DE10222349A1 - Verdichter - Google Patents

Abstract

Verdichter, insbesondere Axialkolbenmaschine, mit einem Axialkolbentriebwerk zum Ansaugen und zum Verdichten eines Kältemittels mit einer Antriebswelle für das Triebwerk, mit Radiallagern der Welle vorne und hinten im Verdichtergehäuse, wobei als "vorne" die Antriebsseite mit der Riemenscheibe definiert sein soll, und mindestens einem Axiallager für die Welle, wobei dieses Axiallager im hinteren Gehäuseteil des Verdichters angeordnet ist.

Description

Die Erfindung betrifft einen Verdichter, insbesondere eine Axialkolbenmaschine, mit einem Axialkolbentriebwerk zum Ansaugen und zum Verdichten eines Käl­ temittels, mit einer Antriebswelle für das Triebwerk, mit Radiallagern der Welle vorne und hinten im Verdichtergehäuse, wobei als "vorne" die Antriebsseite mit der Riemenscheibe definiert sein soll, und mit mindestens einem Axiallager für die Welle, wobei dieses Axiallager im hinteren Gehäuseteil des Verdichters angeordnet ist. Verdichter dieser Art sind zum Beispiel aus der DE 198 07 947 A1 bekannt. Dieser Verdichter hat gegenüber älteren Bauarten schon den Vorteil, daß ein Axiallager 63 die in der Welle wirkenden Zugkräfte auf einen Zylinder­ block 35 überträgt und deswegen der erste Gehäuseteil im wesentlichen von Pulsationskräften frei bleibt. Allerdings ist ein zweiter Gehäuseteil 7, den man auch als Zylinderkopf bezeichnen kann, und eine Ventilplatte 37 noch mit den durch die Verdichterarbeit erzeugten pulsierenden Druckkräfte beaufschlagt, wobei diese Kräfte über eine Verbindung zwischen Gehäuseteil 1 und dem zweiten Gehäuseteil, nämlich dem Zylinderblock 7, abgefangen werden müssen und über eine Spannschulter 41 des Zylinderblocks zum Axiallager geleitet wer­ den müssen. Das heißt, daß bei dieser Konstruktion der Zylinderkopf 7 noch als Schallabstrahlfläche für den durch die pulsierenden Kräfte erzeugten Schall zur Verfügung steht.

Es ist Aufgabe der Erfindung, einen Verdichter zu schaffen, der diese Nachteile nicht aufweist.

Die Aufgabe wird gelöst durch einen Verdichter, insbesondere eine Axialkolben­ maschine, mit einem Axialkolbentriebwerk zum Ansaugen und zum Verdichten eines Kältemittels, mit einer Antriebswelle für das Triebwerk, mit Radiallagern der Welle vorne und hinten im Verdichtergehäuse, und mit mindestens einem Axiallager für die Welle, wobei dieses Axiallager im hinteren Gehäuseteil im Zylinderkopf bzw. Druckdeckel des Verdichters angeordnet ist.

Bevorzugt wird ein Verdichter, der sich dadurch auszeichnet, daß das Axiallager so positioniert ist, daß die von den Zylindern und vom Hochdruck im Aus­ laßdruckbereich auf die Ventilplatte und auf den Zylinderkopf bzw. Druckdeckel in axialer Richtung ausgeübten Kräfte lediglich durch diesen hindurch zum Axi­ allager geleitet werden und alle übrigen Gehäusebereiche, wie zum Beispiel der äußere Bereich des Zylinderkopfes bzw. Druckdeckel und alle übrigen Gehäu­ seteile und deren Verbindungselemente frei von axialen dynamischen Belastun­ gen bleiben, welche durch die Pulsation der Verdichterarbeit erzeugt werden.

Ein weiterer erfindungsgemäßer Verdichter zeichnet sich dadurch aus, daß das Axiallager so positioniert ist, daß axiale Zugkräfte in der Welle über das Axialla­ ger den Zylinderkopf bzw. Druckdeckel gegen die Ventilplatte und den Zylinder­ block pressen.

Bei einem erfindungsgemäßen Verdichter ist das Axiallager so positioniert, daß es auch nach der Montage des Triebwerkes noch von außen zugänglich ist.

Bevorzugt wird weiterhin ein Verdichter, bei welchem das Axiallager in einer im wesentlichen zylindrischen Ausnehmung im Druckdeckel bzw. Zylinderkopf posi­ tioniert ist.

