressed torque nevertheless takes place via the contact with modules, which performs a relative movement with respect to the respective piston bridge, but in contact points or contact areas designed in a constructive manner.
Da das zu kompensierende Drehmoment reibungsvermittelt eingeprägt wird, hängt es in erster Linie von der Kraft ab, mit welcher der Kolben gegen Bauteile gepresst wird, deren Relativbewegung bezüglich der Symmetrieachse des Kolbens eine Rotationskomponente aufweisen. Diese Bauteile finden sich in den Lagervorrichtungen im Bereich der Kolbenschuhe. Die Anpresskraft, welche die Einprägung des zu kompensierenden Drehmoments ermöglicht, ergibt sich aus dem Widerstand, den der Kolben der Hubbewegung entgegensetzt. Dieser Widerstand resultiert aus dem am Kolben anliegenden Gasdruck, aus reibungsbedingten Kräften, die zwischen Kolben und Zylinderwand auftreten sowie aus trägheitsbedingten Kräften, die während der Beschleunigung des Kolbens im Verlauf eines Hubs auftreten. Daraus folgt, dass sich das zu kompensierende Drehmoment wesentlich mit dem Betriebsdruck des zu komprimierenden Fluids erhöht. Dieser Aspekt gewinnt insbesondere im Bereich von Fahrzeugklimaanlagen an Bedeutung, da dort in verstärktem Maße Kältemittel auf der Basis von Kohlendioxid eingesetzt werden, was gegenüber herkömmlichen Klimaanlagen mit deutlich höheren Betriebsdrücken verbunden ist.Since the torque to be compensated is impressed in a friction-mediated manner, it depends primarily on the force with which the piston is pressed against components whose relative movement with respect to the axis of symmetry of the piston has a rotational component. These components can be found in the storage devices in the field of piston shoes. The contact force, which allows the impression of the torque to be compensated, results from the resistance that the piston opposes the lifting movement. This resistance results from the gas pressure applied to the piston, from frictional forces that occur between the piston and the cylinder wall, and from inertial forces that occur during the acceleration of the piston in the course of a stroke. It follows that the torque to be compensated significantly with the operating pressure of increased compressing fluid. This aspect is gaining in importance, in particular in the field of vehicle air conditioning systems, since carbon dioxide-based refrigerants are used to a greater extent there, which is associated with significantly higher operating pressures than conventional air conditioning systems.
Es sind verschiedene Möglichkeiten bekannt, die Einprägung von Drehmomenten durch eine Optimierung der Reibungseigenschaften der im Verbindungsbereich zwischen Kolben und Taumelscheibe verwendeten Bauteile zu reduzieren (
Anforderungen bezüglich einer Gewichtseinsparung bedingen im Verdichterbereich einen häufigen Einsatz von Gehäusen beziehungsweise Gehäuseteilen aus Aluminium. Die Werkstoffwahl für die Kolben kann aufgrund der auftretenden Betriebslasten alternativ Stahlwerkstoffe erfordern. Bei einer direkten Abstützung der Kolben an derartigen Gehäuseteilen aus Aluminium, die eine gebräuchliche Lösung zur Kompensation des eingeprägten Drehmoments darstellt, bilden sich Gleitzonen heraus, in denen Stahl auf Aluminium gleitet, was zwar die stählernen Kolbenkomponenten schont, im Kontaktbereich zwischen Kolben und Gehäuse dagegen zu einer teilweise erheblichen Abrasion von Alumiumpartikeln führt. Dadurch können Rillen oder andere Formveränderungen im Gehäuse auftreten, welche das Gleitverhalten der Kolben beeinträchtigen und infolge auch ein Fortschreiten der abrasiven Erscheinungen unter einer Verschlechterung der Momentenkompensation bedingen können. Abhilfe kann in diesen Fällen nur ein aufwändiger regelmäßiger Ersatz der verschlissenen Gehäuseteile schaffen.Requirements in terms of weight savings require in the compressor area a frequent use of housings or housing parts made of aluminum. The choice of material for the pistons may require steel materials due to the operating loads that occur. In a direct support of the piston to such housing parts made of aluminum, which is a common solution for the compensation of the impressed torque, sliding zones form out, in which steel slides on aluminum, which protects the steel piston components, in contrast, in the contact area between the piston and housing results in a partial considerable abrasion of aluminum particles. As a result, grooves or other changes in shape may occur in the housing, which may affect the sliding behavior of the piston and due to a progression of the abrasive phenomena may cause a deterioration of the torque compensation. Remedy can provide in these cases, only a time-consuming periodic replacement of the worn housing parts.
