DE10206572B4 - Taumelscheiben-Kompressor - Google Patents
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Abstract
– einen Zylinderblock (14), der im Innenraum des Gehäuses (12) eingesetzt ist und eine Vielzahl von voneinander beabstandeten Zylindern (20) um seine Achse aufweist sowie eine Öffnung (62) aufweist, die mit den Zylindern (20) in Verbindung steht;
– eine Welle (16), die drehbar in dem Zylinderblock (14) gelagert ist;
– eine Taumelscheibe (18), die an der Welle (16) mit dieser drehbar befestigt ist; und
– einen Kolben (22), der in jedem Zylinder (20) des Zylinderblocks (14) angeordnet ist und einen Hohlraum (70) zur Aufnahme eines Teils der Taumelscheibe (18) aufweist; und
– einen Aufsatz (26), der einen Durchlasskanal (32) für ein Mischgas eines Kühlmittels und Schmieröl zur Einleitung in den Taumelscheiben-Kompressor definiert; wobei der Aufsatz (26) aufweist:
– wenigstens eine Barriere (42), die in dem Durchlasskanal (32) vorgesehen ist und an die das Mischgas anstoßen kann;
– eine...
Description
- Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Taumelscheiben-Kompressor mit den oberbegrifflichen Merkmalen des Anspruches 1.
- Ein derartiger Taumelscheiben-Kompressor, der z. B. in einer Automobil-Klimaanlage Verwendung findet, ist aus der
US 4,392,788 A oder derDE 26 09 970 A1 bekannt. Wenn der Taumelscheiben-Kompressor in Betrieb gesetzt ist, gelangen jeweils verdampfende Bestandteile des am Gehäuseboden angesammelten Schmieröls und ein Teil des Mischgases von einem Kühlmittel sowie das Schmieröl, das durch einen oben in dem Gehäuse vorgesehenen Durchlasskanal in den Taumelscheiben-Kompressor eingeleitet werden soll, in die Vertiefung der Kolben und dienen der Schmierung zwischen Taumelscheibe und Lagerungen. - Dabei kam es jedoch vor, dass die Versorgung eines Abschnitts zwischen der Taumelscheibe und den Lagerungen mit Schmieröl unzureichend war, was ein Blockieren ("Fressen") zwischen der Taumelscheibe und den Lagerungen kurz nach dem Start bewirkte und dazu führte, dass der Taumelscheiben-Kompressor den Betrieb einstellte.
- In Anbetracht dessen wurde vorgeschlagen, noch einen Versorgungsweg für das Schmieröl hinzuzufügen. Dieser Versorgungsweg weist ein an einem Ende offenes Schraubenloch an der Welle sowie eine Vielzahl von Löchern auf, die mit dem Schraubenloch in Verbindung stehen und sich zum Drucklager hin öffnen (vgl.
JP 6-101641 A EP 971 128 A2 DE 197 23 628 A1 ). - Wenn der Taumelscheiben-Kompressor den Betrieb aufnimmt, strömen demnach die verdampfenden Bestandteile des Schmieröls am Boden des Gehäuses und die Schmieröl-Bestandteile in dem Mischgas in die Schraubenlochöffnung an einem Ende der Welle und werden von dort durch das Schraubenloch hindurch in den Abschnitt zwischen der Taumelscheibe und dem zu versorgenden Lagerabschnitt geleitet. Selbst dadurch wird das Schmieröl jedoch nicht ausreichend zugeführt, wodurch zuweilen ein Blockieren verursacht wird.
- Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung eines Taumelscheiben-Kompressors mit einem Gehäuses zum Einleiten einer großen Menge von Schmieröl in Vertiefungen von Kolben, die einen Teil der Taumelscheibe aufnehmen.
- Diese Aufgabe wird gelöst durch einen Taumelscheiben-Kompressor mit den Merkmalen des Anspruches 1.
- Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
- Gemäß der vorliegenden Erfindung wird das Mischgas durch Absorption von der äußeren Umgebung des Gehäuses nach innen in einen Durchlasskanal eines oberen Abschnitts des Gehäuses eingeleitet und steigt in dem Durchlasskanal hoch. Dabei stößt ein Teil des Mischgases an eine Barriere in dem Durchlasskanal, was bewirkt, dass der Schmieröl-Bestandteil an der Barriere hängenbleibt. Das an der Barriere hängengebliebene Schmieröl fließt nach unten in eine Vertiefung des Durchlasskanals entlang der Barriere. Folglich werden die Schmieröl-Bestandteile während des Betriebs des Taumelscheiben-Kompressors in der Vertiefung zurückgehalten.
- Durch Betätigen des Ventils zum Öffnen eines Loches, das mit der Vertiefung in Verbindung steht, kann das in der Vertiefung zurückbehaltene Schmieröl durch das mit der Vertiefung in Verbindung stehende Loch nach unten laufen. Das aus dem Loch nach unten laufende Schmieröl geht auf einem Zylinderblock nieder, der den Innenraum des Gehäuses einnimmt, strömt durch eine Öffnung in der Außenwandseite des Zylinderblocks in einen oder mehrere Zylinder, fließt an der Außenfläche eines Kolbens in dem Zylinder nach unten und erreicht die Innenseite eines Hohlraums des Kolbens. Falls eine der Öffnungen des Zylinderblocks genau gegenüber dem Loch der Gehäuseoberseite angeordnet ist, erreicht das herunterlaufende Schmieröl die Innenseite des Zylinders direkt durch die Öffnung.
- Folglich kann durch Öffnen des Ventils, beispielsweise vor Aktivierung des Taumelscheiben-Kompressors, eine große Menge von zuvor in der Gehäuseoberseite angesammeltem Öl einem Kontaktabschnitt der Taumelscheibe und der Lagerung zugeführt werden und dadurch das Entstehen von Blockierungen in dem Kontaktabschnitt des danach zu aktivierenden Taumelscheiben-Kompressors verhindern.
- Wenn als Ventil ein Magnetventil verwendet wird, ist es möglich, das Öffnen und Schließen des Lochs elektrisch zu steuern und mit dem Start des Taumelscheiben-Kompressors zu koppeln.
- Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung näher beschrieben und erläutert. Es zeigen:
-
1 einen Teil-Vertikalschnitt eines Taumelscheiben-Kompressors gemäß der vorliegenden Erfindung; -
2 einen Querschnitt entlang der Linie 2-2 in1 ; und -
3 einen Schnitt entlang der Linie 3-3 in1 . - Bezugnehmend auf
1 und2 ist ein Taumelscheiben-Kompressor zum Einsatz in einem Automobil allgemein mit der Bezugsziffer10 gekennzeichnet. Der Taumelscheiben-Kompressor10 umfasst ein Gehäuse12 , einen im Innenraum des Gehäuses12 eingesetzten Zylinderblock14 , eine im Zylinderblock14 drehbar gelagerte Welle16 , eine an der Welle16 befestigte Taumelscheibe18 und eine Vielzahl von Kolben22 , die in eine entsprechende Vielzahl (hier: fünf) von im Zylinderblock14 gebildeten Zylindern20 in Axialrichtung eingesetzt sind. - Der Taumelscheiben-Kompressor
10 wird von der Umdrehungskraft eines (nicht gezeigten) Fahrzeugmotors angetrieben. Die Umdrehungskraft wird über einen Riemen (nicht gezeigt) an die Welle16 übertragen und dreht diese. Zur Übertragung der Umdrehungskraft sowie deren Abschaltung an die Welle16 ist an der Stirnseite der Welle16 eine Kupplungsvorrichtung angebracht (nicht gezeigt). - Die Drehbewegung der Welle