Ebenso wird ein Verdichter bevorzugt, bei welchem die axiale Position zwischen Axiallager und Welle einstellbar ist. Erfindungsgemäß dient die axiale Position zwischen Axiallager und Welle zur Einstellung der Welle bzw. der dadurch an­ getriebenen Schwenkscheibe gegenüber dem oberen Totpunkt des Triebwerkes.

Bei einem weiteren erfindungsgemäßen Verdichter ist das Axiallager durch ein Gewinde zwischen der Welle und einer Wellenscheibe einstellbar, wobei der Außenmantel der Welle ein Außengewinde und die Bohrung in der Wellenschei­ be ein Innengewinde aufweist. Erfindungsgemäß hat das Gewinde zwischen Welle und Wellenscheibe Spiel.

Bevorzugt wird weiterhin ein Verdichter, bei welchem durch das Gewinde eine Winkeleinstellbarkeit zwischen Welle und Wellenscheibe realisierbar ist. Erfin­ dungsgemäß können durch das Spiel des Gewindes radiale Durchbiegungen der Welle so kompensiert werden, daß das Axiallager durch diesen Winkelfehler, der durch umlaufende Biegungen der Welle bei der Verdichterarbeit erzeugt wird, nicht beeinflußt und in seiner Funktion beeinträchtigt wird. Das bedeutet, daß das Gewindespiel zwischen Welle und Wellenscheibe den Winkelfehler zwi­ schen der radialen Durchbiegung der Welle und dem Axiallager ausgleicht.

Ein weiterer erfindungsgemäßer Verdichter zeichnet sich dadurch aus, daß das Gewinde nach Einstellung gegen das Verdrehen aus der eingestellten Position, das heißt dem Einstellpositionswinkel, gesichert wird durch Stifte oder Zapfen (Nieten, Bolzen, Schrauben etc.) und Ausnehmungen (Bohrungen, Nuten etc.) oder umgebogene Lappen einer aufgepreßten Scheibe.

Die Erfindung wird nun anhand einer Figur beschrieben.

Erfindungswesentlich sind nun die folgenden Merkmale, welche hier näher er­ läutert werden sollen. In einem Druckdeckel bzw. Zylinderkopf 1, der z. B. in ein Gehäuse 2 mittels eines Gewindes 40 eingeschraubt ist, befindet sich eine im wesentlichen zylindrische, von außen zugängliche Ausnehmung 3, die ein Axial­ lager 4 aufnimmt. Die Ausnehmung 3 endet an einer Gehäuseschulter 5, auf der eine Gehäusescheibe 6 des Axiallagers aufliegt. Eine Laufscheibe 7 des Lagers 4 ist am Ende einer Welle 8 angebracht. Die Ausnehmung 3 beziehungsweise irgendeine ähnlich gestaltete Ausnehmung und damit das Axiallager 4 sind nach außen durch einen zusätzlichen Deckel 9 abgedeckt. Durch diese Anordnung des Axiallagers 4 in dem Druckdeckel 1 bzw. an das dort befindliche Wellenende wird erreicht, daß nach der Montage der wesentlichen Teile des Kompressors das Axiallager 4 dennoch zugänglich bleibt, so daß eine genaue axiale Positio­ nierung der Welle 8 als letzter Montageschritt (abgesehen von der Abdeckung 9 des Axiallagers) möglich ist. Die von den Zylindern bzw. dem Hochdruck im Ausstoßdruckbereich auf den Druckdeckel ausgeübten axialen Kräfte müssen lediglich durch diesen hindurch bis zum Axiallager geleitet werden. Alle übrigen Gehäuseteile und deren Verbindungselemente, insbesondere das Gewinde 40 zwischen Gehäuse und Druckdeckel, sind frei von axialer dynamischer Belas­ tung. Da also das Gehäuse im wesentlichen frei ist von dynamischer Belastung, ist seine Schallabstrahlung gering.