Ein weiterer Nachteil einer verstärkten Aluminiumabrasion ist durch die Eigenschaft von Aluminium bedingt, auf seiner Oberfläche in oxidativer Umgebung sehr schnell eine dünne und sehr feste Oxidschicht auszubilden. Durch die im Verschleißfall punktuell auftretenden, teilweise sehr hohen Drücke und/oder Temperaturen können zudem besonders harte kristalline Phasen entstehen. Dadurch werden die aus der Gehäusewand stammenden Abriebpartikel umgehend mit einer Schicht aus Aluminiumoxid überzogen und werden so zu einem sehr aggressiv wirkenden Schleifmittel, das an allen beweglichen Teilen des Verdichters zu einer Zunahme von Verschleißerscheinungen führt. Weiterhin erzeugt die Reibung zwischen Kolben und Gehäuse, neben den genannten Verschleißeffekten, Schwingungen des Verdichtergehäuses, die als Luftschall abgestrahlt und als unerwünschtes Verdichterbeziehungsweise Kompressorgeräusch hörbar werden. Die Geräuschentwicklung ist ein häufig kritisierter Nachteil bekannter Axialkolbenverdichter gemäß dem Stand der Technik.Another disadvantage of increased aluminum abrasion is due to the property of aluminum to form on its surface in oxidative environment very quickly a thin and very solid oxide layer. Due to the sometimes very high pressures and / or temperatures occurring in the event of wear, particularly hard crystalline phases can also arise. As a result, the abrasion particles originating from the housing wall are immediately coated with a layer of aluminum oxide and thus become a very aggressive abrasive, which leads to an increase in wear on all moving parts of the compressor. Furthermore, generates the friction between the piston and housing, in addition to the aforementioned wear effects, vibrations of the compressor housing, which are emitted as airborne sound and audible as an unwanted Verdichterferziehungsweise compressor noise. The noise is a frequently criticized disadvantage of known axial piston compressors according to the prior art.
Es ist bekannt, eine Verdrehsicherung der Kolben über relativ große Kontaktflächen zu realisieren. Dabei wird eine geeignet geformte Kolbenbrücke weitgehend von einer komplementären Nut umfangen, in der sie sich gleitend bewegt (
Es ist bekannt, die dargestellte Problematik abzuschwächen, indem die zur Kompensation des eingeprägten Drehmoments erforderliche Abstützung in Kontaktbereichen erfolgt, die für ein günstiges Hebelverhältnis sorgen, wodurch die zur Momentenkompensation erforderliche Anpresskraft relativ gering wird. Dazu sind beispielsweise T-förmige Rotationsbegrenzungen bekannt, deren Balkenlänge das Hebelverhältnis festlegt (
Es sind Axialkolbenmaschinen mit Kolbenbrückenlösungen bekannt, in denen benachbarte Kolbenbrücken Kontaktflächen aufweisen, die für eine gegenseitige Abstützung in tangentialer Richtung vorgesehen sind. Dadurch entfällt die Notwendigkeit einer Abstützung an entsprechenden Gleitzonen des Gehäuses. Ein Nachteil derartiger Anordnungen besteht jedoch darin, dass die Abstützung gewissermaßen gegen „fliehende” Flächen erfolgt, was unter Berücksichtigung eines erforderlichen Mindestspiels zwischen den einzelnen Kolbenbrücken und damit verbundenen Auslenkungen zu Klemmeffekten führen kann, welche die Leichtgängigkeit der Verdichteranordnung beeinträchtigen würde. Derartige Lösungen sind daher allenfalls für symmetrische Doppelkolbenanordnungen geeignet (
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, einen Axialkolbenverdichter anzugeben, der sich gegenüber dem Stand der Technik durch einen geringen Verschleiß, eine geringe Geräuschentwicklung und einen geringen Laufwiderstand auszeichnet, und der zu seiner Herstellung keinen erhöhten Aufwand erfordert.The object of the invention is to provide an axial piston, which is distinguished from the prior art by a low wear, low noise and low running resistance, and requires no increased effort to its production.