16 wird in eine lineare Bewegung umgesetzt, um den Kolben22 in jedem Zylinder20 in Axialrichtung hin- und herzubewegen. Infolgedessen werden das Mischgas des Kühlmittels und das Schmieröl durch den Hub von beiden Enden aus in den Zylinder20 angesaugt (vgl. die Strichpunktlinie, die eine Linienführung des Bewegungsweges zeigt), das Mischgas wird im Zylinder20 komprimiert und dann durch den Hub aus beiden Enden des Zylinders20 nach außen ausgestoßen (vgl. die Strichlinie, die eine Linienführung des Bewegungsweges zeigt). In diesem Arbeitsvorgang leistet der Taumelscheiben-Kompressor10 die Verdichtungsarbeit in einer Automobil-Klimaanlage. - Das Gehäuse
12 umfasst einen Körper24 , der einen Gehäuseraum des Zylinderblocks14 definiert, und besitzt eine allgemein zylindrische Innenseite, einen Aufsatz26 , der einem nach oben vorstehenden oberen Abschnitt des Körpers24 folgt, ein rohrförmiges Teil28 mit abgesetztem Durchmesser, der einem Endbereich in Axialrichtung des Körpers24 folgt und von diesem Endbereich vorsteht, so dass er den Stirnseitenabschnitt der Welle16 umgibt, sowie eine Kappe30 , die an einem offenen Endabschnitt (dem anderen Endbereich) des Körpers24 befestigt ist und diesen abdeckt. - Im Ober- und Unterteil des Gehäuse-Körpers
24 sind zwei Hohlräume angeordnet, die mit dem Gehäuseraum des Zylinderblocks14 in Verbindung stehen (es ist jedoch nur der obere Hohlraum31 gezeigt). Beide Hohlräume befinden sich im wesentlichen im Zwischenstück der beiden Endbereiche des Körpers24 und sind direkt über und unter dem Zylinderblock14 angeordnet. Der obere Hohlraum31 des Gehäusekörpers nimmt das Mischgas zur Einleitung über einen später erläuterten Durchlasskanal32 der Gehäuseoberseite26 auf und verteilt es jeweils auf beide Seiten jedes Zylinders20 . Der untere Hohlraum im Bodenbereich (nicht gezeigt) wirkt als Ölfangschale, die das Schmieröl sammeln kann. - Die Gehäuseoberseite
26 definiert den Durchlasskanal32 zur Einleitung des Mischgases in den Taumelscheiben-Kompressor. Der Durchlasskanal32 beginnt mit einer Öffnung34 , die am Aufsatz26 vorgesehen ist (genauer, einer Abdeckung40 , die später noch beschrieben wird) und sich zur Außenseite des Gehäuses12 öffnet und endet mit einer anderen Öffnung36 , die im Gehäuse-Körper24 vorgesehen ist und sich in den oberen Hohlraum31 hinein öffnet. Folglich wird das Mischgas von der Öffnung34 aus in den Durchlasskanal32 eingeleitet und kann von der anderen Öffnung36 aus über den Durchlasskanal32 in den Gehäusekörper24 wandern. - In der dargestellten Ausführungsform weist der Aufsatz
26 eine allgemein rechteckige, ebene Gestaltung auf (siehe3 ) und schließt Seitenwände38 ein, die sich von dem Gehäusekörper24 nach oben erstrecken und eine rechteckige Querschnittsform aufweisen, sowie eine Abdeckung40 , die die offene Oberseite der Seitenwände38 und Durchgänge abdeckt und einstückig mit den Seitenwänden38 ausgebildet ist. Folglich begrenzt der Gehäusekörper24 auch einen Teil des Aufsatzes26 . Anstelle der dargestellten Rechteckform kann der Aufsatz26 auch in einer anderen ebenen Gestaltung ausgeführt sein, beispielsweise als Vieleck oder in Kreisform. - Im Durchlasskanal
