DE19754440C2 - Verdichter vom Einkopfkolben-Typ - Google Patents

Description

Hintergrund der Erfindung

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Kolbenverdichter nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Ein typischer Kolbenverdichter hat eine Kurbelkammer, die in ei­ nem Gehäuse begrenzt ist. Eine Antriebswelle ist drehbar in dem Gehäuse gehalten. Ein Teil des Gehäuses ist von einem Zylinder­ block gebildet. Eine Mehrzahl von Zylinderbohrungen erstreckt sich durch den Zylinderblock. Jede Zylinderbohrung nimmt einen Kolben auf. Eine Taumelscheibe ist an der Antriebswelle in der Kurbelkammer befestigt und gehalten, um sich zusammen mit der Antriebswelle zu drehen. Ein Paar Gleitschuhe ist für jeden Kol­ ben vorgesehen, um den Kolben mit dem Umfangsbereich der Taumel­ scheibe zu koppeln. Die Taumelscheibe wandelt die Drehung der Antriebswelle in eine lineare Hin- und Herbewegung der Kolben um. Die Hin- und Herbewegung der Kolben komprimiert Kühlmittel­ gas.

Jedes Paar Gleitschuhe hält die Taumelscheibe zwischen sich. Je­ der Gleitschuh ist von einem Schuhsitz im zugehörigen Kolben aufgenommen. Die Gleitschuhe sind bezüglich der Taumelscheibe und den dazugehörigen Kolben verschiebbar. Somit dreht sich je­ der Kolben um seine Achse in der dazugehörigen Zylinderbohrung. Die Drehung des Kolbens veranlaßt den Kolben, gegen die Taumel­ scheibe zu schlagen. Dies bewirkt Vibrationen und Lärm.

Beim Betrieb des Verdichters wird ein Moment auf jeden Kolben aufgebracht. Das Moment wirkt in einer seitlichen Richtung (eine Richtung quer zur Achse des Kolbens). Die Drehung der Taumel­ scheibe verschiebt den Gleitschuh in dem zugehörigen Schuhsitz jedes Kolbens. Die Verschiebung bewirkt ein seitliches Moment, das dazu neigt, den Kolben zu kippen. Somit wird ein Teil des Kolbens fest gegen die Wand der zugehörigen Zylinderbohrung ge­ preßt. Dies behindert eine sanfte Hin- und Herbewegung des Kol­ bens und bewirkt einen Spannungsabrieb in der Zylinderbohrung, besonders an der Stelle, die von dem Kolben belastet wird. Im Ergebnis nimmt die Dichtung zwischen dem Kolben und der Zylin­ derbohrung über die Zeit an Wirksamkeit ab.

In der japanischen ungeprüften Patentveröffentlichung Nr. 8- 61237 ist ein Verdichter beschrieben, mit dem dieses Problem ge­ löst ist. Bei diesem Verdichter steht ein Paar Arme von dem kur­ belkammerseitigen Ende jedes Kolbens in einer Richtung im we­ sentlichen senkrecht zur Achse des Kolbens vor. Eine Nut ist am entfernten Ende jedes Arms ausgebildet. Eine Führungsstange er­ streckt sich in axialer Richtung des Kolbens zwischen jedem Paar benachbarter Zylinderbohrungen. Jede Führungsstange ist gleitend zwischen einem Paar benachbarter Arme gehalten, die sich vom zu­ gehörigen Paar benachbarter Kolben erstrecken. Dieser Aufbau be­ grenzt die Drehung jedes Kolbens. Ferner werden seitliche Kräf­ te, die auf jeden Kolben aufgebracht werden, durch die Arme übertragen und von den Führungsstangen aufgenommen, um ein Kip­ pen des Kolbens zu verhindern.

Jedoch erhöhen die Führungsstangen, die eingesetzt werden, um die Drehung der Kolben zu begrenzen, die Anzahl von Komponenten und Zusammenbauschritten. Dies erhöht die Produktionskosten des Verdichters. In der japanischen ungeprüften Gebrauchsmusterver­ öffentlichung Nr. 6-25573 ist ein Verdichter beschrieben, bei dem solche Führungsstangen nicht erforderlich sind. Bei diesem Verdichter werden Schrauben, die verwendet werden, um Gehäuse­ teile zusammenzuschrauben, zwischen jedem benachbarten Paar Kol­ ben erstreckt, um als Führungsstangen zu dienen. In dieser Ver­ öffentlichung ist lediglich erwähnt, daß die Rotation jedes Kol­ bens durch den Eingriff zwischen den Schrauben und den Armen der Kolben begrenzt ist. Jedoch ist anzunehmen, daß das seitliche Moment, das auf jeden Kolben aufgebracht wird, auf die gleiche Weise wie in der vorgenannten Veröffentlichung von den Schrauben über die Arme aufgenommen wird.