OFFENBARUNG DER ERFINDUNG DISCLOSURE OF THE INVENTION
Der Kern der Erfindung besteht darin, die Kolben eines Axialkolbenverdichters mit Stützstrukturen zu versehen, die bis in den Bereich der jeweiligen Stützstruktur des jeweils benachbarten Kolbens reicht und diese überlappt. Durch die Überlappung wird die konstruktive Begrenzung bisheriger Lösungen überwunden, wonach Stützelemente in ihrer Erstreckung maximal bis an die Stützelemente des benachbarten Kolbens heranreichen können. Erfolgt durch derart ausgelegte und überlappend angeordnete Stützstrukturen eine Abstützung an der Gehäusewand eines entsprechend ausgestalteten Verdichters, so lässt sich zumindest die Länge des zur Kompensation des eingeprägten Drehmoments wirksamen Hebelarms gegenüber dem Stand der Technik deutlich vergrößern, was zu einer Verringerung der Reibung und des Abriebs und damit verbunden einer Verringerung der Geräuschentwicklung führt.The essence of the invention is to provide the pistons of an axial piston compressor with support structures that extends into the region of the respective support structure of the respectively adjacent piston and overlaps them. The overlap overcomes the structural limitation of previous solutions, according to which support elements can extend as far as possible to the support elements of the adjacent piston in their extension. Is carried out by so designed and overlapping arranged support structures a support on the housing wall of a suitably designed compressor, so can at least the length of effective for compensating the impressed torque lever arm over the prior art significantly increase, resulting in a reduction of friction and abrasion and associated with this results in a reduction of the noise.
Die Erfindung besteht insbesondere in einem Axialkolbenverdichter nach dem Taumelscheibenprinzip, bei dem um eine zentrale Symmetrieachse mehrere Kolben angeordnet sind, die parallel zu dieser Symmetrieachse in korrespondierenden Zylinderbohrungen bewegt werden können, wobei die Kolben fest mit Stützstrukturen verbunden sind, die eine Verdrehung der Kolben um ihre jeweilige Mittelachse durch Abstützung an einem benachbarten Bauteil begrenzen, wobei die Stützstrukturen so ausgelegt sind, dass die Hauptkomponente der bei Verdrehung der Kolben resultierenden Stützkraft bezüglich der zentralen Symmetrieachse jeweils in radialer Richtung wirkt und die Erstreckung der Stützstrukturen in tangentialer Richtung so groß ist, dass sich die Stützstrukturen benachbarter Kolben zumindest teilweise überlappen oder Stützstrukturen eines Kolbens jeweils bis in den Bereich eines benachbarten Kolbens reichen. Unter der Hauptkomponente der resultierenden Stützkraft ist die betragsmäßig größte Kraftkomponente zu verstehen, die sich bei einer Zerlegung der Stützkraft in eine radiale und eine tangentiale Komponente ergibt.The invention consists in particular in an axial piston compressor according to the swash plate principle, in which a plurality of pistons are arranged about a central axis of symmetry, which can be moved parallel to this axis of symmetry in corresponding cylinder bores, wherein the pistons are fixedly connected to support structures which rotate the pistons about their respective central axis by support on an adjacent component limit, wherein the support structures are designed so that the main component of the resulting upon rotation of the piston supporting force with respect to the central axis of symmetry acts in the radial direction and the extension of the support structures in the tangential direction is so large that the support structures of adjacent pistons at least partially overlap or support structures of a piston each extend into the region of an adjacent piston. The main component of the resulting support force is to be understood as the largest force component in terms of magnitude that results when the support force is divided into a radial and a tangential component.
