DE112009000434T5

DE112009000434T5 - Taumelscheibe eines Kompressors des Taumelscheibentyps und Kompressor des Taumelscheibentyps

Info

Publication number: DE112009000434T5
Application number: DE112009000434T
Authority: DE
Inventors: Naonari Tanigawa; Yoshio Oki
Original assignee: NTN Corp; NTN Toyo Bearing Co Ltd
Current assignee: NTN Corp
Priority date: 2008-03-03
Filing date: 2009-02-27
Publication date: 2011-03-17
Also published as: US9808894B2; JP5321943B2; CN102037242B; CN102037242A; US20100316517A1; KR101726446B1; US20140215821A1; KR20100123699A; WO2009110378A1; JP2009209727A

Abstract

Taumelscheibe eines Kompressors des Taumelscheibentyps, wobei die Taumelscheibe direkt an einer Drehwelle oder indirekt durch ein koppelndes Element an der Drehwelle und so, dass sie schräg oder senkrecht zur Drehwelle liegt, in einem Gehäuse, in dem ein Kältemittel vorhanden ist, angebracht ist, wobei die Taumelscheibe mit Schuhen in Gleitkontakt ist, derart, dass die Drehbewegung der Taumelscheibe durch die Schuhe in eine Hin- und Herbewegung von Kolben umgesetzt wird, wodurch das Kältemittel komprimiert und expandiert wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Taumelscheibe ein Substrat umfasst, das durch Pressen eines Walzstahls zu einer Scheibenform ausgebildet ist, wobei die scheibenförmige Stahlplatte auf beiden Seiten Gleitflächen besitzt, auf denen die Schuhe gleiten, wobei die Gleitflächen durch Schleifarbeit gebildet sind, wobei die Taumelscheibe ferner reibungsarme Harzüberzugslagen umfasst, die auf den jeweiligen Gleitflächen gebildet sind, wobei die Überzugslagen 40 bis 50 Gewichts-% Fluorharz enthalten.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Taumelscheibe eines Kompressors des Taumelscheibentyps, der z. B. in einer Klimaanlage verwendet wird, und auf den Kompressor dieses Typs.
STAND DER TECHNIK
Ein Kompressor des Taumelscheibentyps umfasst eine Taumelscheibe, die direkt an einer Drehwelle oder indirekt durch ein koppelndes Element an der Drehwelle und so, dass sie schräg oder senkrecht zur Drehwelle liegt, in einem Gehäuse, in dem ein Kältemittel vorhanden ist, angebracht ist, wobei die Taumelscheibe mit Schuhen in Gleitkontakt ist, derart, dass die Drehbewegung der Taumelscheibe durch die Schuhe in eine Hin- und Herbewegung von Kolben umgesetzt wird, wodurch das Kältemittel komprimiert und expandiert wird. Es gibt zwei Typen solcher Taumelscheibenkompressoren, wovon der eine Doppelkopfkolben aufweist und geeignet ist, das Kältemittel beiderseits der Kolben zu komprimieren und zu expandieren, und der andere Einkopfkolben aufweist und geeignet ist, das Kältemittel nur auf einer Seite der Kolben zu komprimieren und zu expandieren. Die Schuhe mancher Taumelscheibenkompressoren gleiten lediglich auf einer Seite der Taumelscheibe, während die Schuhe anderer Taumelscheibenkompressoren beiderseits der Taumelscheibe gleiten.
Bei diesen Taumelscheibenkompressoren können während des Anfangsstadiums des Betriebs die Taumelscheibe und die Schuhe, die beide aus Metall gefertigt sind, miteinander in Gleitkontakt gebracht sein, bevor Schmieröl in das Gehäuse, in dem das Kältemittel vorhanden ist, gelangt. Dies könnte einen trockenen Schmierzustand verursachen, in dem die gleitenden Teile ohne Schmieröl dazwischen aneinander gleiten, was wiederum ein Festfressen verursachen könnte. Bei jüngeren Taumelscheibenkompressoren, bei denen Kohlendioxidgas als Kältemittel verwendet wird, nimmt aufgrund dessen, dass der Druck im Kompressor bis zu 10 MPa erreicht, der Gleitdruck zwischen der Taumelscheibe und den Schuhen noch stärker zu, womit die Möglichkeit eines Festfressens an den gleitenden Teilen der Taumelscheibe noch stärker gegeben ist.
Um ein solches Festfressen zu verhindern, ist vorgeschlagen worden, auf allen Gleitflächen der metallischen Taumelscheibe, an denen die Schuhe gleiten, durch Metallspritzen eines metallischen Materials des Kupfertyps oder Aluminiumtyps eine Metallspritzüberzugslage und auf der Metallspritzüberzugslage einen galvanischen Überzug des Bleityps, einen galvanischen Überzug des Zinntyps, einen galvanischen Überzug des Blei-Zinntyps, einen Überzug des Polytetrafluorethylentyps (PTFE-Typs), einen Molybdändisulfid-Überzug oder einen Überzug aus einem Gemisch von Molybdändisulfid und Graphit zu bilden (siehe z. B. Patentdokument 1). Es ist auch vorgeschlagen worden, auf den Gleitflächen der Taumelscheibe durch eine Metallspritzüberzugslage aus Aluminium eine Schmierschicht zu bilden, die ein festes Schmiermittel wie etwa Molybdändisulfid oder Polytetrafluorethylen, ein Übertragungsmengenabgleichmittel wie etwa fein pulverisierter Graphit und ein Bindemittel wie etwa Polyamidimid umfasst (siehe z. B. Patentdokument 2).
Der Zweck des Bildens einer Metallspritzüberzugslage eines Kupfertyps oder eines Aluminiumtyps zwischen dem Metallsubstrat der Taumelscheibe und der Harz-Schmierüberzugsschicht ist, ein Ablösen der Harz-Schmierüberzugsschicht auch dann, wenn sich die Harz-Schmierüberzugsschicht festfrisst, zu verhindern. Durch Verwendung eines weichen Metalls eines Kupfertyps oder eines Aluminiumtyps ist es möglich, zu verhindern, dass die Schuhe und das Metallsubstrat direkt miteinander in Gleitkontakt kommen, und somit auch dann, wenn die Harz-Schmierüberzugsschicht abgenutzt ist, ein völliges Versagen infolge Festfressens zu verhindern.
Da jedoch die Metallspritzüberzugslage kostspielig ist und zumeist auch die Planheit der Taumelscheibe mindert, ist auch in Betracht gezogen worden, eine solche Metallspritzlage wegzulassen. Beispielsweise ist, um ein Festfressen zu verhindern, vorgeschlagen worden, Gleitlagen auf der Taumelscheibe zu bilden, die ein Polytetrafluorethylen enthaltendes und mit Polyamidimidharz abgebundenes festes Schmiermittel umfassen, und an den Schuhen, die mit der Taumelscheibe in Gleitkontakt gebracht werden, einen galvanischen Überzug des Nickeltyps zu bilden, um dadurch die Schlüpfrigkeit zwischen der Taumelscheibe und den Schuhen weiter zu verbessern (Patentdokument 3).
Wenn auf der Taumelscheibe eine Überzugsschicht, die verschleißfest und von hoher Festigkeit ist, gebildet ist, besitzt eine solche Überzugsschicht ein geringes Formanpassungsvermögen, was den Gleitwiderstand erhöht und zu einer zunehmenden Möglichkeit des Ablösens der Überzugsschicht führen kann. Folglich werden, um die Reibungseigenschaften in Fluidschmierungs-, Grenzschmierungs- und Trockenschmierungszuständen zu verbessern, mehrere konzentrische Umfangsrillen und zwischen benachbarten Rillen Rippen vorgeschlagen (Patentdokumentation 4).