Dem gegenüber hat der im Stand der Technik aufgezeigte Kompressor folgende Nachteile: Nach Montage des Kompressors ist eine weitere, genaue axiale Positionierung der Welle nicht mehr möglich. Eine solche ist jedoch wünschens­ wert, um eine genaue obere Totpunktstellung der Kolben zu gewährleisten, ohne daß an die beteiligten Bauteile zu hohe Toleranzanforderungen gestellt werden müssen. Eine möglichst genaue Einhaltung der oberen Totpunktstellung ist Voraussetzung für einen guten volumetrischen Wirkungsgrad (Totraumvolumen minimal) und geringe Reibungsverluste (schnelle Abnahme der Gleitschuhbe­ lastung nach dem oberen Totpunkt). Bei noch älteren Verdichtern aus dem Stand der Technik, bei welchen die Axiallager der Welle vorne im Riemenschei­ benbereich des Gehäuses angeordnet sind, werden zusätzlich die Gehäuse einer hohen Zug-/Schwellbelastung ausgesetzt, und der Gehäuseboden, auf welchem sich das Axiallager abstützt, zusätzlich einer Biegebelastung. Die dy­ namischen Verformungen des Gehäuses führen zu Schallabstrahlung. Die dy­ namische Belastung des Gehäuses hat auch eine Belastung des Gewindes zwischen Gehäuse und Druckdeckel im Zug-/Schwellbereich zur Folge, welche wesentlich ungünstiger für die Haltbarkeit des Gewindes ist, als es eine ruhende Zugbelastung wäre.

Ein weiteres Erfindungsmerkmal ist die Einstellbarkeit des Axiallagers. Die Wel­ lenscheibe 7 und die Welle 8 sind durch ein spielbehaftetes Gewinde 41 ver­ bunden, wobei sich in der Bohrung der Wellenscheibe 7 das Innengewinde und am Außenmantel der Welle 8 das Außengewinde befindet. Auf der von den Wälzkörpern 42 abgewandten Stirnfläche der Wellenscheibe 7 befindet sich eine oder mehrere Vertiefungen 10. Eine Scheibe 11 ist zum Beispiel auf die Welle 8 aufgepreßt. Die Scheibe 11 trägt einen Vorsprung 12, der in eine Vertiefung 10 der Wellenscheibe 7 eingreift. Der Vorsprung 12 wird durch einen in die Scheibe 11 eingenieteten Zapfen 43 gebildet, oder der Vorsprung 12 wird durch einen an die Scheibe 11 angebogenen Lappen (hier nicht dargestellt) gebildet.

Diese Anordnung hat folgenden Vorteil: Da die Ebene des Winkelfehlers mit der Welle 8 umläuft, können dynamische Einstellbewegungen vermieden werden, wenn die Winkeleinstellbarkeit zwischen Welle 8 und Wellenscheibe 7 realisiert wird. Da sich nun die Normalen auf einer Gewindeflanke in einem verhältnismä­ ßig engen Bereich treffen, erlaubt ein Gewinde eine gewisse, hauptsächlich vom Gewindespiel und von der Gewindelänge abhängige Winkeleinstellbarkeit. Ein Gewinde zwischen Welle 8 und Wellenscheibe 7 gleicht also den Winkelfehler aus und kann gleichzeitig zur axialen Positionierung der Welle 8 benutzt werden. Es muß nicht und darf nicht verspannt werden. Es muß lediglich nach der axia­ len Positionierung der Welle 8 gegen weitere Verdrehung gesichert werden. Dazu dient erfindungsgemäß eine nach der Positionierung zusätzlich auf die Welle aufgepreßte Scheibe 11, die bezüglich Verdrehung formschlüssig in die Wellenscheibe 7 eingreift.

Die Anordnung des Axiallagers 4 im Druckdeckel 1 bzw. am Wellenende ist zum Teil damit begründet, daß eine genaue, axiale Positionierung der Welle 8 nach Montage der wesentliche Teile des Kompressors noch möglich sein soll. Zu diesem Zweck dienen üblicherweise Paßscheiben in Kombination mit anderen Formschlußelementen, wie Sicherungsringen, Wellenschultern, vorgespannten Nutmuttern oder sogenannten Endplatten an der Stirnseite einer Welle. Da je­ doch die Radiallager 20, 22 des Kompressors in unterschiedliche Richtungen belastet sind, ergibt sich aufgrund ihrer Spiele und ihrer Federungen ein Win­ kelfehler für die Welle 8. Da Axiallager besonders empfindlich gegen Winkelfeh­ ler sind, muß eine Einstellmöglichkeit geschaffen werden.