32 sind wenigstens eine Barriere42 (in den Zeichnungen vier), eine Vertiefung44 und ein Loch46 vorgesehen. Die vier Barrieren42 sind zwischen den beiden Seiten34 ,36 des Durchlasskanals32 mit Abstand voneinander angeordnet. Jede Barriere42 erstreckt sich stegartig vom Gehäusekörper24 vertikal nach oben zur Abdeckung40 und endet unmittelbar vor Erreichen der Abdeckung40 . Daher stößt das in den Durchlasskanal32 eingeleitete Mischgas während des Betriebs des Taumelscheiben-Kompressors10 beim Passieren des Durchlasskanals32 an jede Barriere42 und strömt durch einen Spalt zwischen den Barrieren42 und der Abdeckung40 . Wenn das Mischgas auf die Barriere42 trifft, bleibt ein Teil des Schmieröls, das ein Bestandteil des Mischgases ist, an der Barriere42 hängen. Dann fließt das an der Barriere42 hängengebliebene Schmieröl an der Wandfläche der Barriere42 entlang nach unten zur Vertiefung44 und wird dort gesammelt. - Die Vertiefung
44 ist durch einen Teil der Seitenwände38 des Aufsatzes und die Barriere42 ganz außen nahe an der Öffnung 36 im Gehäusekörper24 begrenzt. Die Vertiefung44 kann aber auch so ausgeführt sein, dass die Dicke eines Teils des Gehäusekörpers24 größer gewählt und eine Einbuchtung oder Vertiefung darin ausgeformt wird. - Ferner verläuft in der dargestellten Ausführungsform die Barriere
42 ganz außen von einer Seite der beiden gegenüberliegenden Wandflächen der Seitenwände38 des Aufsatzes26 zur anderen Seite. Andererseits erstrecken sich die anderen drei Barrieren42 abwechselnd von einer der beiden Wandflächen der Seitenwände38 zu Abschnitten unmittelbar vor der anderen, mit Spalten zwischen diesen Barrieren42 und der anderen Seitenwand. Daher kann das in der Vertiefung44 angesammelte Schmieröl durch die Spalte zu dem Bereich zwischen den Barrieren42 wandern und dadurch die Höhe des Pegels des in der Vertiefung angesammelten Schmieröls konstant halten. - Es ist auch möglich, die Barrieren
42 anstelle der dargestellten Ausführungsform von der Abdeckung40 in Gegenrichtung zu dem Gehäusekörper24 verlaufen zu lassen. Ferner können die Barrieren42 nicht nur vertikal, sondern auch diagonal oder in einem Bogen verlaufen. - Das in der Vertiefung
44 angesammelte Schmieröl kann über das Loch46 aus der Vertiefung44 abfließen. Das Loch46 ist in dem Gehäuse-Körper24 eingeformt und steht mit der Vertiefung44 und dem Innenraum des Gehäuse-Körpers24 in Verbindung. Folglich kann das Schmieröl in der Vertiefung44 innerhalb des Gehäuse-Körpers24 (bei geöffnetem Loch46 ) nach unten auf den Zylinderblock14 fließen. - Das Loch
46 wird durch Betätigen eines Ventils geöffnet und geschlossen, vorzugsweise durch ein Magnetventil45 . Das Magnetventil45 ist an der Abdeckung40 befestigt. Das Magnetventil45 weist einen Ventilkörper47 auf, der in dem Durchlasskanal32 auf- und abbewegt werden kann und dadurch das Loch46 öffnet bzw. schließt. Der Ventilkörper47 kann durch elektrische Steuerung des Magnetventils45 auf- und abbewegt werden. Das Magnetventil45 ist vorzugsweise so gesteuert, dass es das Loch46 durch Anheben des Ventilkörpers47 für mehrere Sekunden vor dem Starten (Aktivieren) des Taumelscheiben-Kompressors10 öffnet, wenn er lange im Stillstand war. Es ist auch möglich, das Magnetventil45 jedesmal zu betätigen, wenn der Taumelscheiben-Kompressor10 während der Fahrt eines Automobils aktiviert wird. - Das Loch
46 kann an einer beliebigen Position in Axialrichtung des Gehäusekörpers24 vorgesehen sein, ist aber vorzugsweise in mittiger Lage in Axialrichtung des Gehäusekörpers24 vorgesehen, wie in den Zeichnungen gezeigt. Dadurch kann das Loch46 nahe an eine später noch zu beschreibenden Öffnung62 oder dieser gegenüber angeordnet werden, die im Zylinderblock14 vorgesehen ist und mit dem Zylinder20 in Verbindung steht. - Demgemäss läuft das auf den Zylinderblock