Wenn die Schrauben durch die Gehäuseelemente eingeführt werden, um das Gehäuse zusammenzubauen, passiert das Gewinde am entfern­ ten Ende jeder Schraube den zugehörigen Kolben. Somit kann das Gewinde den Kolben berühren und beschädigen. Ein Beschädigung des Kolbens beeinträchtigt die Leistung des Verdichters. Ferner können Späne abgehobelt werden, wenn der Kolben durch das Schraubengewinde beschädigt wird. Wenn solche Späne im Gehäuse verbleiben, können sich die Späne zwischen Komponenten verfangen und die Leistung des Verdichters nachteilig beeinflussen.

Ferner wird die Schraube durch die gegenüberliegenden Nuten be­ nachbarter Kolbenarme hindurch geführt, wenn jede Schraube durch die Gehäuseelemente eingeführt wird. Folglich kann das Schrau­ bengewinde die Armnuten beschädigen. Eine Beschädigung der Armnu­ ten beeinträchtigt die Maßgenauigkeit am Eingriffsabschnitt zwi­ schen der Armnut und der Schraube. Im Ergebnis bewirken die Ro­ tation der Kolben in ihren Zylinderbohrungen und das auf jeden Kolben aufgebrachte seitliche Moment, daß die Schrauben gegen die Wände der Armnuten schlagen. Dies erzeugt Geräusche.

Aus der JP 08177733 A ist ein Kolbenverdichter bekannt, bei dem ein Kolben mittels einer schwalbenschwanzförmigen Führung gegen Kippen oder Verdrehen gesichert ist.

Das Dokument EP 0 698 735 A2 zeigt einen Kolbenverdichter, bei dem ein Kippen oder Verdrehen des Kolbens, wie beim Anmeldungs­ gegenstand, durch Führung des Kolbens an einer Wand des Verdich­ tergehäuses vermieden wird. Diese Führung kann in der aus den Figuren des Dokuments leicht ersichtlichen Weise gestaltet sein.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Kolbenverdichter zu schaffen, dessen Kolben wirkungsvoll gegen Kippen gesichert sind, um auch bei hoher Belastung des Verdichters problemlos ei­ ne hohe Lebensdauer zu erreichen.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Der Kolben des Kolbenverdichters ist mit einem schwalbenschwanz­ förmigen Führungselement versehen, das in einer korrespondieren­ den schwalbenschwanzförmigen Führung in einer Wand des Verdich­ tergehäuses läuft, wobei die Bodenfläche der schwalbenschwanz­ förmigen Führung mit einem Vorsprung versehen ist, der mit der gegenüberliegenden Fläche des Führungselements in Anlage ist.

Mittels dieser Konstruktion wird es möglich, Führungskräfte in zwei Achsen auf den Kolben zu übertragen. Der Kolben kann somit effektiv gegen Kipp- bzw. Drehmomente, die am Kolben aufgrund des Betriebes des Verdichters entstehen, gesichert werden. Durch den auch im Anspruchswortlaut genannten Vorsprung 61b, der mit der gegenüberliegenden Fläche 62b des Führungselements in Anlage ist, kann insbesondere das in Fig. 4 der Anmeldeunterlagen dar­ gestellte und im zugehörigen Beschreibungstext beschriebene Drehmoment M4 wirkungsvoll aufgenommen werden. Dadurch, daß nicht der gesamte Grund der schwalbenschwanzförmigen Führung, sondern lediglich ein Vorsprung als Kontaktfläche genutzt wird, ergibt sich ein relativ geringer Reibungswiderstand.

Weiterhin hat diese Konstruktion den Vorteil, daß bei Bearbei­ tung der Führungsfläche nur eine relativ geringe Fläche zu bear­ beiten ist, die darüber hinaus durch geeignete Werkzeuge relativ einfach zu bearbeiten ist. Die beschriebene Führung kann somit relativ kostengünstig hergestellt werden.

