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Die Erfindung betrifft einen Kompressor mit einer Taumelscheibe gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 sowie ein Verfahren zum Herstellen einer Taumelscheibe eines Kompressors gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 10.
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Stand der Technik
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Kompressoren mit Taumelscheibe sind aus dem Stand der Technik bekannt. Ein derartiger Kompressor wird beispielsweise in der
DE 101 60 555 A1 beschrieben. Kompressoren mit Taumelscheibe werden beispielsweise in Klimaanlagen als Klimakompressoren zur Verdichtung eines Kältemittels verwendet.
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Im Betrieb eines Kompressors mit einer Taumelscheibe tritt Reibung zwischen der Taumelscheibe und Kolbenschuhen von Kolben des Kompressors auf. Zur Optimierung des auftretenden Reibmoments ist es bekannt, die Taumelscheibe aus geeigneten Materialien auszubilden oder mit geeigneten Materialien zu beschichten. Hierdurch erhöhen sich allerdings Material- und Herstellungskosten der Taumelscheibe.
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Offenbarung der Erfindung
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen verbesserten Kompressor mit einer Taumelscheibe bereitzustellen. Diese Aufgabe wird durch einen Kompressor mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Es ist weiter Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein verbessertes Verfahren zum Herstellen einer Taumelscheibe eines Kompressors anzugeben. Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 10 gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
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Ein erfindungsgemäßer Kompressor weist eine Taumelscheibe auf, die eine Reibscheibe und eine innere Scheibe umfasst. Dabei ist die Reibscheibe radial außen um die innere Scheibe angeordnet. Außerdem sind die Reibscheibe und die innere Scheibe stoffschlüssig miteinander verbunden. Vorteilhafterweise ist ein Kompressor mit einer derartigen Taumelscheibe kostengünstiger herzustellen als ein herkömmlicher Kompressor mit einer herkömmlichen Taumelscheibe.
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Bevorzugt besteht die innere Scheibe aus Stahl. Vorteilhafterweise stellt Stahl einen kostengünstigen und robusten Werkstoff dar.
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In einer Ausführungsform des Kompressors besteht die Reibscheibe aus Stahl. Vorteilhafterweise kann dann auch die Reibscheibe einfach und kostengünstig hergestellt werden.
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In einer anderen Ausführungsform des Kompressors besteht die Reibscheibe aus einer Kupferlegierung. Vorteilhafterweise wird durch die Verwendung einer Kupferlegierung für die Reibscheibe ein zwischen der Reibscheibe und Kolbenschuhen des Kompressors auftretendes Reibmoment optimiert.
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Besonders bevorzugt ist die Reibscheibe beschichtet. Vorteilhafterweise kann die Oberfläche der Reibscheibe dann so ausgebildet werden, dass beim Betrieb des Kompressors ein zwischen der Reibscheibe und Kolbenschuhen des Kompressors auftretendes Reibmoment optimiert wird.
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In einer Ausführungsform ist die Reibscheibe mit PTFE (Polytetrafluorethylen) beschichtet. Vorteilhafterweise stellt PTFE ein geeigntes und kommerziell erhältliches Beschichtungsmittel dar.
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In einer Ausführungsform des Kompressors weist die innere Scheibe einen kegelstumpfförmigen Außenumfang und die Reibscheibe einen kegelstumpfförmigen Innenumfang auf. Vorteilhafterweise vergrößert sich dadurch die Kontaktfläche zwischen der inneren Scheibe und der Reibscheibe, was eine robuste Verbindung zwischen innerer Scheibe und Reibscheibe ermöglicht.
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In einer anderen Ausführungsform des Kompressors weist die innere Scheibe einen gestuften Außenumfang auf. Vorteilhafterweise liegen die innere Scheibe und die Reibscheibe dann in einem radialen und in einem axialen Bereich aneinander an, wodurch sich ebenfalls eine große Kontaktfläche zwischen innerer Scheibe und Reibscheibe ergibt, was eine robuste Verbindung zwischen innerer Scheibe und Reibscheibe ermöglicht.
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In einer Ausführungsform des Kompressors ist dieser ein Klimakompressor. Vorteilhafterweise kann der Kompressor dann in einem Klimagerät zur Verdichtung eines Kältemittels eingesetzt werden.
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Ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Herstellen einer Taumelscheibe eines Kompressors weist Schritte auf zum Bereitstellen einer inneren Scheibe, zum Bereitstellen einer Reibscheibe, zum Anordnen der Reibscheibe an einem Außenumfang der inneren Scheibe und zum stoffschlüssigen Verbinden der Reibscheibe mit der inneren Scheibe. Vorteilhafterweise ermöglicht dieses Verfahren eine einfache und kostengünstige Herstellung der Taumelscheibe des Kompressors.