Die Überlappung wird vorteilhafterweise dadurch realisiert, dass in einer radialsymmetrischen Anordnung die Stützstrukturen in der Nähe des die Kolbenanordnung umgebenden Gehäuses verlaufen und bezüglich ihres Abstands zur zentralen Symmetrieachse der Anordnung zumindest teilweise in unterschiedlichem Abstand angeordnet sind beziehungsweise eine Abstandsstufung aufweisen.The overlap is advantageously realized in that in a radially symmetrical arrangement, the support structures in the vicinity of the housing surrounding the piston assembly and are at least partially arranged at different distances with respect to their distance from the central axis of symmetry of the arrangement or have a distance gradation.
AUSFÜHRUNGSFORMEN DER ERFINDUNGEMBODIMENTS OF THE INVENTION
An Ausführungsbeispielen wird die Erfindung im Folgenden näher erläutert. Es zeigen:In embodiments, the invention is explained in more detail below. Show it:
Über die Kontaktflächen
An diesem Beispiel wird das generelle Problem eines zu kompensierenden Drehmoments deutlich. Bei derartigen Axialkolbenverdichtern mit Schwenkscheibe oder -ring beziehungsweise Taumelscheibe und über Kolbenschuhe axial geführte Kolben wirken auf die Kolben sowohl Massen- als auch Gaskräfte (parallel zur Zylinderachse). Eines der dadurch eingeprägten Drehmomente wirkt um die Längsachse des Kolbens. Wenn es nicht kompensiert würde, würde die Kolbenbrücke, welche den Schwenkring beziehungsweise die Taumelscheibe umschließt, gedreht und dagegen gedrückt werden. Dies könnte zur Zerstörung des Mechanismus führen. Zur Kompensation des eingeprägten Drehmoments dient ein konstruktiv geometrisch definierter Kontaktpunkt oder Kontaktbereich, in dem die mit der gleitenden Abstützung verbundenen Effekte weniger schädlich sind.This example illustrates the general problem of compensating torque. In such axial piston compressors with swash plate or ring or swash plate and pistons axially guided pistons act on the piston both mass and gas forces (parallel to the cylinder axis). One of the torques impressed thereby acts around the longitudinal axis of the piston. If it were not compensated, the piston bridge, which encloses the swash ring or the swash plate, would be rotated and pressed against it. This could lead to the destruction of the mechanism. To compensate for the impressed torque is a structurally geometrically defined contact point or contact area, in which the associated with the sliding support effects are less harmful.
In jedem Fall wird zwischen den zueinander axial oszillierenden Kontaktflächen eine Kontaktpressung erzeugt, welche hauptsächlich an der weicheren der beiden Gleitflächen Abrasion erzeugt. Bei einer Abstützung am Gehäuse erfolgt der Hauptanteil des Verschleißes und des Abriebs am Gehäuse, wenn dieses aus Aluminium und die komplementäre Stützstruktur aus härterem Material, beispielsweise aus Stahl, besteht.In any case, a contact pressure is generated between the mutually axially oscillating contact surfaces, which generates abrasion mainly on the softer of the two sliding surfaces. When supported on the housing, the majority of wear and tear on the housing occurs when it is made of aluminum and the complementary support structure is made of a harder material, such as steel.
Dieses Abriebvolumen ist umso größer, je höher die Betriebsdrücke und damit das abzufangende Drehmoment sind.This abrasion volume is greater, the higher the operating pressures and thus the torque to be absorbed.
Bei alternativen umweltfreundlichen Kältemitteln, wie z. B. CO2, wird der Effekt verstärkt, da dessen Gaseigenschaften wesentlich höhere Betriebsdrücke bedingen.For alternative environmentally friendly refrigerants, such. As CO 2 , the effect is enhanced because its gas properties cause much higher operating pressures.