Kurzbeschreibung der Zeichnungen

Die Erfindung wird nachfolgend anhand bevorzugter Ausführungs­ beispiele unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine Querschnittansicht, die ein erstes Ausführungsbei­ spiel eines Kolbenverdichters gemäß der Erfindung zeigt;

Fig. 2 eine Schnittansicht längs der Linie 2-2 in Fig. 1;

Fig. 3 eine Schnittansicht längs der Linie 3-3 in Fig. 2, wobei der Kolben zwischen seinem oberen Totpunkt und seinem unteren Totpunkt angeordnet ist;

Fig. 4 eine vergrößerte Schnittdarstellung, die den Kolben in einer Anordnung nahe dem oberen Totpunkt zeigt; und

Fig. 5 eine Schnittansicht eines Kolbens, der in einem zweiten Ausführungsbeipiel eines erfindungsgemäßen Kolbenverdichters verwendet wird.

Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele

Ein erstes Ausführungsbeispiel eines Einkopfkolbenverdichters gemäß der Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf Fig. 1 bis 4 beschrieben. Der Verdichter hat eine veränderliche Verdrängung und wird in einem Klimaanlagensystem eines Fahrzeugs eingesetzt.

Wie in Fig. 1 gezeigt ist, ist ein vorderes Gehäuse 11 am vorde­ ren Ende eines Zylinderblocks 12 angebracht. Ein hinteres Gehäu­ se 13 ist mit dem hinteren Ende eines Zylinderblocks 12 verbun­ den, wobei eine Ventilplatte 14 dazwischen angeordnet ist. Eine Kurbelkammer 15 ist in dem vorderen Gehäuse 11 vor dem Zylinder­ block 12 begrenzt. Das vordere Gehäuse 11, der Zylinderblock 12 und das hinter Gehäuse 13 bilden ein Gehäuse des Verdichters.

Eine Antriebswelle 16 erstreckt sich durch die Kurbelkammer 15 zwischen dem vorderen Gehäuse 11 und dem Zylinderblock 12. Ein Paar radialer Lager 17 stützt die Antriebswelle 16 drehbar ab. Die Antriebswelle 16 ist durch einen Kupplungsmechanismus, wie eine elektromagnetische Kupplung, mit einem Fahrzeugmotor (nicht gezeigt) wirkverbunden, der als externe Antriebsquelle dient. Wenn der Motor läuft, veranlaßt folglich ein Eingriff der elek­ tromagnetischen Kupplung, daß der Motor die Antriebswelle 16 dreht.

Eine Lippendichtung 18 ist zwischen dem vorderen Ende der An­ triebswelle 16 und dem vorderen Gehäuse 11 angeordnet, um ein Austreten von Kühlmittelgas aus der Kurbelkammer 15 zu verhin­ dern.

Ein Rotor 19 ist an der Antriebswelle 16 in der Kurbelkammer 15 befestigt. Eine Taumelscheibe 21 ist an der Antriebswelle 16 in der Kurbelkammer 15 angebracht. Die Taumelscheibe 21 ist derart gehalten, daß sie längs der Antriebswelle verschiebbar und be­ züglich der Achse L der Antriebswelle neigbar ist. Ein Paar Arme 24 (nur einer gezeigt) steht von der hinteren Fläche des Rotors 19 vor. Jeder Arm 24 hat eine Führungsbohrung 24a. Die Taumel­ scheibe 21 hat ein Paar Führungsstifte 25 (nur einer gezeigt), die von der vorderen Fläche der Taumelscheibe 21 vorstehen. Eine Führungswölbung 25a ist am entfernten Ende jedes Führungsstifts 25 vorgesehen und in die Führungsbohrung 24a des gegenüberlie­ genden Arms 24 gleitend eingesetzt.

Das Zusammenwirken zwischen den Haltearmen 24 und den Führungs­ wölbungen 25a führt die Bewegung der Taumelscheibe 21 längs der Achse L der Antriebswelle 16 und die Neigung der Taumelscheibe 21 bezüglich der Antriebswelle 16. Das Zusammenwirken dreht fer­ ner die Taumelscheibe 21 zusammen mit der Antriebswelle 16. Wenn sich die Taumelscheibe 21 zur Rückseite (in Richtung auf den Zy­ linderblock 12) bewegt, nimmt die Neigung der Taumelscheibe 21 bezüglich einer zur Achse L der Antriebswelle 16 senkrechten Ebene ab.

