DE19754028A1 - Kolbenkompressor - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Kompressoren, die in Fahrzeugklimaanlagen verwendet werden. Insbesondere bezieht sich die vorliegende Erfindung auf die Gleitstruktur von Kolben in einem Kompressor.

Ein in einem Fahrzeug verwendeter typischer Kompressor hat folgenden Aufbau. Der Kompressor hat ein Gehäuse und einen Zylinderblock, der einen Teil des Gehäuses bildet. Eine Kurbelkammer ist in dem Gehäuse begrenzt. Eine Antriebswelle ist drehbar in der Kurbelkammer gehalten. Der Zylinderblock hat darin ausgebildete Zylinderbohrungen. Ein Kolben ist reziprokierend in jeder Zylinderbohrung aufgenommen. Eine Nockenscheibe ist von der Antriebswelle gehalten und dreht sich zusammen mit ihr in der Kurbelkammer. Jeder Kolben ist mit der Nockenscheibe mittels Schuhen verbunden. Eine Drehung der Antriebswelle wird durch die Nockenscheibe in eine lineare Hin- und Herbewegung der Kolben umgewandelt. Kühlmittelgas in den Zylinderbohrungen wird durch die Hin- und Herbewegung komprimiert.

In einem solchen Kompressor wird die auf jeden Kolben wirkende Trägheitskraft am größten, wenn der Kolben von dem Ansaughub in den Verdichtungshub übergeht. Die Trägheitskraft des Kolbens wirkt auf die Nockenscheibe. Andererseits erhält der Kolben eine Reaktionskraft von der Nockenscheibe. Die Reaktionskraft hat eine seitliche Komponente, die radial auswärts von der Achse der Nockenscheibe gerichtet ist. Diese Komponente drückt einen Teil jedes Kolbenkopfes gegen die Innenwandung der zugehörigen Zylinderbohrung. Diese seitliche Komponente der Reaktionskraft wird als die seitliche Kraft bezeichnet. Die Trägheitskraft der Kolben nimmt zu, wenn das Gewicht des Kolbens zunimmt. Eine vergrößerte Trägheitskraft der Kolben resultiert in einer größeren seitlichen Kraft, die auf jeden Kolben wirkt.

Jedoch sind das Gehäuse, welches den Zylinderblock enthält, und die Kolben aus Aluminiumlegierung gemacht, die leicht ist, um das Gewicht des Kompressors zu reduzieren. Folglich hindert die oben beschriebene seitliche Kraft den Kolben am sanften Gleiten bezüglich der Zylinderbohrung, wenn der Kolben in der zugehörigen Zylinderbohrung reziprokiert wird.

Folglich ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Kompressor zu schaffen, in dem die Größenordnung der auf die Kolbenköpfe wirkenden seitlichen Kräfte reduziert und das Gewicht der Kolben reduziert wird. Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, den Reibungswiderstand zwischen Kolben und Zylinderbohrung zu vermindern, um dadurch zu ermöglichen, daß sich die Kolben sanft in den Zylinderbohrungen hin- und herbewegen.

Um die vorhergehenden und andere im Zweck der Erfindung liegende Ziele zu verwirklichen, wird ein verbesserter Kompressor geschaffen. Der Kompressor hat eine Bohrung, eine in der Bohrung begrenzte Kompressionskammer und einen Kolben. Der Kolben bewegt sich in der Bohrung, um Gas in der Kompressionskammer zu verdichten und dichtet die Kompressionskammer ab. Der Kolben hat eine Ausnehmung, eine Umfangsfläche und ein Element zur Glättung der Bewegung des Kolbens. Die Ausnehmung vermindert das Gewicht des Kolbens. Die Umfangsfläche hat eine erste Fläche, um eine Kompressionskammerdichtung zu bilden, und hat eine zweite Fläche, um eine durch den Betrieb des Kompressors hervorgerufene seitliche Reaktionskraft auf zunehmen. Das Glättungselement ist zwischen der zweiten Fläche des Kolbens und der Bohrung angeordnet.

Andere Aspekte und Vorteile der Erfindung werden aus der nachfolgenden Beschreibung deutlich, die in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen beispielhaft das Prinzip der Erfindung erläutert. Die Erfindung, deren Ziele und Aufgaben können am besten unter Bezugnahme auf die nachfolgende Beschreibung und die derzeit bevorzugten Ausführungsbeispiele zusammen mit den beigefügten Zeichnungen verstanden werden.

