DE112004001454B4 - Piston pin bearing - Google Patents
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Abstract
Kältemittelkompressor mit einer Kolben-Zylinder-Einheit und einem eine Kurbelwelle und den Kolben verbindenden Pleuel (9), welches eine an der inneren Oberfläche des Kolbenbolzenlagers (3) angeordnete, sich von einer Axiallagerfläche (17) des Kolbenbolzenlagers (3) in Richtung zu, vorzugsweise bis zu deren gegenüberliegenden Axiallagerfläche erstreckenden Nut (12) für die Ölzuführung aufweist, wobei die Nut (12) in jener, an die Pleuelstange anschließende Hälfte des Kolbenbolzenlagers (3) des Pleuels (9) angeordnet ist, und in Achsrichtung des Kolbenbolzenlagers (3) gesehen die Verbindung des Flächenschwerpunkts (15) der in der Axiallagerfläche (17) liegenden Querschnittsfläche der Nut (12) mit der Achse (4) des Kolbenbolzenlagers (3) und die Ebene (E), gebildet aus der Achse (4) des Kolbenbolzenlagers und der Achse (5) des Pleuellagers (2), einen Winkel (α) von größer als 0° miteinander einschließen, dadurch gekennzeichnet, dass in Richtung der Pleuelachse gesehen die Tangente in jedem beliebigen Punkt (X) einer Erzeugenden (22) der Nut (12) mit einer Parallelen zur Achse (4) des Kolbenbolzenlagers (3) durch diesen Punkt einen Winkel (β) einschließt, der stets größer als 0° ist, und dass in Achsrichtung des Kolbenbolzenlagers (3) gesehen die Seitenfläche (20) der Nut (12), die näher zur Schnittlinie (16) angeordnet ist, um einen Seitenflächenwinkel (γ) gegenüber der radialen Verbindung (21) der Achse (4) des Kolbenbolzenlagers (3) mit dem obersten Punkt der Seitenfläche (20) geneigt ist.A refrigerant compressor having a piston-cylinder unit and a connecting rod connecting a crankshaft and the piston (9), which is arranged on the inner surface of the piston pin bearing (3), from an axial bearing surface (17) of the piston pin bearing (3) towards, The groove (12) is disposed in the half of the piston pin bearing (3) of the connecting rod (9) adjoining the connecting rod, and in the axial direction of the piston pin bearing (3 ) seen the compound of the centroid (15) of the axial bearing surface (17) lying cross-sectional area of the groove (12) with the axis (4) of the piston pin bearing (3) and the plane (E) formed from the axis (4) of the piston pin bearing and the axis (5) of the connecting rod bearing (2), an angle (α) of greater than 0 ° with each other, characterized in that seen in the direction of the Pleuelachse di e tangent at any point (X) of a generatrix (22) of the groove (12) with an axis parallel to the axis (4) of the piston pin bearing (3) through this point forms an angle (β) always greater than 0 °, and that in the axial direction of the piston pin bearing (3) seen the side surface (20) of the groove (12) which is closer to the cutting line (16) by a side surface angle (γ) relative to the radial connection (21) of the axis (4) Piston pin bearing (3) with the top point of the side surface (20) is inclined.
Description
Kältemittelkompressor mit einer Kolben-Zylinder-Einheit und einem eine Kurbelwelle und den Kolben verbindenden Pleuel (
Bei der Optimierung eines Kältemittelkompressors stellt das Kolbenbolzenlager das kritische Lager dar, da dieses Lager nicht hydrodynamisch geschmiert wird, da der Kolbenbolzen nicht rotiert und das Pleuel relativ zum Kolbenbolzen nur hin- und herbewegt wird und damit keine um Achsen rotierenden Oberflächen vorhanden sind und in Kältemittelkompressoren meistens keine Druckölschmierung, die diesen Nachteil aufheben könnte, eingesetzt wird. Die Ölversorgung des Lagers erfolgt meist durch reine Spritzölschmierung, d. h. das Öl wird entweder direkt auf eines der beiden Lagerenden gespritzt oder indirekt über Ölauffangflächen und Ölzuführungen zum bzw. in das Lager geleitet.When optimizing a refrigerant compressor, the piston pin bearing is the critical bearing because this bearing is not lubricated hydrodynamically because the piston pin does not rotate and the connecting rod only reciprocates relative to the piston pin and thus there are no surfaces rotating about axes and in refrigerant compressors usually no pressure oil lubrication, which could eliminate this disadvantage, is used. The oil supply of the bearing is usually done by pure spray oil lubrication, d. H. The oil is either sprayed directly onto one of the two ends of the bearing or directed indirectly via oil collecting surfaces and oil feeds to and into the bearing.