Ein ringförmiger Anschlag 27a ist auf der Antriebswelle 16 nahe des Zylinderblocks 12 angebracht. Die minimale Neigungsstellung der Taumelscheibe 21 ist durch die Anlage der Taumelscheibe 21 gegen den Anschlag 27 bestimmt und begrenzt. Ein Vorsprung 28 steht einstückig von der Vorderseite der Taumelscheibe 21 vor. Die maximale Neigungsstellung der Taumelscheibe 21 ist durch die Anlage des Vorsprungs 28 gegen den Rotor 19 bestimmt und be­ grenzt.

Zylinderbohrungen 31 (nur eine gezeigt) erstrecken sich durch den Zylinderblock 12 um die Antriebswelle 16. Ein Einkopfkolben 32 ist in jeder Zylinderbohrung 31 aufgenommen. Jeder Kolben 32 hat einen Kopf 33, der in der zugehörigen Zylinderbohrung 31 ge­ halten ist, hat eine Kolbenstange 35, die sich vom Kopf 33 zur Kurbelkammer 15 hin erstreckt und hat einen Rand 34, der mit der Kolbenstange 35 verbunden ist. Ein ringförmiger Raum 32a ist um die Kolbenstange 35 vorgesehen, und erstreckt sich längs der Achse P des Kolbens 32. Folglich berührt bei dem Kolben 32 nur die Umfangsfläche 33a des Kopfs 33 die Wandung der zugehörigen Zylinderbohrung 31.

Der Rand 34 hat einen Schlitz 34a, der der Taumelscheibe 21 zu­ gewandt ist. Ein konkaver Schuhsitz 34b ist in jeder der einan­ der gegenüberliegenden Wände des Schlitzes 34a ausgebildet. Je­ der Schuhsitz 34b nimmt den halbkugelförmigen Abschnitt eines Gleitschuhs 36 gleitend auf. Der Umfang der Taumelscheibe 21 ist in den Schlitz 34a jedes Kolbens 32 eingesetzt und gleitend zwi­ schen den flachen Abschnitten des zugehörigen Paars Schuhe 36 gehalten. Die Drehung der Antriebswelle 16 wird mittels der Tau­ melscheibe 21 und den Gleitschuhen 36 in eine lineare Hin- und Herbewegung der Kolben 32 umgewandelt.

Eine Ansaugkammer 38 und eine Ausschubkammer 39 sind in dem hin­ teren Gehäuse 13 ausgebildet. In der Ventilplatte 14 ist ein An­ sauganschluß 40, eine Ansaugklappe 41, ein Ausschubanschluß 42 und eine Ausschubklappe 43 für jede Zylinderbohrung 31 vorgese­ hen. Wenn jeder Kolben 32 während des Ansaughubs von seinem obe­ ren Totpunkt zu seinem unteren Totpunkt bewegt wird, wird das Kühlmittelgas in der Ansaugkammer 38 in den zugehörigen An­ sauganschluß 40 gesaugt. Das Kühlmittelgas öffnet dann die An­ saugklappe 41 und tritt in die Zylinderbohrung 31 ein. Wenn je­ der Kolben 32 während des Verdichtungshubs von dem unteren Tot­ punkt zu dem oberen Totpunkt bewegt wird, wird das Kühlmittelgas in der Zylinderbohrung 31 verdichtet. Das verdichtete Gas tritt in den zugehörigen Ausschubanschluß 42 ein und öffnet die Aus­ schubklappe 43, um in die Ausschubkammer 39 ausgeschoben zu wer­ den. Die Öffnung jeder Ausschubklappe 43 ist durch einen Be­ grenzer 44 begrenzt, der zwischen der Ventilplatte 14 und dem hinteren Gehäuse 13 angeordnet ist.

Ein Rückstoßlager 45 ist zwischen dem Rotor 19 und der vorderen Wand des vorderen Gehäuses 11 angeordnet. Das vordere Gehäuse 11 empfängt die Reaktionskraft, die auf jeden Kolben 32 während der Verdichtung des Gases wirkt, durch die Taumelscheibe 21, den Ro­ tor 19 und das Rückstoßlager 45.