Fig. 1 ist eine Schnittansicht, die einen Kompressor mit verstellbarer Verdrängung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt;

Fig. 2 ist eine Perspektivansicht, die einen Kolben des Kompressors gemäß Fig. 1 zeigt;

Fig. 3 ist eine vergrößerte teilgeschnittene Ansicht längs der Linie 3-3 von Fig. 1, die den Kolben von Fig. 2 zeigt;

Fig. 4 ist eine Perspektivansicht, die einen Kolben eines Kompressors gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt;

Fig. 5 ist eine vergrößerte Schnittansicht, die einen Kompressor mit veränderlicher Verdrängung gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt;

Fig. 6 ist eine Perspektivansicht, die einen Kolben des Kompressors gemäß Fig. 5 zeigt; und

Fig. 7 ist eine Perspektivansicht des Kolbens von Fig. 6 aus einer anderen Richtung gesehen.

Ein Kompressor des Einkopfkolben-Typs mit veränderlicher Verdrängung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird unter Bezugnahme auf Fig. 1 bis 3 beschrieben.

Wie in Fig. 1 gezeigt ist, ist ein vorderes Gehäuse 11 mit dem vorderen Ende eines Zylinderblocks 12 verbunden. Ein hinteres Gehäuse 13 ist mit dem hinteren Ende des Zylinderblocks 12 verbunden. Das vordere Gehäuse 11, der Zylinderblock 12 und das hintere Gehäuse 13 bilden ein Gehäuse des Kompressors. Das vordere Gehäuse 11, der Zylinderblock 12 und das hintere Gehäuse 13 sind beispielsweise aus Aluminiumlegierung gemacht.

Eine Ansaugkammer 13a und eine Ausschubkammer 13b sind in dem hinteren Gehäuse 13 begrenzt. Eine Ventilplatte 14 mit Ansaugklappen 14a und Ausschubklappen 14b ist zwischen dem hinteren Gehäuse 13 und dem Zylinderblock 12 angeordnet. Eine Kurbelkammer 15 ist in dem vorderen Gehäuse 11 vor dem Zylinderblock 12 begrenzt. Eine Antriebswelle 16 erstreckt sich durch die Kurbelkammer 15, das vordere Gehäuse 11 und den Zylinderblock 12. Ein Paar radialer Lager 17 hält die Antriebswelle 16 drehbar.

Eine Anschlußplatte 18 ist an der Antriebswelle 16 befestigt. Eine Taumelscheibe 19, die als Nockenscheibe funktioniert, ist in der Kurbelkammer 15 an der Antriebswelle 16 befestigt. Die Taumelscheibe 19 ist so gehalten, daß sie in axialer Richtung der Antriebswelle 16 verschiebbar ist und bezüglich der Antriebswelle 16 geneigt werden kann. Die Taumelscheibe 19 ist mittels eines Gelenkmechanismus 20 mit der Anschlußplatte 18 verbunden. Der Gelenkmechanismus 20 führt die Bewegung der Taumelscheibe 19 in axialer Richtung der Antriebswelle 16 und die Neigung der Taumelscheibe 19 bezüglich der Antriebswelle 16. Der Gelenkmechanismus 20 dreht ferner die Taumelscheibe 19 zusammen mit der Antriebswelle 16.

Ein Anschlag 19a ist auf der vorderen Fläche der Taumelscheibe 19 vorgesehen. Das Anliegen des Anschlags 19a gegen die Anschlußplatte 18 bestimmt die maximale Neigungseinstellung der Taumelscheibe 19. Ein Anschlagring 16b ist auf der Antriebswelle 16 vorgesehen. Die Anlage der Taumelscheibe 19 gegen den Anschlagring 16b begrenzt eine weitere Neigung der Taumelscheibe 19 und bestimmt somit die Mindestneigungsstellung der Taumelscheibe 19.