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In einer Ausführungsform des Verfahrens werden die Reibscheibe und die innere Scheibe durch Reibschweißen miteinander verbunden. Vorteilhafterweise ergibt sich bei diesem Verfahren eine dauerhafte und robuste stoffschlüssige Verbindung zwischen Reibscheibe und innerer Scheibe.
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In einer anderen Ausführungsform des Verfahrens werden die Reibscheibe und die innere Scheibe durch Magnet-Impuls-Schweißen miteinander verbunden. Vorteilhafterweise ergibt sich auch daraus eine stoffschlüssige Verbindung von Reibscheibe und innerer Scheibe.
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In einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens werden die Reibscheibe und die innere Scheibe durch Punktschweißen miteinander verbunden. Vorteilhafterweise stellt dies eine besonders einfach auszuführende Variante des Verfahrens dar.
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Die Erfindung wird nun anhand der beigefügten Figuren näher erläutert. Dabei zeigen:
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1 eine schematische Darstellung eines Schnitts durch einen Kompressor gemäß einer ersten Ausführungsform; und
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2 eine schematische Darstellung eines Schnitts durch einen Kompressor gemäß einer zweiten Ausführungsform.
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1 zeigt in einer leicht schematisierten Darstellung einen Schnitt durch einen Kompressor 10 gemäß einer ersten Ausführungsform. Der Kompressor 10 kann beispielsweise ein Klimakompressor eines Klimageräts sein und zur Verdichtung eines Kältemittels des Klimageräts dienen. Der Kompressor 10 kann jedoch auch ein beliebiger anderer Kompressor sein.
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Der Kompressor 10 weist einen Zylinderblock 11 und ein am Zylinderblock 11 angesetztes vorderes Gehäuse 12 auf. Das vordere Gehäuse 12 und der Zylinderblock 11 bilden gemeinsam ein Kurbelgehäuse 13 des Klimakompressors 10.
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Der Zylinderblock 11 weist einen oder mehrere Zylinder auf, in denen jeweils ein Kolben 14 beweglich angeordnet ist. In 1 ist lediglich ein Zylinder mit einem darin angeordneten Kolben 14 sichtbar. Jeder der Zylinder weist, in 1 nicht genauer ausgeführte, Einlass- und Auslassventile auf. Die Einlassventile sind dazu vorgesehen, dem jeweiligen Zylinder ein zu verdichtendes Medium zuzuführen. Das dem Zylinder zugeführte Medium wird mittels des im Zylinder angeordneten Kolbens 14 verdichtet und anschließend über das Auslassventil aus dem Zylinder ausgelassen.
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Im durch den Zylinderblock 11 und das vordere Gehäuse 12 gebildeten Kurbelgehäuse 13 ist eine Antriebswelle 15 angeordnet. Die Antriebswelle 15 ist bezüglich des Kurbelgehäuses 13 um ihre Längsachse drehbar. Eine Abstützplatte 16 ist auf der Antriebswelle 15 fixiert, um gemeinsam mit der Antriebswelle 15 eine Drehbewegung um die Längsachse der Antriebswelle 15 auszuführen.
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Ferner ist im Kurbelgehäuse 13 eine Taumelscheibe 20 angeordnet. Die Taumelscheibe 20 ist im Wesentlichen kreisscheibenförmig ausgebildet und weist eine zentrale Durchgangsbohrung auf, durch die sich die Antriebswelle 15 erstreckt. Die zentrale Bohrung der Taumelscheibe 20 ist dabei so bemessen, dass die Taumelscheibe nicht genau senkrecht zur Längsrichtung der Antriebswelle 15 orientiert sein muss, sondern gegenüber der Antriebswelle 15 geneigt werden kann.
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Die Taumelscheibe 20 umfasst eine innere Scheibe 40 und eine Reibscheibe 30. Die Reibscheibe 30 kann auch als Ringscheibe bezeichnet werden. Die innere Scheibe 40 kann auch als Hülse oder Buchse bezeichnet werden. Die innere Scheibe 40 bildet einen radial inneren Abschnitt der Taumelscheibe 20 und weist die zentrale Bohrung auf, durch die sich die Antriebswelle 15 erstreckt. Die Reibscheibe 30 bildet einen radial äußeren Bereich der Taumelscheibe 20 und ist radial außen an der inneren Scheibe 40 angeordnet. Die Reibscheibe 30 und die innere Scheibe 40 der Taumelscheibe 20 sind stoffschlüssig miteinander verbunden. Die innere Scheibe 40 weist außerdem einen Gegengewichtsabschnitt 42 auf, der dem Scharnier 17 radial gegenüber liegt und sich an der Abstützplatte 16 abstützt.