Ein Druckentlastungsdurchlaß 47 verbindet die Kurbelkammer 15 mit der Ansaugkammer 38. Der Druckentlastungsdurchlaß enthält eine Leitung 47a, die sich durch die Mitte der Antriebswelle 16 erstreckt und eine Öffnung 47b, die sich durch die Mitte des Zy­ linderblocks 12 und die Ventilplatte 14 erstreckt. Ein Verdich­ tungsdurchlaß 48 erstreckt sich durch den Zylinderblock 12, die Ventilplatte 14 und das hintere Gehäuse 13, um die Ausschubkam­ mer 39 mit der Kurbelkammer 15 zu verbinden. Ein Steuerventil 49 ist in dem hinteren Gehäuse 13 angebracht, um den Verdichtungs­ durchlaß 48 zu steuern.

Das Steuerventil 49 hat eine Ventilkammer 50, die in dem Ver­ dichtungsdurchlaß 48 angeordnet ist. Eine Ventilbohrung 51 ist mit der Ventilkammer 50 verbunden. Ein Ventilkörper 52, der sich auf die Ventilbohrung 51 zu und davon weg bewegt, ist in der Ventilkammer 50 angeordnet. Eine Membrankammer 53 ist in Über­ einstimmung mit der Ventilkammer 50 durch eine Stangenführung 54 begrenzt. Eine Membran 55 unterteilt die Membrankammer 53 in ei­ ne Druckfühlkammer 56 und eine Atmosphärenkammer 57, die mit der Atmosphäre verbunden ist. Eine Stange 58 ist von der Stangenfüh­ rung 54 gleitend geführt. Die Stange 58 verbindet den Ventilkör­ per 52 und die Membran 55. Ein Druckverbindungsdurchlaß 59 ver­ bindet die Ansaugkammer 38 und die Druckfühlkammer 56. Das Kühl­ mittelgas in der Ansaugkammer 38 ist durch den Verbindungsdurch­ laß 59 mit der Druckfühlkammer 56 verbunden. Die Membran 55 be­ wegt den Ventilkörper 52 in Übereinstimmung mit dem Druck in der Ansaugkammer 38 (Ansaugdruck), der der Druckfühlkammer 56 zuge­ führt wird. Dies stellt die von dem Ventilkörper 52 freigegebene Fläche der Ventilbohrung 51, bzw. die offene Fläche des Verdich­ tungsdurchlasses 48 ein. Die Menge an Kühlmittelgas, die in die Kurbelkammer 15 von der Ausschubkammer 39 durch den Verdich­ tungsdurchlaß 48 fließt, wird durch das Steuerventil 49 regu­ liert. Dies stellt den Druck in der Kurbelkammer 15 ein. Verän­ derungen des Drucks in der Kurbelkammer 15 verändern die Diffe­ renz zwischen dem Druck in der Kurbelkammer 15, der auf die Rückseite des Kolbens 32 (nach links in Fig. 1) wirkt, und dem Druck in den Zylinderbohrungen 31, der auf die Vorderseite der Kolben 32 (nach rechts in Fig. 1) wirkt. Die Neigung der Taumel­ scheibe 21 wird in Übereinstimmung mit dieser Druckdifferenz verändert. Die Einstellung der Neigung der Taumelscheibe 21 ver­ ändert den Hub der Kolben 32 und stellt die Verdrängung des Ver­ dichters ein.

Wenn eine hohe Kühllast auf den Verdichter aufgebracht wird, wirkt der hohe Druck in der Ansaugkammer 38 auf die Membran 55 und veranlaßt den Ventilkörper 52 die offene Fläche der Ventil­ bohrung 51 zu vermindern. Dies vermindert die Menge hochbedruck­ ten Kühlmittelgases, die der Kurbelkammer 15 von der Ausschub­ kammer 39 zugeführt wird. Das Kühlmittelgas in der Kurbelkammer 15 fließt durch den Druckentlastungsdurchlaß 47 zur Ansaugkammer 38. Dies vermindert den Druck in der Kurbelkammer 15 und erhöht die Neigung der Taumelscheibe 21. Somit wird der Hub der Kolben 32 vergrößert. Im Ergebnis wird die Verdrängung des Verdichters groß.

Wenn die auf den Verdichter aufgebrachte Kühllast kleiner wird, nimmt der Druck in der Ansaugkammer 38 ab. Dies veranlaßt den Ventilkörper 52 die von dem Ventilkörper 52 freigegebene Fläche der Ventilbohrung 51 zu vergrößern. Somit wird mehr hochbedruck­ tes Kühlmittelgas in der Ausschubkammer 39 durch den Verdich­ tungsdurchlaß 48 in die Kurbelkammer 15 verbracht. Dies erhöht den Druck in der Kurbelkammer 15 und vermindert die Neigung der Taumelscheibe 21. Somit wird der Hub der Kolben 32 verkürzt. Auf diese Weise verändert das Steuerventil 49 die Neigung der Tau­ melscheibe 21 und steuert die Verdrängung des Verdichters, um den Ansaugdruck auf einem vorbestimmten Wert zu halten.