Zur allgemeinen Funktion des Verdichters dient noch die folgende Beschreibung. Die Welle 8, die zum Beispiel von einer Riemenscheibe oder ähnlichem in einem Kraftfahrzeug angetrieben wird, ist mit einem Radiallager 20 im Gehäuseteil 2 gelagert und mit einem weiteren Radiallager 22 sowohl im Zylinderkopf 1 als auch durchgängig durch eine Ventilplatte 32 in einem Zylinderblock 24, wobei das Radiallager 22 damit auch zur Zentrierung der eben genannten Bauteile zueinander dient. Die Welle 8 treibt über eine hier nicht näher dargestellte Mit­ nehmereinrichtung eine sogenannte Schwenkscheibe 26 an, welche über Gleit­ schuhe 28 mehrere Kolben 30 in eine Hin- und Herbewegung versetzt. Die Kol­ ben 30 wiederum erzeugen durch ihre Hin- und Herbewegung im Zylinderblock 24 abwechselnd Ansaug- und Kompressionsvorgänge für ein Druckmittel, wie das Gas einer Klimaanlage, welches aus einem Ansaugbereich 36 durch die Ventilplatte 32 angesaugt und dann über die Ventilplatte 32 in einen Hochdruck­ bereich 34 ausgestoßen wird. Auf der Ventilplatte 32 sind deswegen, hier im Detail nicht dargestellt, Ansaug- und Ausstoßventile in Form von Federzungen angeordnet. Derartige Ventileinrichtungen sind bekannt und sollen hier nicht weiter beschrieben werden. Für die Erfindung wesentlich ist, daß vor allem im Hochdruckbereich 34 durch das pulsierende Ausstoßen des Druckmittels schwellende Kräfte, das heißt auf- und absteigende Druckkräfte erzeugt werden, welche den Zylinderkopf 1 normalerweise in axialer Richtung gegenüber dem Gehäuseteil 2 abheben möchten. Diese pulsierenden Druckkräfte werden aber im Zentrum des Zylinderkopfes 1 schon durch das Axiallager 4 und die Schulter 5 im Zylinderkopf 1 abgefangen und über die Welle 8 innen im Verdichter wieder zurück zur Schwenkscheibe 26 geführt, wo sich dann innerhalb des Triebwerkes der Kraftkreis um die Verdichtung und damit die Pulsation des Druckmittels schließt. Das heißt, daß schon die äußeren Bereiche des Zylinderkopfes 1 nicht mehr von diesen Pulsationen beeinträchtigt werden, geschweige denn, daß diese dynamischen Kräfte ins Gehäuse 2 und damit großflächig an die Umge­ bung übertragen werden, was sich in einer entsprechenden Schallabstrahlung äußern würde.

Die mit der Anmeldung eingereichten Patentansprüche sind Formulierungsvor­ schläge ohne Präjudiz für die Erzielung weitergehenden Patentschutzes. Die Anmelderin behält sich vor, noch weitere, bisher nur in der Beschreibung und/oder den Zeichnungen offenbarte Merkmalskombinationen zu beanspru­ chen.

In Unteransprüchen verwendete Rückbeziehungen weisen auf die weitere Aus­ bildung des Gegenstandes des Hauptanspruches durch die Merkmale des je­ weiligen Unteranspruches hin; sie sind nicht als ein Verzicht auf die Erzielung eines selbständigen, gegenständlichen Schutzes für die Merkmalskombinationen der rückbezogenen Unteransprüche zu verstehen.

Da die Gegenstände der Unteransprüche im Hinblick auf den Stand der Technik am Prioritätstag eigene und unabhängige Erfindungen bilden können, behält die Anmelderin sich vor, sie zum Gegenstand unabhängiger Ansprüche oder Tei­ lungserklärungen zu machen. Sie können weiterhin auch selbständige Erfindun­ gen enthalten, die eine von den Gegenständen der vorhergehenden Unteran­ sprüche unabhängige Gestaltung aufweisen.

Die Ausführungsbeispiele sind nicht als Einschränkung der Erfindung zu verste­ hen. Vielmehr sind im Rahmen der vorliegenden Offenbarung zahlreiche Abän­ derungen und Modifikationen möglich, insbesondere solche Varianten, Elemente und Kombinationen und/oder Materialien, die zum Beispiel durch Kombination oder Abwandlung von einzelnen in Verbindung mit den in der allgemeinen Be­ schreibung und Ausführungsformen sowie den Ansprüchen beschriebenen und in den Zeichnungen enthaltenen Merkmalen bzw. Elementen oder Verfahrens­ schritten für den Fachmann im Hinblick auf die Lösung der Aufgabe entnehmbar sind und durch kombinierbare Merkmale zu einem neuen Gegenstand oder zu neuen Verfahrensschritten bzw. Verfahrensschrittfolgen führen, auch soweit sie Herstell-, Prüf- und Arbeitsverfahren betreffen.