Weiterhin erzeugt die Reibung zwischen Kolben und Gehäuse Schwingungen des Verdichtergehäuses, die als Luftschall abgestrahlt und als unerwünschtes Verdichter- beziehungsweise Kompressorgeräusch hörbar werden und ebenfalls mit wachsender Anpresskraft zunehmen. Die Problematik eines derart beanspruchten Kontaktbereichs wird in
Dieses eingeprägte Drehmoment um die Kolbenachse
Die
Das führt unter Ausnutzung herkömmlicher Lagebeziehungen zur größtmöglichen Reduzierung der Abrasion.This leads to the greatest possible reduction of abrasion by utilizing conventional positional relationships.
Dieses Funktionsprinzip ist beispielsweise, wie anfangs dargestellt, dem in
Die erfindungsgemäße Überlappung ist mit weiteren Vorteilen verbunden. Wird in der dargestellten Anordnung die Wellendrehrichtung, also das eingeprägte Drehmoment, umgekehrt, kommt es zu einer Einleitung des Kolbenbrücken-Hauptmoments in einen Kolben-zu-Kolben-Kontakt im Bereich der fingerförmigen Stützstrukturen
Die dargestellte Ausführungsform eignet sich insbesondere für Axialkolbenverdichter, die in einer ausgeprägten Vorzugsrichtung oder ausschließlich in einer Betriebsrichtung und einem damit verbundenen eingeprägten Hauptmoment betrieben werden. Es ergibt sich idealerweise kein Kontakt zwischen dem Kolben beziehungsweise dessen Stützstrukturen
Bei einem Richtungswechsel des eingeprägten Moments kommt es zwar zu einem Kontakt zwischen Kolbenbrücke
Auch diese Ausführungsform eignet sich insbesondere für Axialkolbenverdichter, die in einer ausgeprägten Vorzugsrichtung oder ausschließlich in einer Betriebsrichtung und einem damit verbundenen eingeprägten Hauptmoment betrieben werden. Gegen die Hauptmomentrichtung ist ein Kontakt mit dem Gehäuse möglich, aber durch das weiter verbesserte Hebelverhältnis minimiert.This embodiment is also particularly suitable for axial piston compressors, which are operated in a pronounced preferred direction or exclusively in one operating direction and an associated impressed main torque. Against the main moment direction, contact with the housing is possible, but minimized by the further improved lever ratio.
Im dargestellten Beispiel hat jeder Kolben zu diesem Zweck links und rechts eine fingerförmige Stützstruktur
Eine derartige Anordnung der Stützstrukturen
Besonders vorteilhaft lässt sich dieses Prinzip nutzen, wenn der Axialkolbenverdichter über eine ungerade Anzahl symmetrisch um eine zentrale Dreh- und/oder Symmetrieachse angeordneter Kolben verfügt. Aufgrund der ungeraden Kolbenzahl halten sich die Kolben untereinander bezüglich der Winkellage der Kolbenbrücken ausgerichtet. Eine Abstützung gegenüber dem Gehäuse ist in beiden Betriebsrichtungen nicht mehr erforderlich. Ein verschleißbedingender Kontakt zum Gehäuse, infolge der eingeprägten Drehmomente, kommt überhaupt nicht zustande.This principle can be used particularly advantageously if the axial piston compressor has an uneven number of pistons arranged symmetrically about a central axis of rotation and / or axis of symmetry. Due to the odd number of pistons, the pistons hold each other aligned with respect to the angular position of the piston bridges. A support against the housing is no longer required in both operating directions. A wear-related contact with the housing, due to the impressed torques, does not come about at all.