Der Aufbau zur Begrenzung der Drehung und des Kippens jedes Kol­ bens 32 wird nun beschrieben.

Wie in Fig. 1 und 2 gezeigt ist, ist für jeden Kolben 32 in der Innenwand des vorderen Gehäuses 11 eine schwalbenschwanzförmige Führung 61 vorgesehen. Jede Keilnut erstreckt sich längs des Be­ wegungsbereichs des Rands 34 des zugehörigen Kolbens 32 in Axialrichtung des Kolbens 32. Ein schwalbenschwanzförmiges Füh­ rungselement 62, das einstückig mit dem Rand 34 jedes Kolbens 32 ausgebildet ist, liegt der Wandung des vorderen Gehäuses 11 ge­ genüber. Das Führungselement 62 wird in die zugehörige Führung 61 eingesetzt, wenn der Kolben in der zugehörigen Zylinderboh­ rung 31 angeordnet wird. Entsprechend wird das Führungselement 62 in der Führung 61 während der Hin- und Herbewegung des Kolbens 32 geführt.

In jeder Führung 61 ist jede der beiden Seitenflächen eine seit­ liche Aufnahmefläche 61a. Der Abstand zwischen den seitlichen Aufnahmeflächen 61a wird zur Öffnung der Führung 61 hin kleiner. Eine seitliche Kontaktfläche 62a ist auf jeder Seite des Füh­ rungselements 62 vorgesehen. Jede seitliche Kontaktfläche 62a ist zur zugehörigen seitlichen Aufnahmefläche 61a parallel. Wenn das Führungselement 62 in die zugehörige Führung 61 eingesetzt wird, berührt jede seitliche Kontaktfläche 62a die zugehörige seitliche Aufnahmefläche 61a.

Ein zentraler Vorsprung 61b, der eine zentrale Aufnahmefläche bildet, erstreckt sich längs der unteren Mittelfläche der Füh­ rung 61. Eine zentrale Kontaktfläche 62b ist an dem Führungsele­ ment 62 ausgebildet und erstreckt sich parallel zum Vorsprung bzw. zur zentralen Aufnahmefläche 61b der zugehörigen Führung 61. Wenn das Führungselement 62 in die Führung 61 eingesetzt ist, berührt die zentrale Kontaktfläche 62b den zugehörigen zen­ tralen Vorsprung 61b. Wie in dem vergrößerten Kreis von Fig. 2 gezeigt ist, ist eine Beschichtung 63, die im wesentlichen aus Polytetrafluorethylen (PTFE) besteht, auf die seitlichen Kon­ taktflächen 62a und die gegenüberliegende zentrale Kontaktfläche 62b aufgebracht.

Die Führung 61 begrenzt die Bewegung jedes Führungselements 62. Das Führungselement 62 bewegt sich nur in Längsrichtung der Füh­ rung 61. Ferner fällt das Führungselement 62 nicht aus der Füh­ rung heraus oder wird lose.

Gleitschuhe 36 gleiten bezüglich der Taumelscheibe 21 und der Kolben 32. Dies würde jeden Kolben 32 um seine Achse P drehen. Jedoch begrenzt der Kontakt zwischen der seitlichen Aufnahme­ fläche 61a, der Führung 61 und der seitlichen Kontaktfläche 62a des zugehörigen Führungselements 62 die Drehung des Kolbens 32. Eine Begrenzung der Drehung des Kolbens 32 hindert den Rand 34 des Kolbens 32 daran, gegen die Taumelscheibe 21 zu schlagen. Dies verhindert Vibrationen und Geräusche, die hervorgerufen würden, wenn der Rand 34 gegen die Taumelscheibe 21 schlägt.