Zylinderbohrungen 12a erstrecken sich durch den Zylinderblock 12. Ein Einkopfkolben 21 ist in jeder Zylinderbohrung 12a aufgenommen. Jeder Kolben 21 ist einstückig aus Aluminiumlegierung geformt und hat einen hinteren Abschnitt, oder einen Kopf 21a, und einen vorderen Abschnitt, oder einen Rand 21b. Der Kopf 21a jedes Kolbens 21 ist gleitend in der zugehörigen Zylinderbohrung 12a aufgenommen. Der Rand 21b ist mit einem Schlitz versehen, der der Taumelscheibe 19 zugewandt ist. Eine konkave Aufnahmefläche 21c ist in jeder der gegenüberliegenden Wände des Schlitzes vorgesehen. Jede Aufnahmefläche 21c nimmt den halbkugelförmigen Abschnitt eines Schuhs 22 auf. Der Umfang der Taumelscheibe 19 ist in den Schlitz jedes Kolbenrands 21b eingesetzt und ist verschieblich zwischen den flachen Abschnitten des dazugehörigen Paars Schuhe 22 gehalten. Ein Rückstoßlager 23 ist zwischen der Anschlußplatte 18 und der vorderen Wand des vorderen Gehäuses 11 angeordnet. Das vordere Gehäuse 11 nimmt durch die Schuhe 22, die Taumelscheibe 19, den Gelenkmechanismus 20, die Anschlußplatte 18 und das Rückstoßlager 23 die auf jeden Kolben 21 während der Kompression des Gases wirkende Reaktionskraft auf.

Ein Verdichtungsdurchlaß 24 erstreckt sich durch den Zylinderblock 12, die Ventilplatte 14 und das hintere Gehäuse 13, um die Ausschubkammer 13b mit der Kurbelkammer 15 zu verbinden. Ein Verdrängungssteuerventil 25 ist im hinteren Gehäuse 13 angeordnet, durch das sich der Verdichtungsdurchlaß 24 erstreckt. Das Steuerventil 25 hat eine Ventilbohrung 27, einen der Ventilbohrung 27 zugewandten Ventilkörper 26 und eine Membran 28 zur Einstellung des Öffnungsquerschnitts oder der freien Fläche der Ventilbohrung 27. Ein Druckverbindungsdurchlaß 29 ist vorgesehen, um eine Seite der Membran 28 dem Druck (Ansaugdruck Ps) der Ansaugkammer 13a auszusetzen. Die Membran 28 bewegt den Ventilkörper 26 und stellt die von dem Ventilkörper 26 freigegebene Fläche der Ventilbohrung 27 in Abhängigkeit von dem zugeführten Ansaugdruck Ps ein.

Das Steuerventil 25 verändert die Menge des Kühlmittelgases, das durch den Verdichtungsdurchlaß 24 von der Ausschubkammer 13b in die Kurbelkammer 15 fließt und stellt den Druck Pc in der Kurbelkammer 15 ein. Veränderungen des Druckes Pc der Kurbelkammer 15 verändern die Differenz zwischen dem Druck Pc der Kurbelkammer 15, der auf die untere Fläche jedes Kolbens 21 (in Fig. 1 gesehen die linke Fläche) einwirkt, und dem Druck in der zugehörigen Zylinderbohrung 12a, der auf die Kopffläche des Kolbens 21 (in Fig. 1 gesehen die rechte Fläche) einwirkt. Die Neigung der Taumelscheibe 19 wird in Übereinstimmung mit Änderungen im Druckunterschied verändert. Dies verändert weiterhin den Hub des Kolbens 21 und verändert die Verdrängung des Kompressors.

Ein Druckentspannungsdurchlaß 30 verbindet die Kurbelkammer 15 mit der Ansaugkammer 13a. Der Entspannungsdurchlaß 30 wird von einer axialen Passage 16a, die sich durch die Mitte der Antriebswelle 16 erstreckt, einer Rückhaltebohrung 12b, die in der Mitte des Zylinderblocks 12 begrenzt ist, einer Druckablaßnut 12c, die sich durch die hintere Fläche des Zylinderblocks 12 erstreckt und einer Druckablaßbohrung 14c gebildet, die sich durch die Ventilplatte 14 erstreckt. Ein radialer Einlaß des axialen Durchlasses 16a ist mit der Kurbelkammer 15 in der Nähe des vorderen Radiallagers 17 verbunden. Eine bestimmte Menge des Kühlmittelgases in der Kurbelkammer 15 wird konstant durch den Entspannungsdurchlaß 30 in die Ansaugkammer 13a gezogen.