Patentdokument 1: JP-Patentveröffentlichung 8-199327A
Patentdokument 2: JP-Patentveröffentlichung 2002-089437A
Patentdokument 3: JP-Patentveröffentlichung 2003-138287A
Patentdokument 4: PCT-Veröffentlichung WO/2002/075172

OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
AUFGABE DER ERFINDUNG
Wie oben angeführt worden ist, ist es kostspielig, eine Metallspritzüberzugslage aus einem Material des Kupfertyps oder Aluminiumtyps als Zwischenlage auf der Oberfläche des Substrats zu bilden. Außerdem mindert eine solche Metallspritzüberzugslage zumeist auch die Planheit der Taumelscheibe.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist, eine Taumelscheibe zu schaffen, die die für eine Taumelscheibe geforderten grundlegenden Eigenschaften erfüllt, welche ein stabiler Grenzschmierzustand durch Schmieröl und stabile Reibungs-/Verschleißeigenschaften im Grenzschmierzustand bei auslaufendem Schmieröl sind, ohne auf der Oberfläche des Substrats eine Metallspritzüberzugslage, die ein Material des Kupfertyp oder des Aluminiumtyps umfasst, als Zwischenlage zu bilden.
MITTEL ZUM LÖSEN DER AUFGABE
Um diese Aufgabe zu lösen, schafft die vorliegende Erfindung eine Taumelscheibe eines Kompressors des Taumelscheibentyps, wobei die Taumelscheibe direkt an einer Drehwelle oder indirekt durch ein koppelndes Element an der Drehwelle und so, dass sie schräg oder senkrecht zur Drehwelle liegt, in einem Gehäuse, in dem ein Kältemittel vorhanden ist, angebracht ist, wobei die Taumelscheibe mit Schuhen in Gleitkontakt ist, derart, dass die Drehbewegung der Taumelscheibe durch die Schuhe in eine Hin und Herbewegung von Kolben umgewandelt wird, wodurch das Kältemittel komprimiert und expandiert wird, wobei die Taumelscheibe ein Substrat umfasst, das durch Pressen eines Walzstahls zu einer Scheibenform ausgebildet ist, wobei die scheibenförmige Stahlplatte auf beiden Seiten Gleitflächen besitzt, auf denen die Schuhe gleiten, wobei die Gleitflächen durch Schleifen gebildet sind, wobei die Taumelscheibe ferner reibungsarme Harzüberzugslagen umfasst, die auf den jeweiligen Gleitflächen gebildet sind, wobei die Überzugslagen 40 bis 50 Gewichts-% Fluorharz enthalten.
Das heißt, dass das Substrat der Taumelscheibe gemäß der vorliegenden Erfindung eine scheibenförmige Stahlplatte umfasst, die durch Pressen einer Walzstahltafel zu einer Scheibenform ausgebildet ist und deren beiden seitlichen Oberflächen geschliffen sind. Folglich ist seine Oberflächenplanheit hoch, so dass, ohne eine Metallspritzlage auf der Oberfläche zu bilden, die Überzugsschicht, die die reibungsarmen Harzüberzugslagen bildet, fest am Substrat haftet und somit ein Ablösen von diesen verhindert.
Da die Planheit der Oberfläche des Substrats der Taumelscheibe hoch ist, halten die reibungsarmen Harzüberzugslagen die gleichmäßige Dicke aufrecht, was wiederum einen stabilen Grenzschmierzustand durch Schmieröl sowie stabile Reibungs-/Verschleißeigenschaften im Grenzschmierzustand bei auslaufendem Schmieröl erreicht.
Beide seitlichen Oberflächen der scheibenförmigen Stahlplatte können mittels einer Doppelkopfschleifmaschine geschliffen sein.
Beide Seiten der scheibenförmigen Stahlplatte können durch ein Doppelkopfschleifverfahren des Antriebstyps geschliffen sein, bei dem die oberen und unteren Oberflächen der scheibenförmigen Stahlplatten als Gleitflächen gleichzeitig mit Schleifern geschliffen werden, wobei die scheibenförmige Stahlplatte gedreht wird, während ihr Zentrum in Position gehalten wird.
Vorzugsweise sind die geschliffenen Oberflächen der scheibenförmigen Stahlplatte an beiden Seiten zu einer Planheit von 8 μm oder weniger und einer Parallelität von 10 μm oder weniger geschliffen.
Die Planheit und die Parallelität sind wie hier verwendet Werte, die unter JIS B 0182 definiert sind.
Die Oberfläche des Substrats kann, bevor die reibungsarmen Harzüberzugslagen darauf gebildet sind, dem Abstrahlen unterzogen sein.
Die scheibenförmige Stahlplatte kann aus SAPH440C gefertigt sein.
Die reibungsarme Harzüberzugzusammensetzung, die die reibungsarmen Harzüberzugslagen bildet, kann jene sein, die im Folgenden beschrieben wird.