Fig. 3 zeigt den Kolben 32, der in einer Position zwischen dem oberen Totpunkt und dem unteren Totpunkt angeordnet ist. In der Zeichnung bezeichnet die Richtung R die Drehrichtung der Taumel­ scheibe 21. Eine Drehung der Taumelscheibe 21 in Richtung R von dem mit ausgezogenen Linien in Fig. 3 gezeigten Zustand bewegt den Kolben 32 zum unteren Totpunkt bzw. nach links in Fig. 3. Wenn die Taumelscheibe 21 rotiert, dreht und gleitet das zugehö­ rige Paar von Gleitschuhen 36, die die Taumelscheibe 21 dazwi­ schen halten, in den zugehörigen Schuhsitzen 34b. Die Pfeile S1 zeigen die Gleitrichtung der Gleitschuhe 36. Das Gleiten jedes Gleitschuhs 36 in dem zugehörigen Schuhsitz 34b erzeugt einen Gleitwiderstand zwischen dem Gleitschuh 36 und dem Schuhsitz 34b. Der Gleitwiderstand führt zum Aufbringen eines Moments M1 auf den Kolben 32. Das Moment M1 neigt dazu, den Kolben 32 um den Mittelpunkt O, der zwischen den beiden Gleitschuhen 36 ange­ ordnet ist, zu kippen und zu drehen. Jedoch wird, wie in Fig. 2 gezeigt ist, das Moment M1, das auf den Kolben 32 aufgebracht wird, von der seitlichen Aufnahmefläche 61a der Führung 61 durch die seitliche Kontaktfläche 62a des Führungselements 62 aufge­ nommen.

Eine Drehung der Taumelscheibe 21 in Richtung R ausgehend vom Zustand, der in Fig. 3 mit strichpunktierter Linie gezeigt ist, bewegt den Kolben 32 in Richtung auf den oberen Totpunkt. Das zugehörige Paar Gleitschuhe 36, das die Taumelscheibe 21 hält, rotiert und gleitet in den zugehörigen Schuhsitzen 34b. Die Pfeile S2 zeigen die Gleitrichtung der Gleitschuhe 36. Die Glei­ trichtung S2 ist zur Gleitrichtung S1 der Gleitschuhe 36 entge­ gengesetzt, wenn der Kolben 32 sich zum unteren Totpunkt bewegt. Im Ergebnis wird ein Moment M2 auf den Kolben 32 aufgebracht. Das Moment M2 wirkt in einer Richtung entgegengesetzt dem Moment M1. Jedoch wird, auf die gleiche Weise wie das Moment M1, das Moment M2 von der seitlichen Aufnahmefläche 61a der Führung 61 durch die seitliche Kontaktfläche 62a des Führungselements 62 aufgenommen.

Wenn der Kolben 32 in der Nähe des oberen Totpunkts ist, wie in Fig. 4 mit ausgezogenen Linien gezeigt ist, wird die auf den Kolben 32 wirkende Kompressions-Reaktionskraft maximal. Die ma­ ximale Kompressions-Reaktionskraft wird auf die Taumelscheibe 21 aufgebracht. Entsprechend empfängt der Kolben 32 eine Reaktions­ kraft von der geneigten Taumelscheibe 21, die der Kompressions- Reaktionskraft entspricht. Ein Teil dieser Reaktionskraft er­ zeugt ein Moment M3. Das Moment M3 neigt dazu, den Rand 34 des Kolbens 32 zur Achse L der Antriebswelle 16 zu kippen. Auf die gleiche Weise wie die Momente M1 und M2 wirkt das Moment M3 um den Mittelpunkt O. Die Richtung des Aufbringens des Moments M3 ist um 90° zur Aufbringungsrichtung der Momente M1 und M2 bezüg­ lich der Achse P des Kolbens 32 versetzt. Jedoch wird das Moment M3 durch die seitlichen und zentralen Aufnahmeflächen 61a, 61b der Führung 61 durch die zugehörigen seitlichen und zentralen Kontaktflächen 62a, 62b des Führungselements 62 aufgenommen.

Wenn der Kolben 32 vom Ansaughub in den Kompressionshub übergeht und in der Nähe des unteren Totpunkts angeordnet ist, wie in Fig. 4 mit strichpunktierter Linie gezeigt ist, wird die auf den Kolben 32 wirkende Trägheitskraft maximal. Die auf den Kolben 32 wirkende Trägheitskraft wird auf die Taumelscheibe 21 aufge­ bracht. Entsprechend empfängt der Kolben 32 eine der Trägheits­ kraft von der geneigten Taumelscheibe 21 entsprechende Reakti­ onskraft. Ein Teil dieser Reaktionskraft erzeugt ein Moment M4. Das Moment M4 wirkt in einer Richtung entgegengesetzt zum Moment M3. Jedoch wird, auf die gleiche Weise wie das Moment M3, das Moment M4, das auf den Kolben 32 wirkt, durch die seitlichen und zentralen Aufnahmeflächen 61a, 61b der Führung 61 durch die zu­ gehörigen seitlichen und zentralen Kontaktflächen 62a, 62b des Führungselements 62 aufgenommen.