Ein Rückstoßlager 31 und eine Schraubenfeder 32 sind in der Aufnahmebohrung 12b zwischen dem hinteren Ende der Antriebswelle 16 und der Ventilplatte 14 angeordnet.

Wie in Fig. 1 bis 3 gezeigt ist, hat jeder Kolben 21 eine am Ende des Rands 21b ausgebildete Drehbegrenzung 33. Die Drehbegrenzung 33 hat eine bogenförmige Fläche, die der inneren Wand des vorderen Gehäuses 11 gegenüberliegt. Der Krümmungsradius der bogenförmigen Fläche ist im wesentlichen gleich dem der inneren Wand des vorderen Gehäuses 11. Wenn der Kolben 21 sich reziprokierend bewegt, berührt die bogenförmige Fläche der Begrenzung 33 die innere Wand des vorderen Gehäuses 11. Dies hindert den Kolben 21 an der Rotation um seine Achse.

Ein Paar Ausnehmungen 34 (nur eine in Fig. 2 gezeigt) sind symmetrisch in dem Kolbenkopf 21a vorgesehen. Die Ausnehmungen 34 sind in einem Winkel von 180° zueinander versetzt und erstrecken sich in der Längsrichtung des Kopfs 21a. Ein Paar von Druckaufnahmeflächen 36 ist auf einander gegenüberliegenden Seiten der Ausnehmungen 34 vorgesehen. Der Kopf 21a enthält ferner eine Dichtung 35 am hinteren Ende des Kolbens 21, die fortlaufend mit den Aufnahmeflächen 36 ausgebildet ist. Die Dichtung 35 ist umlaufend um den Kopf 21a vorgesehen und die im wesentlichen gesamte Fläche der Dichtung 35 berührt die Innenwand der Zylinderbohrung 12a. Eine umlaufende Nut oder Ringnut 37 ist am Umfang der Dichtung 35 ausgebildet. Ein Kolbenring 38 ist in die Nut 37 eingesetzt.

Wenn jeder Kolben 21 vom Ansaughub in den Verdichtungshub übergeht, wirkt die Trägheitskraft des Kolbens 21 auf die Nockenscheibe. Andererseits empfängt der Kolben 21 eine Reaktionskraft von der Taumelscheibe 19. Die Reaktionskraft enthält eine seitliche Komponente, die radial auswärts von der Achse der Taumelscheibe 19 gerichtet ist. Eine Reaktion auf diese Komponente, bzw. eine seitliche Kraft, wird von den Druckaufnahmeflächen 36 des Kolbenkopfes 21a aufgenommen.

Die Ausnehmungen 34 werden entweder beim Gießen des Kolbens 21 oder durch Bearbeitung des gegossenen Kolbens 21 erzeugt. Die Ausnehmungen 34 reduzieren das Gewicht des Kolbens 21. Weil der Kolbenring 38 positiv den Raum zwischen dem Kolben 21 und den Zylinderbohrungen 12 abdichtet, kann die Breite W1 der Dichtung 35 minimiert werden. Dies reduziert weiterhin das Gewicht des Kolbens 21.

Eine Schicht geringer Reibung bzw. eine reibungsarme Schicht 39 ist auf den Druckaufnahmeflächen 36 ausgebildet. Dies bedeutet, daß die reibungsarme Schicht 39 einen niedrigen Reibungskoeffizienten hat. Die Schicht 39 ist beispielsweise von einer Beschichtung aus Fluorkohlenstoffharz mit einer bestimmten Dicke gebildet. Die Schicht 39 vermindert die Reibung zwischen der Zylinderbohrung 12a und dem Kolben 12.

Die Antriebswelle 16 wird von einer äußeren Antriebseinrichtung, wie einem Automotor angetrieben. Die Taumelscheibe 19 wird zusammen mit der Antriebswelle 16 durch die Anschlußplatte 18 und den Gelenkmechanismus 20 gedreht. Die Drehung der Taumelscheibe 19 wird in eine lineare Hin- und Herbewegung jedes Kolbens 21 in der zugehörigen Zylinderbohrung 12a durch die Schuhe 22 umgewandelt. Die Hin- und Herbewegung der Kolben 21 zieht das Kühlmittelgas in der Ansaugkammer 13a durch die zugehörige Ansaugklappe 14a in die Zylinderbohrung 12a. Wenn das Kühlmittelgas in der Zylinderbohrung 12a bis zu einem vorbestimmten Druck komprimiert ist, wird das Gas durch die zugehörige Ausschubklappe 14b in die Ausschubkammer 13b ausgeschoben.