Zwischen den Ausführungsformen gemäß
An den dargestellten Ausführungsbeispielen wird deutlich, dass die erfindungsgemäße Überlappung der Stützstrukturen an den Kolben eines Axialkolbenverdichters die Nutzung mehrerer konstruktiver Prinzipien zur Kompensation des eingeprägten Drehmoments erlaubt, die vorteilhafterweise miteinander kombiniert werden können. Bei einer Abstützung am Gehäuse können zumindest die während der Kompensation des Drehmoments wirksamen Hebellängen vergrößert und die auftretenden Stütz- und Reibungskräfte reduziert werden.It becomes clear from the exemplary embodiments illustrated that the overlapping of the support structures according to the invention on the pistons of an axial-piston compressor permits the use of a plurality of constructive principles for compensating the impressed torque, which can advantageously be combined with one another. When supported on the housing, at least the lever lengths effective during the compensation of the torque can be increased and the occurring supporting and frictional forces can be reduced.
In allen anderen dargestellten Ausführungsformen führen sich die Kolben in Axialkolbenkompressoren zumindest teilweise gegenseitig bezüglich ihrer Ausrichtung um ihre Längsachse zur Kompensation des eingeprägten Drehmoments. Gleichzeitig werden in diesen Fällen die eventuell verbleibenden Stützkräfte/Kontaktpressungen so reduziert, dass abrasive Einlauf- und Betriebszustände in den Kontaktflächen zwischen oszillierenden Kolben und dem Gehäuse minimiert sowie dadurch entstehende Geräusche vermieden werden.In all other illustrated embodiments, the pistons in axial piston compressors at least partially mutually guide with respect to their alignment about their longitudinal axis to compensate for the impressed torque. At the same time, any remaining support forces / contact pressures are reduced in these cases in such a way that abrasive inlet and operating conditions in the contact surfaces between the oscillating pistons and the housing are minimized, thereby avoiding noise.
Ein weiteres nutzbares Konstruktionsprinzip besteht in der Verlagerung des Kontaktbereichs zwischen den einzelnen Stützstrukturen unmittelbar hinter den jeweils benachbarten Kolben. Dadurch wird die Lage des Kontaktbereichs weitgehend unabhängig von der Ausrichtung der Kolben, da die jeweilige Auflagefläche, in welche die Stützkraft eingeleitet wird, auch im Fall eines um seine Hauptachse verdrehten Kolbens in radialer Richtung nicht bewegt wird.Another useful design principle is the displacement of the contact area between the individual support structures immediately behind the respectively adjacent pistons. As a result, the position of the contact region becomes largely independent of the orientation of the pistons, since the respective bearing surface into which the support force is introduced is not moved in the radial direction, even in the case of a piston rotated about its main axis.
Das dritte vorteilhafte Konstruktionsprinzip unter Nutzung einer Überlappung von Stützstrukturen ergibt sich bei der drehrichtungsunabhängigen Führung beziehungsweise Abstützung der Kolben untereinander, beispielsweise durch die Verwendung korrespondierender Eingriffsstrukturen gemäß
Die drei angesprochenen Konstruktionsprinzipien legen gleichzeitig die Mindestanforderungen an eine einzuhaltende Überlappung im Sinne der Erfindung fest. Danach ist unter Überlappung der Stützstrukturen benachbarter Kolben in tangentialer Richtung unter anderem jede Erstreckung dieser Stützstrukturen in tangentialer Richtung zu verstehen, die für eine formschlüssige Wechselwirkung zwischen den Stützstrukturen ausreicht und die Einleitung einer Stützkraft in radialer Richtung ermöglicht.The three mentioned design principles simultaneously determine the minimum requirements for an overlap to be maintained within the meaning of the invention. Thereafter, by overlapping the support structures of adjacent pistons in the tangential direction, inter alia, any extension of these support structures in the tangential direction to understand, which is sufficient for a positive interaction between the support structures and allows the initiation of a supporting force in the radial direction.