Claims (14)

1. Verdichter, insbesondere Axialkolbenmaschine, mit einem Axialkolben­ triebwerk zum Ansaugen und zum Verdichten eines Kältemittels, mit einer Antriebswelle für das Triebwerk, mit Radiallagern der Welle vorne und hin­ ten im Verdichtergehäuse, wobei als "vorne" die Antriebsseite mit der Rie­ menscheibe definiert sein soll, und mit mindestens einem Axiallager für die Welle, wobei dieses Axiallager im hinteren Gehäuseteil des Verdichters angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Axiallager im Zylinder­ kopf/Druckdeckel des Verdichters angeordnet ist.

2. Verdichter, insbesondere nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Axiallager so positioniert ist, daß die von den Zylindern auf die Ventilplatte und den Zylinderkopf/Druckdeckel aus­ geübten axialen Kräfte lediglich durch diesen hindurch bis zum Axiallager geleitet werden und alle übrigen Gehäusebereiche und -teile und deren Verbindungselemente frei von axialer dynamischer Belastung durch die Verdichtungsarbeit bleiben.

3. Verdichter, insbesondere nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Axiallager so positioniert ist, daß axiale (Zug-) Kräfte in der Welle über das Axiallager den Zylinder­ kopf/Druckdeckel gegen die Ventilplatte und den Zylinderblock pressen.

4. Verdichter, insbesondere nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Axiallager so positioniert ist, daß es auch nach der Montage des Triebwerkes noch von außen zugänglich ist.

5. Verdichter, insbesondere nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Axiallager in einer im wesentlichen zy­ lindrischen Ausnehmung im Druckdeckel/Zylinderkopf positioniert ist.

6. Verdichter, insbesondere nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die axiale Position zwischen Axiallager und Welle einstellbar ist.

7. Verdichter, insbesondere nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die axiale Position zwischen Axiallager und Welle zur Einstellung der Welle gegenüber dem oberen Totpunkt des Triebwerkes dient.

8. Verdichter, insbesondere nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Axiallager durch ein Gewinde zwischen Welle und einer Wellenscheibe einstellbar ist, wobei der Außenmantel der Welle ein Außengewinde und die Bohrung in der Wellenscheibe ein Innen­ gewinde aufweist.

9. Verdichter, insbesondere nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Gewinde zwischen Welle und Wellen­ scheibe Spiel hat.

10. Verdichter, insbesondere nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß durch das Gewinde eine Winkeleinstellbar­ keit zwischen Welle und Wellenscheibe realisierbar ist.

11. Verdichter, insbesondere nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß durch das Spiel radiale Durchbiegungen der Welle so kompensiert werden, daß das Axiallager durch diesen Winkel­ fehler nicht in seiner Funktion beeinträchtigt wird.

12. Verdichter, insbesondere nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Gewindespiel zwischen Welle und Wel­ lenscheibe den Winkelfehler zwischen der radialen Durchbiegung der Welle und dem Axiallager ausgleicht.

13. Verdichter, insbesondere nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Gewinde nach Einstellung gegen das Verdrehen aus der eingestellten Position, das heißt dem Einstellpositions­ winkel, gesichert wird durch Stifte oder Zapfen (Nieten, Bolzen, Schrauben) und Ausnehmungen (Bohrungen, Nuten) oder umgebogenen Lappen einer aufgepressten Scheibe.

14. Verdichter, insbesondere Axialkolbenmaschine, mit einem Axialkolben­ triebwerk zum Ansaugen und zum Verdichten eines Kältemittels, mit einer Antriebswelle für das Triebwerk, mit Radiallagern der Welle vorne und hin­ ten im Verdichtergehäuse, und mit mindestens einem Axiallager für die Welle, wobei dieses Axiallager im hinteren Gehäuseteil des Verdichters angeordnet ist, gekennzeichnet durch mindestens ein in den Anmeldeun­ terlagen offenbartes erfinderisches Merkmal.