Eine weitere Möglichkeit der Schmierung des Kolbenbolzenlagers besteht in der Ausbildung einer Bohrung vom Pleuellager zum Kolbenbolzenlager im Pleuel, um Öldruck aufzubauen und damit das Lager zu schmieren. Dies kommt einer Art Druckölschmierung gleich. Dazu ist aber eine aufwändige Gestaltung des Pleuels, des Pleuellagers, des Kolbenbolzenlagers und des Kolbenbolzens notwendig, was erhöhte Fertigungskosten und längere Fertigungszeiten bedingt.Another way of lubricating the piston pin bearing is to form a bore from the connecting rod bearing to the piston pin bearing in the connecting rod to build up oil pressure and thus to lubricate the bearing. This is equivalent to a kind of pressure oil lubrication. For this purpose, however, a complex design of the connecting rod, the connecting rod bearing, the piston pin bearing and the piston pin is necessary, which requires increased production costs and longer production times.
Aus diesem Grund findet häufig die Spritzölschmierung Anwendung.For this reason, spray oil lubrication is frequently used.
Um dabei eine bessere Ölzuführung und -verteilung zu gewährleisten, ist eine Nut vorgesehen die entweder am Kolbenbolzen selbst als Abflachung realisiert ist oder aber an der inneren Oberfläche des Kolbenbolzenlagers angeordnet ist, parallel zu dessen Achse in der Schnittlinie der aus der Achse des Kolbenbolzenlagers und der Achse des Pleuellagers gebildeten Ebene mit der inneren Oberfläche des Kolbenbolzenlagers.In order to ensure a better oil supply and distribution, a groove is provided which is either realized on the piston pin itself as a flattening or arranged on the inner surface of the piston pin bearing, parallel to the axis in the line of intersection of the axis of the piston pin bearing and the Axis of the connecting rod bearing formed plane with the inner surface of the piston pin bearing.
Diese Lösungen haben den großen Nachteil, dass hier durch die Nut bzw. den Anschliff am Kolbenbolzen ein gewisser Anteil an tragfähiger Oberfläche verloren geht und somit die Flächenpressung im Lager steigt wenn nicht gleichzeitig die Breite des Lagers mitangepasst wird, was aber wiederum größere Bauteilabmessungen bedingen würde. Bei der Realisierung der Nut wie oben beschrieben, besteht außerdem der Nachteil, dass sich die Nut immer an der Stelle der maximalen Belastung befindet, da die Kraft, die vom Pleuel auf den Kolbenbolzen ausgeübt wird, immer in Richtung Pleuelachse wirkt und somit die maximale Kraft immer in Richtung Nut zeigt.These solutions have the great disadvantage that a certain amount of load-bearing surface is lost here by the groove or the bevel on the piston pin and thus increases the surface pressure in the camp if not the same time the width of the bearing is mitangepasst, but in turn would require larger component dimensions , In the realization of the groove as described above, there is also the disadvantage that the groove is always at the point of maximum load, since the force exerted by the connecting rod on the piston pin, always acts in the direction of the connecting rod and thus the maximum force always pointing in the direction of the groove.