Die reibungsarme Harzüberzugzusammensetzung enthält 40 bis 50 Gewichts-% Fluorharz im Verhältnis zur Überzugsschicht. Bei dieser Erfindung verwendbare Fluorharze sind jene, die geeignet sind, den Überzugslagen die Eigenschaften einer geringen Reibung und einer Nichtklebrigkeit zu verleihen, und eine hinreichende Wärmebeständigkeit aufzuweisen, um der Nutztemperaturumgebung der gleitenden Teile zu widerstehen.
Spezifisch kann das Fluorharz Polytetrafluorethylen sein (Schmelzpunkt: 327°C, ständige Nutztemperatur: 260°C, im Folgenden ”PFTE” genannt). PFTE besteht aus sich wiederholenden Einheiten von -CF₂CF₂- und besitzt eine hinreichend hohe Schmelzviskosität von 10¹⁰–10¹¹ Pa·s bei etwa 340 bis 380°C. Somit ist es weniger wahrscheinlich, dass PTFE selbst dann, wenn es über den Schmelzpunkt erwärmt wird, fließt, so dass PTFE dass wärmebeständigste Fluorharz ist. Es weist außerdem ausgezeichnete Eigenschaften bei Niedrigtemperatur auf und ist ebenso hervorragend in den Reibungs-/Verschleißeigenschaften. Folglich ist PTFE geeignet für die Verwendung bei der vorliegenden Erfindung. Verwendetes PTFE sollte ein Pulver sein und ist vorzugsweise, jedoch nicht darauf begrenzt, ein Pulver mit einem Partikeldurchmesser von 30 μm oder weniger zugunsten einer glatteren Oberfläche der Überzugsschicht.
In der reibungsarmen Harzüberzugzusammensetzung verwendbare Matrixwerkstoffe sind wärmebeständige Harze, die während der Verwendung der Taumelscheibe keinen thermischen Abbau erleiden und die Fluorharzpulverpartikel zusammenbinden können und die reibungsarme Harzüberzugzusammensetzung stark am Substrat der Taumelscheibe fixieren können.
Spezifisch kann der Matrixwerkstoff ein Polyamidimidharz (PAI) sein. PAI ist ein Harz mit Imidbindungen und Amidbindungen in seinen Molekülen. Die Imidbindungen in einem aromatischen Polyamidimidharz können Vorgänger wie etwa Polyamidsäuren, geschlossene Imidringe oder eine Mischung davon sein.
Solche aromatischen PAI umfassen PAI, die aus aromatischen primären Aminen wie etwa Diphenylmethandiamin und aromatischen dreibasischen Säureanhydriden wie etwa Mono- oder Diacylhalid-Derivaten des Trimellithsäureanhydrids erzeugt sind, und PAI, die aus aromatischen dreibasischen Säureanhydriden und aromatischen Diisocyanat-Verbindungen wie etwa Diphenylmethandiisocyanat erzeugt sind. PAI, deren Imidbindungen höher im Verhältnis sind als die Amidbindungen, umfassen PAI, die aus aromatischen aliphatischen oder cycloaliphatischen Diisocyanat-Verbindungen, aromatischem vierbasischem Säuredianhydrid und aromatischem dreibasischem Säuredianhydrid erzeugt sind. Jedes von ihnen kann bei der vorliegenden Erfindung verwendet werden.
Vorzugsweise enthält die reibungsarme Harzüberzugzusammensetzung ferner Graphit. Es ist wohlbekannt, dass Graphit ausgezeichnete Eigenschaften als festes Schmiermittel besitzt und als solches für Taumelscheiben verwendet wird.
Es gibt zwei Arten von Graphit, Naturgraphit und Kunstgraphit. Kunstgraphit ist nicht als Schmiermittel geeignet, weil sich seine Schmiereigenschaften infolge des während seiner Herstellung erzeugten Karborunds zumeist verschlechtern und somit eine hinreichende Graphitisierung schwierig ist. Mancher Naturgraphit graphitisiert hinreichend, so dass er äußerst gute Schmiereigenschaften besitzt und als festes Schmiermittel geeignet ist. Jedoch enthält Naturgraphit große Mengen an Verunreinigungen. Da Verunreinigungen das Schmiervermögen verringern, ist es notwendig, diese zu beseitigen. Jedoch ist es schwierig, Verunreinigungen vollkommen zu beseitigen.
Vorzugsweise ist der Graphit in der reibungsarmen Harzüberzugzusammensetzung solcher, der 97,5% oder mehr gebundenen Kohlenstoff enthält. Ferner ist der Graphit vorzugsweise Kunstgraphit, der 98,5% oder mehr gebundenen Kohlenstoff enthält. Solcher Graphit wird bevorzugt, weil er mit Schmieröl hochverträglich ist, so dass die Schlüpfrigkeit durch Spuren von im Graphit imprägniertem Schmieröl selbst dann aufrechterhalten wird, wenn der Oberfläche des Graphits kein Schmieröl angehaftet ist.
Die reibungsarme Harzüberzugzusammensetzung umfasst 40 bis 50 Gewichts-% Fluorharz und 50 bis 60 Gewichts-% Matrixwerkstoff im Verhältnis zur Überzugsschicht. Durch Hinzugabe der jeweiligen Komponenten in diesen Mengen verbessern sich die Festigkeit der Haftung am Substrat, die Verschleißfestigkeit der Überzugsschicht und weitere Eigenschaften. Falls der Gehalt an Fluorharz weniger als 40 Gewichts-% beträgt, verschlechtern sich zumeist die Reibungseigenschaften. Bei über 50 Gewichts-% nimmt die Haftfestigkeit der Überzugsschicht ab, womit die Möglichkeit eines Ablösens zunimmt.