Wenn die Umgebungstemperatur hoch ist und die Kühlbelastung groß ist, wirkt ein hoher Ansaugdruck Ps in der Ansaugkammer 13a auf die Membran 28 des Steuerventils 25 und veranlaßt den Ventilkörper 26 die Ventilbohrung 27 zu schließen. Dies verschließt den Verdichtungsdurchlaß 24 und unterbricht den Fluß hochbedruckten Kühlmittelgases von der Ausschubkammer 13b in die Kurbelkammer 15. In diesem Zustand wird das in der Kurbelkammer 15 befindliche Kühlmittelgas durch den Entspannungsdurchlaß 30 in die Ansaugkammer 13a abgelassen. Dies vermindert den Druck Pc in der Kurbelkammer 15. Somit wird die Differenz zwischen dem Druck Pc in der Kurbelkammer 15 und dem Druck in den Zylinderbohrungen 12a gering. Im Ergebnis wird die Taumelscheibe 19 in die maximal geneigte Stellung bewegt, wie mit ausgezogenen Linien in Fig. 1 gezeigt ist, und der Hub des Kolbens 21 wird maximal. In diesem Zustand ist die Verdrängung des Kompressors maximal.

Wenn die Umgebungstemperatur niedrig ist und die Kühlbelastung gering ist, wirkt ein niedriger Druck Ps in der Ansaugkammer 13a auf die Membran 28 des Steuerventils 25 und veranlaßt den Ventilkörper 26 die Ventilbohrung 27 freizugeben. Dies leitet hochbedrucktes Kühlmittelgas in der Ausschubkammer 13b durch den Verdichtungsdurchlaß 24 in die Kurbelkammer 15 und erhöht den Druck Pc in der Kurbelkammer 15. Somit wird die Differenz zwischen dem Druck Pc in der Kurbelkammer 15 und dem Druck in den Zylinderbohrungen 12a groß. Im Ergebnis bewegt sich die Taumelscheibe 19 zur minimal geneigten Position, wie in Fig. 1 mit der strichpunktierten Linie gezeigt ist, und vermindert den Hub des Kolbens 21. In diesem Zustand wird die Verdrängung des Kompressors klein.

Auf diese Weise stellt das Verdrängungssteuerventil 25 die Durchlaßmenge des Verdichtungsdurchlasses 24 ein und ändert dadurch den Druck in der Kurbelkammer 15. Veränderungen des Drucks in der Kurbelkammer 15 verändern die Neigung der Taumelscheibe 19.

Die seitlichen Kräfte, die auf jeden Kolben 21 während des Betriebs des Kompressors einwirken, werden nun beschrieben.

Seitliche Kraft bezieht sich auf eine Reaktionskraft, die auf den Kolben 21 durch die Wand der zugehörigen Zylinderbohrungen 12a einwirkt, wenn die Umfangsfläche des Kolbens 21 gegen die Wand der Zylinderbohrung 12a gedrückt wird. Beispielsweise wird, wenn der Kolben 21 vom Ansaughub in den Verdichtungshub übergeht d. h. wenn der Kolben 21 in der Nähe des unteren Totpunkts ist (wie der in Fig. 1 gezeigte unter Kolben 21), die auf den Kolben 21 wirkende Trägheitskraft maximal. Die auf den Kolben 21 wirkende Trägheitskraft ist in Fig. 1 mit F0 bezeichnet. Die Trägheitskraft F0 des Kolbens 21 wird auf die Taumelscheibe 19 aufgebracht. Entsprechend empfängt der Kolben 21 eine der Trägheitskraft F0 zugeordnete Reaktionskraft Fs von der geneigten Taumelscheibe 19. Die Reaktionskraft Fs ist in die Kraftkomponente f1, die in axialer Richtung des Kolbens 21 wirkt, und die Kraftkomponente f2, die in radialer Richtung des Kolbens 21 wirkt, aufgeteilt. Die Kraftkomponente f2 neigt den Rand 21b des Kolbens 21 in Richtung der Kraftkomponente f2.