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Die innere Scheibe 40 der Taumelscheibe 20 ist über ein Scharnier 17 mit der Abstützplatte 16 verbunden. Über die Abstützplatte 16 und das Scharnier 17 kann eine Drehung der Antriebswelle 15 um die Längsachse der Antriebswelle 15 auf die Taumelscheibe 20 übertragen werden, wodurch die Taumelscheibe 20 in eine Drehung um die Längsachse der Antriebswelle 15 versetzt wird.
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Eine Druckfeder 18 ist zwischen der Abstützplatte 16 und der Taumelscheibe 20 um die Antriebswelle 15 gewunden und spannt die Taumelscheibe 20 in Richtung des Zylinderblocks 11 vor. Durch Verschieben der Taumelscheibe 20 in Richtung des Zylinderblocks 11 kann die Neigung der Taumelscheibe 20 reduziert werden.
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Die Reibscheibe 30 der Taumelscheibe 20 ist über ein Paar Kolbenschuhe 21 an den Kolben 14 gekoppelt. Entsprechend ist die Reibscheibe 30 über weitere Kolbenschuhe 21 auch an alle anderen Kolben 14 des Kompressors 10 gekoppelt. Die Reibscheibe 30 ist gleitend zwischen den Kolbenschuhen 21 angeordnet. Ein Kolbenschuh 21 jedes Paares von Kolbenschuhen 21 liegt an der Vorderseite, der andere Kolbenschuh 21 jedes Paares von Kolbenschuhen 21 an der Rückseite der Reibscheibe 30 der Taumelscheibe 20 an. Eine Drehbewegung der Taumelscheibe 20 um die Längsachse der Antriebswelle 15 wird über die Reibscheibe 30 und die Kolbenschuhe 21 in eine periodische Längsbewegung des Kolbens 14 im Zylinder des Zylinderblocks 11 übersetzt. Durch eine Veränderung der Neigung der Taumelscheibe 20 bezüglich der Antriebswelle 15 kann der Hub des Kolbens 14 verändert werden.
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Beim in 1 dargestellten Klimakompressor 10 der ersten Ausführungsform weist die innere Scheibe 40 der Taumelscheibe 20 einen kegelstumpfförmigen Außenumfang 41 auf. Die Reibscheibe 30 der Taumelscheibe 20 weist einen kegelstumpfförmigen Innenumfang 31 auf. Der Außenumfang 41 der inneren Scheibe 40 ist somit nicht senkrecht zur Scheibenebene der Taumelscheibe 20 orientiert, sondern gegenüber einer senkrechten Orientierung geneigt. Entsprechend ist auch der Innenumfang 31 der Reibscheibe 30 nicht senkrecht zur Scheibenebene der Taumelscheibe 20 orientiert, sondern gegenüber einer senkrechten Orientierung geneigt. Der kegelstumpfförmige Außenumfang 41 der inneren Scheibe 40 und der kegelstumpfförmige Innenumfang 31 der Reibscheibe 30 sind so bemessen, dass die Reibscheibe 30 so um die innere Scheibe 40 angeordnet werden kann, dass der kegelstumpfförmige Innenumfang 31 der Reibscheibe 30 flächig am kegelstumpfförmigen Außenumfang 41 der inneren Scheibe 40 anliegt.
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Der kegelstumpfförmige Außenumfang 41 der inneren Scheibe 40 und der kegelstumpfförmige Innenumfang 31 der Reibscheibe 30 sind stoffschlüssig miteinander verbunden. Bevorzugt sind der Außenumfang 41 der inneren Scheibe 40 und der Innenumfang 31 der Reibscheibe 30 durch einen Schweißprozess miteinander verbunden. Besonders bevorzugt sind die innere Scheibe 40 und die Reibscheibe 30 durch ein Reibschweißen miteinander verbunden. Es ist jedoch auch möglich, die innere Scheibe 40 und die Reibscheibe 30 durch Magnet-Impuls-Schweißen oder durch Punktschweißen miteinander zu verbinden.