Ferner wird, um die Reibungs-/Verschleißeigenschaften zu verbessern, vorzugsweise Graphit hinzugegeben. In diesem Fall umfasst die Harzzusammensetzung 40 bis 50 Gewichts-% Fluorharz, 45 bis 55 Gewichts-% Matrixharz und 1 bis 10 Gewichts-% Graphit im Verhältnis zur Überzugsschicht. Falls der Gehalt an Graphit weniger als 1 Gewichts-% beträgt, kann der Graphit schwerlich die erwartete Funktion einer Verbesserung der Reibungs-/Verschleißeigenschaften erfüllen. Bei über 10 Gewichts-% verschlechtert sich die Haftfestigkeit der Überzugsschicht, womit die Möglichkeit eines Ablösens entsteht. Falls der Gehalt des Matrixwerkstoffs weniger als 45 Gewichts-% beträgt, verschlechtert sich die Haftfestigkeit der Überzugsschicht, womit die Möglichkeit eines Ablösens zunimmt. Falls sein Gehalt 55 Gewichts-% übersteigt, verschlechtern sich die Reibungseigenschaften.
Die Überzugsschicht gemäß der vorliegenden Erfindung wird durch Spritzüberzug bzw. Aufspritzen der oben beschriebenen reibungsarmen Harzüberzugzusammensetzung aufgetragen. Die reibungsarme Harzüberzugzusammensetzung wird durch Dispergieren oder Auflösen von Festgehalten, d. h. Fluorharz, Matrixharz und Graphit, in einem Lösungsmittel erhalten. Verwendbare Lösungsmittel umfassen Ketone wie etwa Aceton und Methylethylketon, Ester wie etwa Methylacetat und Ethylacetat, aromatische Kohlenwasserstoffe wie etwa Toluol und Xylol, organische halogenierte Verbindungen wie etwa Methylchloroform, Trichlorethylen und Trichlortrifluorethan und protonenfreie polare Lösungsmittel wie etwa N-Methyl-2-pyrrolidon (NMP), Methylisopyrrolidon (MIP), Dimethylformaldehyd (DMAC) und ein Gemisch davon.
Die Überzugsschicht, die durch Auftragen der reibungsarmen Harzüberzugzusammensetzung auf das Substrat durch Aufspritzen und anschließendem Aufheizen am Substrat fixiert ist, besitzt nach dem Aufheizen eine Dicke von 20 bis 50 μm. Durch Schleifen der so gebildeten reibungsarmen Harzüberzugsschicht auf die Dicke von 8–30 μm mittels desselben Doppelkopfschleifverfahrens, das zum Schleifen des Substrats angewandt wird, ist es möglich, die Planheit des Endproduktes auf 10 μm oder weniger und dessen Parallelität auf 10 μm oder weniger abzugleichen.
Die vorliegende Erfindung schafft außerdem einen Kompressor des Taumelscheibentyps, der die oben beschriebene Taumelscheibe umfasst.
Der Kompressor des Taumelscheibentyps ist besonders geeignet für Anwendungen auf jenen Typ, der Kohlendioxidgas als Kältemittel verwendet.
VORTEILE DER ERFINDUNG
Weil das Substrat der beim Taumelscheibenkompressor verwendeten Taumelscheibe gemäß der vorliegenden Erfindung eine scheibenförmige Stahlplatte umfasst, die durch Pressen einer Walzstahltafel zu einer Scheibenform ausgebildet ist, wobei beide Oberflächen der scheibenförmigen Stahlplatte geschliffen sind, ist seine Oberflächenplanheit gut und kann die Überzugsschicht, die die reibungsarmen Harzüberzugslagen bildet, am Substrat stark fixiert sein, ohne eine Metallspritzüberzugslage auf der Oberfläche des Substrats bilden zu müssen. Somit ist ein Ablösen der reibungsarmen Harzüberzugslagen weniger wahrscheinlich.
Da das Substrat der Taumelscheibe eine gute Oberflächenplanheit besitzt, können die reibungsarmen Harzüberzugslagen eine gleichmäßige Dicke aufrechterhalten, womit ein stabiler Grenzschmierzustand durch Schmieröl gewährleistet ist und selbst dann, wenn Schmieröl ausläuft, stabile Reibungs-/Verschleißeigenschaften im Grenzschmierzustand ebenso gewährleistet sind.
Da der Taumelscheibenkompressor gemäß dieser Erfindung die oben beschriebene Taumelscheibe umfasst, weist er auch dann, wenn Kohlendioxidgas als Kältemittel verwendet wird, dessen Druck im Kompressor bis zu 10 MPa erreicht, eine hinreichende Haltbarkeit auf.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine vertikale Schnittansicht eines Taumelscheibenkompressors, in dem die vorliegende Erfindung ausgeführt ist.
2 ist eine vergrößerte vertikale Schnittansicht der Taumelscheibe von 1.
3 ist eine teilweise abgeschnittene Seitenansicht der Taumelscheibe von 1.
Bezugszeichenliste