Folglich wird die Druckaufnahmefläche 36 von einer der Kraftkomponente f2 entsprechenden Kraft durch die Wand der Zylinderbohrung 12a belastet. In anderen Worten, die Fläche 36 empfängt die Reaktionskraft (seitliche Kraft) Fa, die der Kraftkomponente f2 zugehörig ist, von der Wandung der Zylinderbohrung 12a. Ferner empfängt die Umfangsfläche am hinteren Ende des Kolbenkopfes 21a eine Reaktionskraft (seitliche Kraft) Fb, die der Kraftkomponente f2 zugehörig ist, von der Wandung der Zylinderbohrung 12a.

Bei diesem Kompressor sind die Ausnehmungen 34 in dem Kolben 21 außerhalb von der Fläche ausgebildet, die der Dichtung 35 und den Druckaufnahmeflächen 36 entspricht. Ferner ist die reibungsarme Schicht 39 auf der Dichtung 35 und den Aufnahmeflächen 36 ausgebildet. Folglich ist das Gewicht dieses Kolbens 21 vermindert und der Reibwiderstand zwischen dem Kolben 21 und der Zylinderbohrung 12 ist vermindert. Dies erlaubt dem Kolben 21 sich sanft in der Zylinderbohrung 12a hin- und herzubewegen.

Die seitliche Kraft Fa wirkt auf einen Teil des Kopfs 21a, der das vordere Ende der Zylinderbohrung 12a berührt. In anderen Worten, der Teil des Kopfs 21a, auf den die Kraft Fa wirkt, ist so weit wie möglich vom hinteren Ende des Kolbens 21 (das rechte Ende in Fig. 1) beabstandet. Folglich ist der Abstand zwischen dem Punkt, an dem die Kraft Fa wirkt, und dem Punkt, an dem die Kraft Fb wirkt, maximiert. In anderen Worten, der Abstand zwischen Drehpunkten auf dem Kolben 21 ist maximiert. Im Ergebnis sind die Druckkräfte, die aus der Komponente f2 resultieren, minimiert.

Die Ausnehmungen 34 vermindern das Gewicht des Kolbens 21. Dies vermindert die Trägheitskraft des Kolbens 21, die erzeugt wird, wenn der Kolben 21 vom Ansaughub in den Verdichtungshub übergeht. Entsprechend sind die seitlichen Kräfte Fa und Fb, die auf den Kopf 21a des Kolbens 21 einwirken, vermindert.

Die reibungsarme Schicht 39, die auf den Druckaufnahmeflächen 36 ausgebildet ist, vermindert den Reibwiderstand zwischen der Zylinderbohrung 12a und dem Kolben 21. Im Ergebnis werden die Kolben 21 sanft in den Zylinderbohrungen 12a hin- und herbewegt.

Der Kolbenring 38 ist an jedem Kolben 21 an der Dichtung 35 angebracht. Folglich kann die Breite W1 der Dichtung 35 verkürzt werden, während die Wirksamkeit der Abdichtung zwischen der Dichtung 35 und der Zylinderbohrung 12a verbessert wird. Die verkürzte Breite W1 vermindert das Gewicht jedes Kolbens 21. Die Trägheitskraft des Kolbens 21 wird entsprechend vermindert. Die verminderte Trägheitskraft führt zu verminderten Seitenkräften Fa, Fb, die auf den Kolben 21 einwirken.

Ein zweites Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird nun beschrieben. Vom ersten Ausführungsbeispiel abweichende Teile werden nun genauer beschrieben.

Wie in Fig. 4 gezeigt ist, ist ein Paar symmetrischer Ausnehmungen 34 im Kopf 21a des Kolbens 21 ausgebildet und diese sind einander gegenüberliegend angeordnet. Die Ausnehmungen 34 sind zudem auf gegenüberliegenden Seiten einer Ebene angeordnet, die die Kolbenachse C1 und die Wellenachse C0 aufnimmt. Die Ausnehmungen 34 begrenzen eine schmale Druckaufnahmefläche 36 an einem Abschnitt, der der Außenseite des Kolbens 21 entspricht. Wie beim ersten Ausführungsbeispiel ist die reibungsarme Schicht 39 auf der Druckaufnahmefläche 36 ausgebildet.