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Die innere Scheibe 40 kann beispielsweise aus Stahl bestehen. Die Reibscheibe 30 der Taumelscheibe 20 kann beispielsweise aus einer Kupferlegierung bestehen. Vorteilhafterweise wird durch Verwendung einer Kupferlegierung für die Reibscheibe 30 der Taumelscheibe 20 die Reibung zwischen der Reibscheibe 30 und den Kolbenschuhen 21 optimiert. Alternativ kann die Reibscheibe 30 der Taumelscheibe 20 jedoch aus dem gleichen Material wie die innere Scheibe 40, beispielsweise aus Stahl, bestehen. In diesem Fall ist die Reibscheibe 30 der Taumelscheibe 20 bevorzugt mit einem Material beschichtet, das für eine optimierte Reibung zwischen der Reibscheibe 30 und den Kolbenschuhen 21 sorgt. Die Reibscheibe 30 der Taumelscheibe 20 kann beispielsweise mit einer Kupferlegierung beschichtet sein. Alternativ kann die Reibscheibe 30 auch mit PTFE (Polytetrafluorethylen; auch bekannt unter dem Handelsnamen Teflon) beschichtet sein.
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2 zeigt in leicht schematisierter Darstellung einen Schnitt durch einen Kompressor 110 gemäß einer zweiten Ausführungsform. Der zweite Kompressor 110 kann ebenfalls ein Klimakompressor zur Verdichtung eines Kühlmittels in einem Klimagerät sein. Der Kompressor 110 der zweiten Ausführungsform kann jedoch auch ein beliebiger anderer Kompressor sein. Der Aufbau des in 2 dargestellten Kompressors 110 gemäß der zweiten Ausführungsform entspricht weitgehend dem des in 1 dargestellten Kompressors 10 der ersten Ausführungsform. Für gleiche oder gleich wirkende Komponenten wurden daher in 1 und 2 dieselben Bezugszeichen verwendet. Diese Komponenten sowie auch die allgemeine Funktionsweise des Kompressors 110 werden nachfolgend nicht erneut erläutert.
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Im Unterschied zum Kompressor 10 der 1 weist der Kompressor 110 der 2 eine veränderte Taumelscheibe 120 auf. Die Taumelscheibe 120 umfasst eine innere Scheibe 140 und eine Reibscheibe 130. Die Reibscheibe 130 ist im Wesentlichen kreisringförmig ausgebildet und radial umlaufend um die innere Scheibe 140 angeordnet.
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Die innere Scheibe 140 der Taumelscheibe 120 weist einen gestuften Außenumfang 141 auf. Die innere Scheibe 140 weist somit in axiale Richtung einen ersten Abschnitt mit einem ersten Durchmesser und einen zweiten Abschnitt mit einem zweiten Durchmesser auf, der größer als der erste Durchmesser ist. Zwischen den beiden Abschnitten erstreckt sich eine in radiale Richtung verlaufende senkrechte Stufe. Die Reibscheibe 130 der Taumelscheibe 120 weist einen zylindrischen Innenumfang 131 auf, dessen Durchmesser etwa dem Durchmesser des ersten Abschnitts des Außenumfangs 141 der inneren Scheibe 140 entspricht. Die Reibscheibe 130 ist so um die innere Scheibe 140 angeordnet, dass der zylindrische Innenumfang 131 der Reibscheibe 130 flächig am ersten Abschnitt des gestuften Außenumfangs 141 der inneren Scheibe 140 anliegt, also an dem Abschnitt des gestuften Außenumfangs 141, der den geringeren Durchmesser aufweist. Außerdem stützt sich die Reibscheibe 130 der Taumelscheibe 120 an der Stufe im gestuften Außenumfang 141 der inneren Scheibe 140 ab. Somit ergibt sich ein axialer Kontaktbereich zwischen dem zylindrischen Innenumfang 131 der Reibscheibe 130 und dem ersten Abschnitt des gestuften Außenumfangs 141 der inneren Scheibe 140 sowie ein radialer Kontaktbereich zwischen einer Vorderseite der Reibscheibe 130 und der Stufe des gestuften Außenumfangs 141 der inneren Scheibe 140.
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Wiederum sind die Reibscheibe 130 und die innere Scheibe 140 stoffschlüssig miteinander verbunden. Die Reibscheibe 130 und die innere Scheibe 140 können mittels Reibschweißen, mittels Magnet-Impuls-Schweißen oder mittels Punktschweißen miteinander verbunden sein. Auch eine Verwendung eines anderen Schweißverfahrens ist möglich.
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Die Reibscheibe 130 und die innere Scheibe 140 der Taumelscheibe 120 können aus demselben Material oder aus unterschiedlichen Materialien bestehen. Beispielsweise kann die innere Scheibe 140 aus Stahl bestehen. Die Reibscheibe 130 kann beispielsweise aus einer Kupferlegierung oder aus mit einer Kupferlegierung beschichtetem Stahl bestehen. Die Reibscheibe 130 kann jedoch auch aus einem anderen Material bestehen oder mit einem anderen Material beschichtet sein.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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