1: Gehäuse
2: Drehwelle
3: Taumelscheibe
3a: Substrat
4: Schuh
5: Kolben
5a: Aussparung
6: Zylinderbohrung
7: Nadellager
8: Schubnadellager
9: Kugelsitz
10: Harzüberzugslage

BESTE ART DER AUSFÜHRUNG DER ERFINDUNG
Nun wird mit Bezug auf die Zeichnungen die Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben. Bei diesem Taumelscheibenkompressor wird Kohlendioxidgas als Kältemittel verwendet. Wie in 1 gezeigt ist, ist dieser Kompressor ein Zweiwege-Taumelscheibenkompressor, der ein Gehäuse 1, in dem das Kältemittel vorhanden ist, eine Taumelscheibe 3, die direkt an einer Drehwelle 2 im Gehäuse 1 und schräg zu dieser liegend befestigt ist, und einen Doppelkopfkolben 5 umfasst und so strukturiert ist, dass er die Drehbewegung der Taumelscheibe 3 durch Schuhe 4, die beiderseits der Taumelscheibe 3 gleiten, in eine Hin- und Herbewegung der jeweiligen Doppelkopfkolben 5 umsetzt und dadurch das Kältemittel in Zylinderbohrungen 6, die beiderseits der Kolben 5 gleichwinklig voneinander beabstandet sind, beim Hinein- und Herausführen der Köpfe der jeweiligen Kolben 5 in die entsprechenden Zylinderbohrungen 6 komprimiert und expandiert. Die Drehwelle 2, die bei hoher Drehzahl gedreht wird, ist in der radialen Richtung durch Nadellager 7 und in der Schubrichtung durch Schubnadellager 8 unterstützt.
Jeder Kolben 5 besitzt eine Aussparung 5a, die den radial äußeren Abschnitt der Taumelscheibe 3 überspannt. Die Aussparung 5a besitzt sich axial gegenüberliegende Oberflächen, in den Kugelsitze 9 ausgebildet sind. Die halbkugelförmigen Schuhe 4 sitzen in den jeweiligen Kugelsitzen 9. Anstelle der halbkugelförmigen Schuhe 4 können kugelförmige Schuhe verwendet werden. Die Schuhe 4 unterstützen die jeweiligen Kolben 5 in der Weise, dass sie relativ zur Taumelscheibe 3, wenn sich diese dreht, beweglich sind, und erleichtern dadurch die Umsetzung der Drehbewegung der Taumelscheibe 3 in die Hin- und Herbewegung der jeweiligen Kolben 5.
Wie in 2 gezeigt ist, sind an den seitlichen Oberflächen des Substrats 3a der Taumelscheibe 3, auf denen die Schuhe 4 gleiten, Harzüberzugslagen 10 gebildet, die PTFE als Fluorharz, PAI als wärmebeständiges Harz und Graphitpulver umfassen.
Das Substrat 3a der Taumelscheibe 3 ist eine durch Pressen einer Walzstahltafel gebildete scheibenförmige Stahlplatte. Beide seitlichen Oberflächen der scheibenförmigen Stahlplatte sind zu Gleitflächen geschliffen, auf denen die Schuhe gleiten. Die reibungsarme Harzüberzugslage 10, die 40 bis 50 Gewichts-% Fluorharz enthält, ist an jeder Gleitfläche gebildet.
Die Harzüberzugslagen 10 sind an den Oberflächen des Substrats 3a durch Auftragen eines Überzugmittels, das durch Auflösen von PAI in einem Lösungsmittel, um eine Harzlösung zu bilden, und Verdünnen der Lösung durch Hinzugabe von PTFE und Graphitpulver gebildet ist, durch Aufspritzen und anschließendes Ausheizen des so aufgetragenen Überzugmittels bei 240°C gebildet. Die Gehaltsverhältnisse von PAI und Graphitpulver entsprechen 150 Gewichtsanteilen und 10 Gewichtsanteilen auf der Basis von 100 Gewichtsanteilen PTFE. Das verwendete PTFE war bestrahltes recyceltes PTFE, PAI war ein mit N-Methylpyrrolidon dispergierter PAI-Firnis, und das Graphitpulver war ein Kunstgraphit mit einem mittleren Partikeldurchmesser von 10 μm.
BEISPIELE
(Beispiele der Erfindung)
In jedem Beispiel der Erfindung wurde das Substrat 3a der Taumelscheibe wie folgt gebildet: Eine Stahltafel SAPH440C wurde durch Pressarbeit zu einer Scheibenform ausgebildet und durch eine Drehmaschine auf die Dicke von 6,5 mm und einen Durchmesser von 90 mm grob bearbeitet. Beide Seiten von ihr wurden dann mittels einer Doppelkopfschleifmaschine (Schleifer: Nr. 80) geschliffen, so dass die Dicke des Substrats auf 6,36 mm abnahm. Die Tabelle 1 zeigt die gemessenen Genauigkeitswerte nach den jeweiligen Schritten.
Die so gebildeten Scheibensubstrate wurden dann dem Abstrahlen unterzogen, um ihre Oberflächenrauheit zu verbessern.
Dann wurde eine reibungsarme Harzüberzugzusammensetzung, die Formel A als Feststoffgehalte enthielt, durch Spritzüberzug auf beide Seiten der so gebildeten jeweiligen Proben aufgetragen, so dass nach dem Ausheizen ihre Dicke auf beiden Seiten 30 μm betrug. Nach dem Ausheizen wurde mittels einer Doppelkopfschleifmaschine (Schleifer: Nr. 400 für Harz) eine letzte Endbearbeitung (auf die Dicke von 6,40 mm) ausgeführt. Nach der Endbearbeitung gemessene Genauigkeitswerte sind in der Tabelle 1 gezeigt.
Formel A