Folglich ist, wie beim ersten Ausführungsbeispiel, das Gewicht des Kolbens 21 vermindert und die seitlichen Kräfte Fa und Fb, die auf den Kopf 21a einwirken, sind vermindert. Ebenso glättet die reibungsarme Schicht 39 die reziprokierende Bewegung der Kolben 21 in den Zylinderbohrungen 12a.

Ein drittes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird nun beschrieben. Vom ersten Ausführungsbeispiel abweichende Teile werden nun genauer beschrieben.

Wie in Fig. 5 bis 7 gezeigt ist, ist ein Paar Ausnehmungen 34 im Kolbenkopf 21a ausgebildet. Die Ausnehmungen 34 sind um einen Winkel von 180° gegeneinander um die Achse des Kolbens 21 versetzt und sind an verschiedenen axialen Positionen angeordnet. Im Unterschied zum Ausführungsbeispiel von Fig. 1 bis 4 ist die reibungsarme Schicht 39 nicht auf der Druckaufnahmefläche 36 des Kolbenkopfs 21a von Fig. 6 ausgebildet.

Ein Zylinder 41 ist in jede Zylinderbohrung 12a eingepreßt. Der Zylinder 41 ist aus relativ hartem Metall, wie z. B. Eisen gemacht. Wenn der Kolben 21 hin- und her bewegt wird, berühren die Dichtung 35 und die Druckaufnahmefläche 36 des Kolbenkopfs 21a den Zylinder 41. In anderen Worten, die Wandung der Zylinderbohrung 12a ist von dem Zylinder 41 bedeckt. Dies hindert den Kolben 21 daran, die Wandung der Zylinderbohrung 12a zu berühren, die aus dem gleichen Material (Aluminiumlegierung) ist wie der Kolben 21.

Somit hat das dritte Ausführungsbeispiel die gleichen Vorteile wie das erste und zweite Ausführungsbeispiel.

Weil die Druckaufnahmefläche 36 des Kolbens und der Zylinder 41 aus verschiedenen Materialien sind, werden die Kolben 21 sanft hin- und herbewegt, sogar wenn die Temperatur des Kolbens 21 und des Zylinders 41 durch Reibung erhöht wird.

Der Zylinder 41 ist einfach in jede Zylinderbohrung 12a eingepreßt. Dieses erleichtert die Verminderung des Reibwiderstands zwischen der Druckaufnahmefläche 36 und der Zylinderbohrung 12a.

Die vorliegende Erfindung kann auf die folgende Weise verkörpert werden. Die nachfolgenden Ausführungsbeispiele haben im wesentlichen die gleichen Vorteile wie das erste bis dritte Ausführungsbeispiel.

• 1. Eine Legierungsplattierung kann auf der Druckaufnahmefläche 36 und auf der Wandung der Zylinderbohrungen 12a oder auf der inneren Wand des Zylinders 41 aufgebracht werden, um den Reibwiderstand des Kolbens 21 zu vermindern. In diesem Fall kann die Plattierung mit einer Legierung wie z. B. Nickel und Phosphor, Nickel und Bor oder Kobalt oder Phosphor und Wolfram sein.
• 2. Anstelle der reibungsarmen Schicht 39 können die Druckaufnahmefläche 36, die Wand der Zylinderbohrung 12a oder des Zylinders 41 mit einer Dispersionsbeschichtung bedeckt sein. Die Metallmatrix der Dispersionsbeschichtung kann aus den Metallen wie Nickel, Kobalt, Eisen, Silber, Zink, Nickel- Phosphor-Legierung, Nickel-Bor-Legierung und Kobalt-Bor- Legierung ausgewählt sein. Das Material für die dispergierten Partikel kann aus Molibdändisulfid, Wolframdisulfid, Graphit, Graphitfluorid, Polytetrafluorethylen, Fluorkohlenstoffharz, Calciumfluorid, Bornitrid, Siliciumcarbid, Polyvinylchlorid und Bariumsulfat ausgewählt sein.
• 3. Die Druckaufnahmefläche 36 oder die Wand der Zylinderbohrung 12a kann annodisiert werden, um den Reibwiderstand zu vermindern.
• 4. Die Druckaufnahmefläche 36, die Wandung der Zylinderbohrung 12a oder des Zylinders 41a kann beispielsweise mit Molibdän­ disulfid oder Wolframdisulfid beschichtet werden, um den Reibwiderstand zu vermindern.
• 5. Die Innenwand des Zylinders 41 kann beispielsweise mit Fluorkohlenstoffharz zur Verminderung des Reibwiderstands beschichtet sein.
• 6. Die vorliegende Erfindung kann in Kompressoren des doppelköpfigen Kolbentyps verkörpert werden.
• 7. Die vorliegende Erfindung kann in einem Kompressor mit fester Verdrängung verkörpert werden.