Betrachtet man in einem Diagramm den Druckverlauf über dem Umfang des Kolbenbolzenlagers, bildet sich ohne Anordnung einer Nut eine Öldruckparabel (soweit überhaupt Öl im Lager zwischen Kolbenbolzen und dem kleinen Lager des Pleuels vorhanden ist) zwischen pmin = 0 und Pmaxohnenut aus. Bei Anordnung einer Nut, unabhängig davon ob diese auf dem Kolbenbolzen selbst oder aber an der inneren Oberfläche des Kolbenbolzenlagers ausgebildet ist, bilden sich im Diagramm am Umfang des Kolbenbolzenlagers auf beiden Seiten der Nut ebenfalls Öldruckparabeln aus, jedoch mit einer nur geringen Breite in Umfangsrichtung der Lagerschale, jedoch mit relativ hohen Druckspitzen Pmaxmitnut (> Pmaxohnenut), da die gesamte Kraft über den Ölfilm bzw. die um die Nut bzw. Abflachung kleinere Kontaktfläche übertragen werden muss. Die Kraft über die kleine Fläche links und rechts der Nut verteilt, kann aber zu recht hohen Belastungen führen, welche einerseits den Ölfilm gerade bei maximaler Last durchdrückt bzw. im weiteren zu Festkörperkontakt führt und es zu Schäden bzw. Verschleiß des Lagers kommen kann. Um dem entgegenzuwirken und eine für den jeweiligen Werkstoff zulässige max. Flächenpressung nicht zu überschreiten ist daher eine größere Lagerlänge und somit eine Vergrößerung des Pleuels notwendig. Weiters kann es bei der Kante zwischen Nut und innerer Oberfläche des Kolbenbolzenlagers vor allem bei der Kante die das Öl vom Kolbenbolzen bei Belastungszunahme abstreift, zu Festkörperkontakt und somit zu Mischreibung und Verschleiß kommen.Looking at the pressure curve over the circumference of the piston pin bearing in a diagram, an oil pressure parabola (if any oil is present in the bearing between the piston pin and the small bearing of the connecting rod) is formed between p min = 0 and P maxohnenut without arrangement of a groove. When arranging a groove, regardless of whether this is formed on the piston pin itself or on the inner surface of the piston pin bearing, formed in the diagram at the periphery of the piston pin bearing on both sides of the groove also oil pressure parabolas, but with only a small width in the circumferential direction of Bearing shell, however, with relatively high pressure peaks Pmaxmitnut (> Pmaxohnenut), since the entire force must be transferred over the oil film or around the groove or flattening smaller contact surface. The force distributed over the small area left and right of the groove, but can lead to quite high loads, which on the one hand pushes through the oil film just at maximum load or further leads to solid contact and it can cause damage or wear of the bearing. To counteract this and allow a max. Therefore, a larger bearing length and thus an enlargement of the connecting rod is necessary. Furthermore, at the edge between the groove and the inner surface of the piston pin bearing, especially at the edge which strips off the oil from the piston pin when the load increases, solid contact and hence mixed friction and wear can occur.
Die gattungsgemäße
Aus dem Verbrennungskraftmaschinenbau, beispielsweise aus der
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, die beschriebenen Nachteile zu verhindern und einen Kältemittelkompressor vorzusehen, der eine optimale Ölversorgung des Kolbenbolzenlagers des zum Einsatz kommenden Pleuels ermöglicht, welcher einfach im Aufbau ist, die Vorteile einer Nutanordnung im Kolbenbolzenlager zur besseren Ölverteilung ausnutzt, ohne jedoch Flächenpressungen zu bewirken, welche eine starke Abnutzung bzw. Zerstörung des Bauteils bedingen bzw. ohne eine stärkere Dimensionierung des Bauteils zu erfordern.Object of the present invention is therefore to prevent the disadvantages described and to provide a refrigerant compressor, which allows optimum oil supply of the piston pin bearing of the used connecting rod, which is simple in construction, the advantages of a groove arrangement in the piston pin bearing for better oil distribution, but without To cause surface pressures, which cause a strong wear or destruction of the component or without requiring a greater dimensioning of the component.
Erfindungsgemäß wird dies durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 ermöglicht.This is made possible by the characterizing features of claim 1 according to the invention.
Dadurch wird es zunächst trotz Nutanordnung ermöglicht, dass an der Stelle der höchsten Belastung im Kolbenbolzenlager sich eine in Umfangsrichtung breite Öldruckparabel aufbaut, was bedeutet, dass die maximal auftretende Pressung Pmax und damit die Lagerbreite klein gehalten werden kann. Zusätzlich befinden sich die Kanten der Nut, die zu einer möglichen Kantenpressung und somit zum „Durchdrücken” des Ölfilms führen könnten, an Stellen mit geringerer Belastung. Durch Verwirklichung der kennzeichnenden Merkmale von Anspruch 1 ergibt sich außerdem die Ausbildung einer „Gewindenut”. Dies hat einerseits den Vorteil einer einfacheren Fertigung, da bei gerader Schneide des Werkzeugs die Schneide nicht in die Nut „hineinfallen” kann und somit eine kleinere Zylinderform der Bohrung gewährleistet werden kann, sowie den Vorteil dass die zur Ölverteilung vorgesehene Nut auch durch Bereiche mit höchster Belastung führen kann. Andererseits kann trotzdem die tragende Fläche im Kolbenbolzenlager im Vergleich zum Stand der Technik erhöht werden, da nur mehr ein Teil der Nut in der Stelle der höchsten Belastung liegt.As a result, it is initially possible, despite groove arrangement, that at the location of the highest load in the piston pin bearing a circumferentially wide oil pressure parabolic builds up, which means that the maximum occurring pressure Pmax and thus the bearing width can be kept small. In addition, the edges of the groove, which could lead to a possible edge pressure and thus to "pushing through" the oil film, are located in places with less stress. By realizing the characterizing features of claim 1 also results in the formation of a "thread groove". On the one hand, this has the advantage of simpler manufacture, since with a straight cutting edge of the tool, the cutting edge can not "fall into the groove" and thus a smaller cylindrical shape of the bore can be ensured, as well as the advantage that the groove provided for distributing the oil also passes through regions with the highest possible Can lead to stress. On the other hand, nevertheless, the bearing surface in the piston pin bearing can be increased compared to the prior art, since only a part of the groove is in the position of highest load.