(a) PTFE: PTFE mit einem mittleren Partikeldurchmesser von 10 μm, 40 Gewichts-%
(b) PAI: PAI mit einer Glasübergangstemperatur von 245°C, 55 Gewichts-%
(c) Graphitpulver: Kunstgraphit mit einem mittleren Partikeldurchmesser von 10 μm, 5 Gewichts-%

(Vergleichsbeispiel)
Eine Stahltafel S45CAPH440C wurde durch Pressarbeit zu einer Scheibenform ausgebildet und durch eine Drehmaschine auf die Dicke von 6,5 mm und einen Durchmesser von 90 mm grob bearbeitet. Beide Seiten von ihr wurden dann mittels einer Doppelkopfschleifmaschine (Schleifer: Nr. 80) geschliffen, so dass die Dicke des Substrats auf 6,36 mm abnahm. Die Tabelle 1 zeigt die gemessenen Genauigkeitswerte nach den jeweiligen Schritten.

Durch Spritzüberzug wurde auf beide Seiten des Teststücks Formel A aufgetragen, so dass die Überzugsdicke nach dem Ausheizen 30 μm betrug. Nach dem Ausheizen wurde mittels einer Oberflächenschleifmaschine (Schleifer: Nr. 400 für Harz) eine letzte Endbearbeitung (auf die Dicke von 6,40 mm) ausgeführt. Nach der Endbearbeitung gemessene Genauigkeitswerte sind in der Tabelle 1 gezeigt. Tabelle 1

	Beispiel 1 der Erfindung	Beispiel 2 der Erfindung	Vergleichsbeispiel 1
Grobbearbeitung des Substrats	Schneiden	Schneiden	Schneiden
Planheit, μm	15	15	20
Parallelität, μm	20	20	30
Endbearbeitung des Substrats	Doppelkopfschleifen des Antriebstyps	Doppelkopfschleifen des Antriebstyps	Doppelkopfschleifen des Trägertyps
Planheit, μm	3	10	20
Parallelität, μm	5	15	35
Endbehandlung der Überzugsschicht	Doppelkopfschleifen des Antriebstyps	Doppelkopfschleifen des Antriebstyps	Doppelkopfschleifen des Trägertyps
Planheit, μm	3	3	14
Parallelität, μm	5	5	20
Dicke der Überzugsschicht	20	20
Veränderung	3	12	20