14 niederfließende Schmieröl entlang der Außenfläche des Zylinderblocks14 nach unten und erreicht die Öffnung62 oder gelangt direkt in die Öffnung62 hinein, wie später beschrieben. Danach gelangt das Schmieröl in den Zylinder20 , läuft entlang der Außenfläche des Zylinders20 nach unten und erreicht einen Verbindungsabschnitt (i.a. ein Gesenkschmiedeteil64 , das später noch beschrieben wird) zwischen der Welle16 und der Taumelscheibe18 in dem später noch zu beschreibenden Hohlraum70 des Kolbens22 . - Eine Vielzahl von in dem Zylinderblock
14 vorgesehenen Zylindern20 ist mit Abstand voneinander um die Achse des Zylinderblocks14 angeordnet. Jeder Zylinder20 öffnet sich an beiden Enden des Zylinderblocks14 und beiden Enden des Zylinders20 , d. h. beide Enden des Zylinderblocks14 werden jeweils über ein Paar Ventilplatten48 ,50 mit einer Kappe30 des Gehäuses und einem Endbereich des Gehäuse-Körpers24 abgeschlossen. Die Gehäusekappe30 und der eine Endbereich des Gehäuse-Körpers24 weisen jeweils zwei konzentrische Ringräume auf (nur die Ringräume52 ,54 in der Kappe30 sind gezeigt), die beiden Ventilplatten48 ,50 gegenüberliegen. - Von den beiden Ringräumen steht der innere Ringraum
52 mit dem oberen Hohlraum31 des Gehäusekörpers in Verbindung und kann das Mischgas aufnehmen. Andererseits kann der äußere Ringraum54 das aus dem Zylinder20 ausgestoßene Mischgas aufnehmen. Als Hinweis sind in die Ringräume52 ,54 jeweils die Buchstaben N und H für niedrigen bzw. hohen Druck eingesetzt. - In den beiden Ventilplatten
48 ,50 sind zwei Löcher56 bzw. 58 vorgesehen, durch die das Mischgas zwischen den Ringräumen52 ,54 und den Zylindern20 hin- und herwandern kann. In jedem Loch ist ein Sperrventil (nicht gezeigt) zum Steuern des Mischgasstroms angeordnet. Weiterhin stehen die beiden Ringräume auf der Hochdruck-Seite (H) des Gehäusekörpers24 über ein Staurohr (nicht gezeigt) miteinander in Verbindung, das in ein Loch eingesetzt ist und in Axialrichtung des Zylinderblocks14 verläuft. Das auf der Hochdruckseite in den Ringraum ausströmende Mischgas wird aus einem Auslass60 , der in der Kappe30 des Gehäuses vorgesehen ist und mit dem Ringraum54 auf der Kappenseite in Verbindung steht, aus dem Gehäuse12 ausgestoßen. - Der Zylinderblock
14 ist mit einer langgestreckten Öffnung62 versehen, die mit jedem Zylinder20 in Verbindung steht. Jede Öffnung62 ist im wesentlichen im Zentralbereich jedes Zylinders20 in Axialrichtung platziert. In der dargestellten Ausführungsform ist ein Zylinder20 ganz oben platziert, so dass die Öffnung62 dem Loch46 für das Schmieröl gegenüberliegt. Daher tropft das von dem Loch46 nach unten fließende Schmieröl direkt in die Öffnung62 . - Die Taumelscheibe
18 zum Umsetzen der Drehbewegung der Welle16 in die Hin- und Herbewegung jedes Kolbens22 weist ein Gesenkschmiedeteil64 auf, das um die Welle 16 herum befestigt ist, sowie einen Scheibenabschnitt66 , der von dem Gesenkschmiedeteil64 radial nach außen verläuft. Das Bezugszeichen68 zeigt ein Paar Drucklager, die in Kontakt mit den beiden Enden des Gesenkschmiedeteils64 um die Welle16 angeordnet sind. - Der Scheibenabschnitt