Lösungen, bei denen zur Abstützung ein Kolben-zu-Gehäuse-Kontakt genutzt wird, grenzen optional die Variation des Kontaktabstands über eine entsprechende Kontur- und Toleranzauswahl ein. Durch die erfindungsgemäße Überlappung der Stützstrukturen wird der Einfluss des erforderlichen Spiels zwischen den Teilen verkleinert beziehungsweise eliminiert. Damit können Toleranzen für die verwendeten Bauteile, insbesondere für die Kontaktflächen, zur Begrenzung des rotatorischen Spiels vergrößert werden. Geringere Toleranzanforderungen reduzieren Herstellungskosten. Die mit der Erfindung verbundene höhere Gleichmäßigkeit der Abstützung, insbesondere wenn die Abstützung von Gehäuse- und Bauteiltoleranzen unabhängig ist, trägt ebenfalls zur Reduzierung des Verdichter-Außengeräuschs bei.Solutions that use a piston-to-housing contact for support optionally limit the variation of the contact distance via a corresponding contour and tolerance selection. As a result of the overlapping of the support structures according to the invention, the influence of the required clearance between the parts is reduced or eliminated. This tolerances for the components used, in particular for the contact surfaces, can be increased to limit the rotational game. Lower tolerance requirements reduce manufacturing costs. The higher uniformity of support associated with the invention, particularly when the support is independent of housing and component tolerances, also contributes to the reduction of external compressor noise.
In den folgenden
Die
Dieses Konzept mit maximiertem Kontaktabstand ergibt eine Vergrößerung des wirksamen Hebelarms über die eigentlich durch den benachbarten Kolben gegebene Grenze hinaus und damit eine Verringerung der Stützkraft. Die Begrenzung der Erstreckung der Stützstrukturen erfolgt in diesem Ausführungsbeispiel nicht mehr durch die Lage der Stützstrukturen der benachbarten Kolben, sondern durch die Lage der Kolbenbrücke des jeweils benachbarten Kolbens.This maximized contact distance concept results in an increase in the effective lever arm beyond the limit actually given by the adjacent piston, thus reducing the support force. The limitation of the extension of the support structures in this embodiment is no longer due to the position of the support structures of the adjacent piston, but by the position of the piston bridge of the respective adjacent piston.
Die
Die
Eine besonders hohe Gleichmäßigkeit und Verdrehsicherheit ergibt sich bei dieser Ausführungsvariante, wenn es sich um Kolben in ungerader Anzahl handelt, die radialsymmetrisch angeordnet sind. Diese führen sich während ihrer axialen Oszillation gegenseitig in der vorgegebenen Lage zum Gehäuse und zur Taumelscheibe. Durch die in diesem Fall sehr ausgewogene Kompensation eingeprägter Drehmomente kommt es auch bei dieser zweiseitig auslenkbaren Anordnung zu keinem Kontakt der Kolben zum Gehäuse, stattdessen immer zu einem Kolben-Kolben-Kontakt.A particularly high degree of uniformity and resistance to twisting results in this embodiment, if it is an odd number of pistons, which are arranged radially symmetrically. These lead each other during their axial oscillation in the predetermined position to the housing and the swash plate. Due to the compensation of impressed torques, which is very well balanced in this case, there is no contact between the pistons and the housing for this two-way deflectable arrangement, instead always for a piston-piston contact.