Die Genauigkeit des Substrats 3a nach der Endbearbeitung betreffend betrugen beim Beispiel 1 der Erfindung die Planheit 8 μm oder weniger und die Parallelität 10 μm. Beim Beispiel 2 der Erfindung betrug die Parallelität (maximaler Dickenunterschied) 15 μm. Dadurch erhöhte sich der maximale Dickenunterschied der Überzugsschicht auf 12 μm beim Beispiel 2 der Erfindung, während dieser Unterschied beim Beispiel 1 der Erfindung stabil bei etwa 3 μm lag.
Die Genauigkeit nach der Endbearbeitung des Substrats betreffend betrugen beim Vergleichsbeispiel 1 die Planheit 20 μm und die Parallelität 35 μm. Nach der Endbehandlung nach dem Überzug gab es Abschnitte, in denen das Substrat Beilag.
Bei den jeweiligen Teststücken für die Beispiele der Erfindung und das Vergleichsbeispiel wurde mittels einer Testeinrichtung des Schubtyps, bei dem drei Stahlschuhe (SUJ2) mit den jeweiligen Teststücken in Kontakt gebracht wurden, ein Reibungs-/Verschleißtest (Typ mit drei anliegenden Schuhen) durchgeführt, um die Reibkoeffizienten an den Gleitabschnitten im Anfangsstadium des Tests und nach fünf Minuten des Tests sowie die Tiefen des Verschleißes an den Gleitflächen der jeweiligen Teststücke nach fünf Minuten des Tests zu messen. Die Testbedingungen sind wie folgt:
Gleitflächendruck: 10 MPa
Gleitgeschwindigkeit: 210 m/min
Schmierbedingungen: Die Gleitflächen waren mit PAG-Kältemaschinenöl benetzt.
Testzeit: Fünf Minuten

Die Tabelle 2 zeigt die Ergebnisse des Reibungs-/Verschleißtests. Tabelle 2

	Beispiel 1 der Erfindung	Beispiel 2 der Erfindung	Vergleichsbeispiel 1
Anfänglicher Reibkoeffizient	0,02	0,02	0,02
Reibkoeffizient nach fünf Minuten des Tests	0,04	0,04	0,08
Verschleißtiefe nach fünf Minuten des Tests	0,002	0,002	Ablösung der Harzlage
Analyse der Testergebnisse	o	o	x

Bei den Beispielen der Erfindung war der Reibkoeffizient vom Beginn des Tests bis nach 5 Minuten stabil und war die Tiefe des Verschleißes äußerst gering. Im Gegensatz dazu gab es beim Vergleichsbeispiel Abschnitte, in denen sich der Harzüberzug vom Substrat ablöste. So wurde entdeckt, dass ein Abschälen der Fluorharz enthaltenden Harzüberzugsschicht, die einen hervorragenden Widerstand gegen das Festfressen aufweist, weniger wahrscheinlich ist, so dass die Taumelscheibe gemäß der vorliegenden Erfindung eine hinreichend hohe Haltbarkeit aufweist, wenn sie in einem Taumelscheibenkompressor verwendet wird, der Kohlendioxidgas als Kältemittel, dessen Druck im Kompressor bis zu 10 MPa erreicht, verwendet.
Wie beschrieben wurde, ist die Taumelscheibe gemäß der vorliegenden Erfindung durch Pressen einer Walzstahltafel zu einer Scheibenform, Schleifen beider seitlicher Oberflächen der durch Pressarbeit gebildeten scheibenförmigen Stahlplatte mittels einer Doppelkopfschleifmaschine und Bilden einer reibungsarmen Überzugslage, die 40 bis 50 Gewichts-% Fluorharz in der Überzugsschicht enthält, auf jeder Gleitfläche gebildet. Dies erübrigt Flammspritzüberzugslagen, die bei herkömmlichen Anordnungen notwendig wären.
Da das Metallsubstrat und die reibungsarme Harzüberzugzusammensetzung mit hoher Genauigkeit ausgebildet werden können, tritt kein ungleichmäßiger Verschleiß auf, so dass das Metallsubstrat selbst dann, wenn Kälteöl ausläuft, niemals frei liegt.
Durch Bearbeiten eines Metallsubstrats in der Weise, dass seine Planheit 8 μm oder weniger beträgt und seine Parallelität 10 μm oder weniger beträgt, Auftragen eines Überzugs des Fluorharztyps und Bearbeiten der so aufgetragenen Überzugsschicht des Fluorharztyps war es möglich, die endgültige Endbearbeitungsgenauigkeit auf 10 μm oder weniger hinsichtlich der Planheit und 10 μm oder weniger hinsichtlich der Parallelität zu verbessern.
Es wurde somit bestätigt, dass die Taumelscheibe gemäß der vorliegenden Erfindung wirtschaftlich ist und selbst dann, wenn während des Betriebs des Taumelscheibenkompressors Kältemaschinenöl ausläuft, wirksam und stabil einen Grenzschmierzustand erreichen kann.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Taumelscheibe zu schaffen, die die für eine Taumelscheibe geforderten grundlegenden Eigenschaften, die einem stabilen Grenzschmierzustand durch Schmieröl entsprechen, erfüllt, ohne auf der Oberfläche des Substrats 3a, das die Taumelscheibe 3 des Taumelscheibenkompressors bildet, eine Metallspritzüberzugslage, die ein Material des Kupfertyp oder des Aluminiumtyps umfasst, als Zwischenlage zu bilden.
Das Substrat 3a der Taumelscheibe 3 umfasst eine scheibenförmige Stahlplatte, die durch Pressen einer Walzstahltafel zu einer Scheibenform ausgebildet ist, wobei beide Oberflächen der scheibenförmigen Stahlplatte geschliffen sind. Somit können Harzüberzugslagen 10, die Fluorharz, das einen hervorragenden Widerstand gegen das Festfressen aufweist, enthalten, stark am Substrat fixiert werden, ohne eine Metallspritzüberzugslage auf der Oberfläche des Substrats bilden zu müssen. Dies erhöht die Haltbarkeit des Kohlendioxidgas als Kältemittel verwendenden Taumelscheibenkompressors.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 8-199327 A [0007]
JP 2002-089437 A [0007]
JP 2003-138287 A [0007]
WO 2002/075172 [0007]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