66 der Taumelscheibe ist zur Welle16 geneigt. Das heißt, der Scheibenabschnitt66 bildet einen anderen Kreuzachsenwinkel als 90° zur Welle16 . Wenn die Taumelscheibe18 zusammen mit der Welle16 umläuft, verändert sich daher ein willkürlicher Abschnitt bezüglich der Umfangsrichtung des Scheibenabschnitts66 , der mit jedem Kolben22 in Kontakt ist, was die Axialrichtung der Welle16 betrifft. Infolgedessen nimmt jeder Kolben22 Axialkraft von dem Scheibenabschnitt66 auf. - Jeder innerhalb jedes Zylinders
20 des Zylinderblocks14 angeordnete Kolben22 weist einen Hohlraum70 zur Aufnahme des Scheibenabschnitts66 der Taumelscheibe18 auf. In jedem Hohlraum70 sind ein scheibenartiger Schuh72 , der ein mit jeder Seite des Scheibenabschnitts66 in Kontakt stehendes Lagerelement ist, sowie eine drehbar auf dem Schuh72 gelagerte Kugel74 und die Wandfläche angeordnet, die den Hohlraum70 abgrenzt. Der Scheibenabschnitt66 wird mit jedem Kolben22 in Kontakt gebracht (genauer, mit der Wandfläche des Hohlraums70 ). Wenn die Taumelscheibe18 umläuft, werden folglich alle mit dem Scheibenabschnitt66 in Kontakt stehenden Kolben22 zwangsläufig axial verschoben und bewegen sich dadurch hin und her. - Vor Anlassen des Taumelscheiben-Kompressors
10 wandert eine große Menge des Schmieröls, das vom Aufsatz26 des Gehäuses nach unten auf die Öffnung62 des Zylinders herunterfließt und auf das Gesenkschmiedeteil64 in dem Hohlraum70 des Kolbens22 in dem Zylinder ankommt, dann durch Zentrifugalkraft in Radialrichtung den Scheibenabschnitt66 entlang, sobald der Taumelscheiben-Kompressor10 startet, und erreicht den Abschnitt zwischen dem Scheibenabschnitt66 und dem Schuh72 , um diese zu schmieren. Infolgedessen wird ein Schmierölmangel während einer Betriebspause des Taumelscheiben-Kompressors10 und eine damit verbundene Blockierneigung zwischen dem Scheibenabschnitt66 und dem Schuh72 beseitigt.
Claims (2)
- Taumelscheiben-Kompressor mit einem Gehäuse, umfassend: – einen Zylinderblock (
14 ), der im Innenraum des Gehäuses (12 ) eingesetzt ist und eine Vielzahl von voneinander beabstandeten Zylindern (20 ) um seine Achse aufweist sowie eine Öffnung (62 ) aufweist, die mit den Zylindern (20 ) in Verbindung steht; – eine Welle (16 ), die drehbar in dem Zylinderblock (14 ) gelagert ist; – eine Taumelscheibe (18 ), die an der Welle (16 ) mit dieser drehbar befestigt ist; und – einen Kolben (22 ), der in jedem Zylinder (20 ) des Zylinderblocks (14 ) angeordnet ist und einen Hohlraum (70 ) zur Aufnahme eines Teils der Taumelscheibe (18 ) aufweist; und – einen Aufsatz (26 ), der einen Durchlasskanal (32 ) für ein Mischgas eines Kühlmittels und Schmieröl zur Einleitung in den Taumelscheiben-Kompressor definiert; wobei der Aufsatz (26 ) aufweist: – wenigstens eine Barriere (42 ), die in dem Durchlasskanal (32 ) vorgesehen ist und an die das Mischgas anstoßen kann; – eine Vertiefung (44 ) zum Zurückhalten des Schmieröls in dem durch die Kollision an der Barriere (42 ) entlang der Barriere (42 ) nach unten strömenden Mischgas; und – ein Loch (46 ), das mit der Vertiefung (44 ) und einem Innenraum des Gehäuses (12 ) in Verbindung steht; gekennzeichnet durch ein an dem Aufsatz (26 ) angebrachtes Ventil (45 ), wobei das Ventil (45 ) zum Öffnen und Schließen des Loches (46 ) vorgesehen ist und eine der Öffnungen (62 ) des Zylinderblocks (14 ) und das Loch (46 ) am Aufsatz (26 ) des Gehäuses (12 ) einander gegenüberliegen. - Kompressor gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventil (
45 ) ein Magnetventil ist.
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