Folglich sind die vorliegenden Beispiele und Ausführungsbeispiele lediglich als illustrierend und nicht beschränkend zu sehen, und die Erfindung ist nicht auf die hier beschriebenen Einzelheiten beschränkt sondern kann im Rahmen der Ansprüche und deren Äquivalenz modifiziert werden.

Claims (13)

1. Kompressor, mit
einer Bohrung (12a),
einer innerhalb der Bohrung (12a) begrenzten Verdichtungskammer, und
einem Kolben (21), der sich in der Bohrung (12a) bewegt, um Gas in der Verdichtungskammer zu verdichten, wobei der Kolben (21) die Verdichtungskammer abdichtet, gekennzeichnet durch
eine Ausnehmung (34) in dem Kolben (21) zur Verminderung des Gewichts des Kolbens (21),
eine Umfangsfläche auf dem Kolben (21), wobei die Umfangsfläche eine erste Fläche (35) aufweist, um eine Verdichtungskammerdichtung zu bilden, und eine zweite Fläche (36) aufweist, um eine seitliche Reaktionskraft aufzunehmen, die durch den Betrieb des Kompressors hervorgerufen wird, und
ein Element (39; 41) zur Glättung der Bewegung des Kolbens (21), wobei das Glättungselement (39; 41) zwischen der zweiten Fläche (36) des Kolbens (21) und der Bohrung (12a) angeordnet ist.

2. Kompressor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Glättungselement (39; 41) eine Schicht (39) aus einem Material aufweist, das einen relativ niedrigen Reibungskoeffizienten hat.

3. Kompressor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schicht (39) mit der zweiten Fläche (36) des Kolbens (21) verbunden ist.

4. Kompressor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schicht (39) mit der Innenwand der Bohrung (12a) verbunden ist.

5. Kompressor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Glättungselement (39; 41) eine Metallhülse (41) aufweist, die in die Zylinderbohrung (12a) eingesetzt ist.

6. Kompressor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausnehmung (34) eine erste Ausnehmung (34) ist, wobei der Kolben (21) eine zweite Ausnehmung (34) hat, die auf einer der ersten Ausnehmung (34) gegenüberliegenden Seite des Kolbens (21) angeordnet ist.

7. Kompressor nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Ausnehmung (34) und die zweite Ausnehmung (34) um einen Winkel von 180° um die Achse des Kolbens (21) gegeneinander versetzt sind.

8. Kompressor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Fläche (35) an einem Ende des Kolbens (21) ausgebildet ist, das an die Verdichtungskammer angrenzt.

9. Kompressor nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß ein Kolbenring (38) um die erste Fläche (35) angeordnet ist.

10. Kompressor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausnehmung (34) zur Umfangsfläche des Kolbens (21) öffnet.

11. Kompressor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben (21) einen unteren Totpunkt innerhalb der Bohrung (12a) hat, wobei mindestens ein besonderer Ort auf der Umfangsfläche des Kolbens (21) eine signifikante seitliche Kraft in Folge des Betriebs des Kompressors am unteren Totpunkt aufnimmt, und wobei die zweite Fläche (36) den besonderen Ort aufweist und die Ausnehmung (34) von dem besonderen Ort beabstandet ist.

12. Kompressor nach Anspruch 11, wobei der Kolben (21) von einer Antriebswelle (16) angetrieben wird, die zentral in dem Kompressor angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß der besondere Ort auf einer Seite des Kolbens (21) ist, der generell der Antriebswelle (16) abgewandt ist und axial in etwa mittig auf der Länge des Kolbens (21) angeordnet ist.

13. Kompressor nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der besondere Ort auf einer Seite des Kolbens (21) angeordnet ist, die generell der Antriebswelle (16) zugewandt ist und in axialer Richtung an dem Ende des Kolbens (21) angeordnet ist, das zur Verdichtungskammer benachbart ist.