Die zur Schnittlinie der aus der Achse des Kolbenbolzenlagers und der Achse des Pleuellagers gebildeten Ebene mit der inneren Oberfläche des Kolbenbolzenlagers näher angeordnete Kante der Nut bewirkt bei der Bewegung des Pleuels in Richtung abnehmender Kraft das Aufgleiten auf das durch die Nut zugeführte Öl, das in weiterer Folge einen Ölfilm zwischen Kolbenbolzen und Kolbenbolzenlager gewährleistet.The closer to the intersection of the plane formed by the axis of the piston pin bearing and the axis of the connecting rod bearing with the inner surface of the piston pin bearing edge of the groove causes during the movement of the connecting rod in the direction of decreasing force slipping on the oil supplied through the groove, the further Ensures an oil film between the piston pin and piston pin bearing guaranteed.
Die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 2 beschreiben eine bevorzugte Ausführungsvariante der Erfindung. Der Winkel α soll dabei zwischen 5° und 90°, vorzugsweise zwischen 25° und 50° liegen. Pleuel, die eine um den Winkel α versetzte Nut in diesem Bereich aufweisen liefern besonders gute Ergebnisse was die Minimierung der Belastung und damit den Verschleiß im Kolbenbolzenlager betrifft.The characterizing features of
Durch das kennzeichnende Merkmal des Anspruchs 3 bildet die von der Schnittlinie der aus der Achse des Kolbenbolzenlagers und der Achse des Pleuellagers gebildeten Ebene mit der inneren Oberfläche des Kolbenbolzenlagers weiter entfernt angeordnete Kante der Nut bei Bewegung des Pleuels in Richtung zunehmender Kraft eine Ölabstreifkante. Durch Vorsehen eines lediglich kleinen Radius dieser Kante, kann bei Bewegung des Pleuels das Öl im Kolbenbolzenlager an dieser Kante abgestreift werden, womit ein Ölwechsel im Schmierspalt gewährleistet ist.By the characterizing feature of
Durch das kennzeichnende Merkmal des Anspruchs 4 bewirkt die zur Schnittlinie der aus der Achse des Kolbenbolzenlagers und der Achse des Pleuellagers gebildeten Ebene mit der inneren Oberfläche des Kolbenbolzenlagers näher angeordnete Kante der Nut bei der Bewegung des Pleuels in Richtung abnehmender Kraft das Aufgleiten auf das durch die Nut zugeführte Öl, das in weiterer Folge einen Ölfilm zwischen Kolbenbolzen und Kolbenbolzenlager gewährleistet.Due to the characterizing feature of
Besonders gute Schmierung und damit gutes Verschleißverhalten wird durch Verwirklichung der Merkmale des Anspruchs 5 erzielt, indem jener Abschnitt der Seitenfläche der Nut, der näher zur Schnittlinie angeordnet ist, um einen Seitenflächenwinkel γ, der zwischen 30° und 90°, vorzugsweise jedoch zwischen 40° und 65° beträgt, geneigt ist.Particularly good lubrication and thus good wear behavior is achieved by realizing the features of
Im Anschluss erfolgt nun eine detaillierte Beschreibung der Erfindung. Dabei zeigtFollowing is now a detailed description of the invention. It shows
Wie sofort ersichtlich befindet sich die Nut
Auch die aus dem Stand der Technik bekannte Ausführungsvariante wie in
Ein diese Nachteile verhinderndes erfindungsgemäßes Pleuel
Der Winkel α betragt dabei zwischen 5° und 90°, vorzugsweise zwischen 25° und 50° und ist so gewahlt, dass der zweifache Winkel α mindestens die sich uber die Umfangsrichtung ausbildende Öldruckparabel einschließt (siehe auch
Der weitere Verlauf der Nut
Gleichzeitig ist die zur Schnittlinie
Begunstigt wird die Olversorgung des Schmierspaltes dadurch, dass in Achsrichtung des Kolbenbolzenlagers
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