Um bei dennoch auftretenden geringfügigen Verdrehungen der Kolben um ihre Hauptachse Klemmwirkungen im Bereich der Stützstrukturen auszuschließen, weist der in die Nut eingreifende verjüngte Bereich
Bei allen Varianten einer Abstützung gegen benachbarte Kolben beziehungsweise deren Stützstrukturen reduziert sich durch die nicht unabhängig voneinander erfolgenden Relativbewegungen zwischen den benachbarten Kolben die Länge des abrasiv relevanten Gleitwegs. Die Gesamtlänge des Gleitwegs nach x Umdrehungen wird gegenüber einer Abstützung am Verdichtergehäuse um den Faktor sin(Π/nK) reduziert, wobei nK die Anzahl der rotationssymmetrisch angeordneten Kolben ist. Für nK = 2 ergibt sich folglich keine Reduzierung des Gleitwegs. Dagegen wird der Gleitweg bei einer Anordnung mit 7 Kolben um den Faktor sin(Π/7) beziehungsweise mit 5 Kolben um den Faktor sin(Π/5) reduziert. Diese Reduzierung bezieht sich jeweils auf eine Vergleichsanordnung mit Abstützung gegenüber einem feststehenden Führungselement, beispielsweise dem Gehäuse.In all variants of a support against adjacent pistons or their support structures is reduced by the not independently taking place relative movements between the adjacent piston, the length of the abrasive relevant Gleitwegs. The total length of the glide path after x revolutions is reduced by a factor sin (Π / n K ) compared to a support on the compressor housing, where n K is the number of rotationally symmetrically arranged pistons. Consequently, for n K = 2 there is no reduction of the glide path. In contrast, the sliding path is reduced in a arrangement with 7 pistons by the factor sin (Π / 7) or with 5 pistons by the factor sin (Π / 5). This reduction relates in each case to a comparison arrangement with support in relation to a fixed guide element, for example the housing.
In allen dargestellten Ausführungsformen kommt es gegenüber dem Stand der Technik zu einer Reduzierung von Verschleißeffekten und damit verbundenen Verunreinigungen von Schmiermitteln und/oder Kältemitteln. Die Möglichkeit der Verwendung von Bauteilen größerer Toleranzen ist mit einer vorteilhaften Reduzierung von Fertigungskosten verbunden. Im Fall der Vermeidung eines Gehäusekontakts der Kolben ergibt sich eine effektive Geräuschreduzierung. Generell bedingen die geringeren Stützkräfte verringerte Reibungsverluste und damit verbundene Geräuschentwicklungen. Ein ökologischer Vorteil der Erfindung liegt damit auf der Hand: längere Ölwechselintervalle bei einer gleichzeitig längeren Produktlebensdauer reduzieren den Ressourcenverbrauch und helfen zudem Kosten zu sparen.In all the illustrated embodiments, compared to the prior art, there is a reduction of wear effects and associated contamination of lubricants and / or refrigerants. The possibility of using components of larger tolerances is associated with a favorable reduction of manufacturing costs. In the case of avoiding housing contact of the pistons, an effective noise reduction results. In general, the lower support forces cause reduced friction losses and associated noise developments. An ecological advantage of the invention is therefore obvious: longer oil change intervals with a simultaneously longer product life reduce resource consumption and also help to save costs.
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 11
- Zylinderblockcylinder block
- 22
- Zylinderbohrungencylinder bores
- 33
- Kolbenpiston
- 44
- Kolbenbrückepiston bridge
- 55
- Kolbenschuhepiston shoes
- 66
- Taumelscheibeswash plate
- 77
- Rotations- bzw. SymmetrieachseRotation or symmetry axis
- 88th
- Kontaktflächecontact area
- 99
- Kontaktpunkt bzw. -bereichContact point or area
- 1010
- Gehäusecasing
- 1111
- Kolben- bzw. MittelachsePiston or central axis
- 1212
- StutzstrukturStutz structure
- 12'12 '
- Stützstruktursupport structure
- 12''12 ''
- Stützstruktursupport structure
- 1313
- Gabelfork
- 1414
- PinPin code
- 1515
- Ausnehmungrecess
- 1616
- EndeThe End
- 1717
- Endbereichend
- 1818
- Verdickungthickening
Claims (15)
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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DE200810040455 DE102008040455B4 (en) | 2008-07-16 | 2008-07-16 | axial piston |
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DE102008040455A1 DE102008040455A1 (en) | 2010-01-21 |
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Family
ID=41427338
Family Applications (1)
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Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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2008
- 2008-07-16 DE DE200810040455 patent/DE102008040455B4/en not_active Expired - Fee Related
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Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
DE102008040455A1 (en) | 2010-01-21 |
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
OP8 | Request for examination as to paragraph 44 patent law | ||
R018 | Grant decision by examination section/examining division | ||
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Effective date: 20120201 |