JIS B 0182 [0016]

Claims

Taumelscheibe eines Kompressors des Taumelscheibentyps, wobei die Taumelscheibe direkt an einer Drehwelle oder indirekt durch ein koppelndes Element an der Drehwelle und so, dass sie schräg oder senkrecht zur Drehwelle liegt, in einem Gehäuse, in dem ein Kältemittel vorhanden ist, angebracht ist, wobei die Taumelscheibe mit Schuhen in Gleitkontakt ist, derart, dass die Drehbewegung der Taumelscheibe durch die Schuhe in eine Hin- und Herbewegung von Kolben umgesetzt wird, wodurch das Kältemittel komprimiert und expandiert wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Taumelscheibe ein Substrat umfasst, das durch Pressen eines Walzstahls zu einer Scheibenform ausgebildet ist, wobei die scheibenförmige Stahlplatte auf beiden Seiten Gleitflächen besitzt, auf denen die Schuhe gleiten, wobei die Gleitflächen durch Schleifarbeit gebildet sind, wobei die Taumelscheibe ferner reibungsarme Harzüberzugslagen umfasst, die auf den jeweiligen Gleitflächen gebildet sind, wobei die Überzugslagen 40 bis 50 Gewichts-% Fluorharz enthalten.
Taumelscheibe nach Anspruch 1, wobei beide seitlichen Oberflächen der scheibenförmigen Stahlplatte mittels einer Doppelkopfschleifmaschine geschliffen sind.
Taumelscheibe nach Anspruch 1 oder 2, wobei beide Seiten der scheibenförmigen Stahlplatte durch ein Doppelkopfschleifverfahren des Antriebstyps geschliffen sind, bei dem die oberen und unteren Oberflächen der scheibenförmigen Stahlplatten als Gleitflächen gleichzeitig mit Schleifern geschliffen werden, wobei die scheibenförmige Stahlplatte gedreht wird, während ihr Zentrum in Position gehalten wird.
Taumelscheibe nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die geschliffenen Oberflächen der scheibenförmigen Stahlplatte auf ihren beiden Seiten auf eine Planheit von 8 μm oder weniger und eine Parallelität von 10 μm oder weniger geschliffen sind.
Taumelscheibe nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Oberflächen des Substrats, bevor darauf die reibungsarmen Harzüberzugslagen gebildet sind, dem Abstrahlen unterzogen sind.
Taumelscheibe nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die scheibenförmige Stahlplatte aus SAPH440C gefertigt ist.
Taumelscheibe nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Überzugsschicht, die die reibungsarmen Harzüberzugslagen bildet, 40 bis 50 Gewichts-% Fluorharz, 45 bis 55 Gewichts-% Matrixharz und 1 bis 10 Gewichts-% Graphit im Verhältnis zur Überzugsschicht enthält.
Taumelscheibe nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Überzugsschicht, die die reibungsarmen Harzüberzugslagen bildet, 40 bis 50 Gewichts-% Fluorharz und 1 bis 10 Gewichts-% Graphit im Verhältnis zur Überzugsschicht umfasst, wobei Matrixharz und Verunreinigungen den Ausgleich darstellen.
Taumelscheibe nach Anspruch 7 oder 8, wobei das Fluorharz Polytetrafluorethylenharz ist, das Matrixharz Polyamidimidharz ist und der Graphit Graphit ist, der 97,5% oder mehr gebundenen Kohlenstoff enthält.
Taumelscheibe nach Anspruch 9, wobei der Graphit Kunstgraphit ist, der 98,5% oder mehr gebundenen Kohlenstoff enthält.
Kompressor des Taumelscheibentyps, der die Taumelscheibe nach einem der Ansprüche 1 bis 10 umfasst.
Kompressor des Taumelscheibentyps nach Anspruch 11, wobei zwischen der Taumelscheibe und der Oberfläche irgendwelcher Schuhe, die mit der Taumelscheibe in Gleitkontakt sind, keine Schmierschicht gebildet ist.