Wie oben beschrieben, werden, wenn der Kolben 32 sich zwischen dem oberen und unteren Totpunkt bewegt, die auf den Kolben 32 in verschiedenen Richtungen wirkenden Momente gezielt durch die seitlichen und/oder zentralen Aufnahmeflächen 61a, 61b der Füh­ rung 61 mittels der zugehörigen seitlichen und/oder zentralen Kontaktflächen 62a, 62b des Führungselements 62 aufgenommen. In anderen Worten, das Nettomoment dieser Momente wird gezielt durch die seitlichen und/oder zentralen Aufnahmeflächen 61a, 61b aufgenommen. Entsprechend verhindert dieser Aufbau, daß auf den Kolben 32 in seitlichen Richtungen (Richtungen senkrecht zur Be­ wegungsrichtung des Kolbens 32) aufgebrachte Momente, den Kopf 33 des Kolbens 32 gegen die Wandung der zugehörigen Zylinderboh­ rung 31 zu drücken. Dies verhindert einen Spannungsabrieb des Kolbens 32 und/oder der Zylinderbohrung 31 und hält eine wirksa­ me Dichtung zwischen dem Kolben 32 und der Zylinderbohrung 31 aufrecht.

Die nachfolgend beschriebenen Vorteile werden bei diesem Ausfüh­ rungsbeispiel erhalten.

Die Führungen 61 sind in der Wand des vorderen Gehäuses 11 vor­ gesehen, während die entsprechenden Führungselemente 62, die in die Führungen 61 eingesetzt sind, an den Rändern 34 der Kolben 32 angeordnet sind. Die entsprechenden Führungen 61 und Führung­ selemente 62 bilden einen Aufbau zur Begrenzung der Drehung und des Kippens des zugehörigen Kolbens 32. Der Aufbau stabilisiert die Hin- und Herbewegung der Kolben 32 und verbessert die Lei­ stung des Verdichters. Folglich vermeidet das bevorzugte und ge­ schilderte Ausführungsbeipiel die Nachteile des in der japani­ schen ungeprüften Gebrauchsmusterveröffentlichung Nr. 6-25573 beschriebenen Verdichters, nämlich daß die Schrauben 20, die verwendet werden, um das Verdichtergehäuse zu verbinden (vorderes Gehäuse 11, Zylinderblock 12, hinteres Gehäuse 13), nicht verwendet werden, um die Drehung und das Kippen der Kolben 32 zu begrenzen. Entsprechend passieren die Schrauben 20 nicht die Kolben 32, wenn sie in das Gehäuse eingesetzt werden. Dies hindert die Gewinde an den entfernten Enden der Schrauben 20 an der Beschädigung der Kolben 32, wenn das Gehäuse zusammengebaut wird. Weil die Kolben 32 nicht beschädigt werden, wird eine Ver­ schlechterung der Leistung des Verdichters verhindert.

Der Eingriff zwischen den Führungen 61 in dem vorderen Gehäuse 11 und den zugehörigen Führungselementen 62 der Kolben 32 emp­ fängt gezielt die seitlich gerichteten Momente M1, M2, M3 und M4, die auf die Kolben 32 wirken. Folglich werden die Momente M1, M2, M3 und M4 nicht von den Wänden der zugehörigen Zylinder­ bohrungen 31 aufgenommen. Dies vermindert die Fläche des Kopfes 33 jedes Kolbens 32, die die Wandung der zugehörigen Zylinder­ bohrung 31 berühren muß. Insbesondere kann die axiale Länge des Kopfs 33 reduziert werden, solange eine wirksame Dichtung zwi­ schen dem Kolben 32 und der Wand der Zylinderbohrung 31 vorhan­ den ist.

Dieser Aufbau führt zu einem ringförmigen Raum 32a, der zwischen dem Kopf 33 und dem Rand 34 ausgebildet ist, und signifikant das Gewicht des Kolbens 32 vermindert. Die auf den Kolben 32 wirken­ de Trägheitskraft wird somit minimiert. Dies wiederum vermindert die Größenordnung der seitlichen Momente, die sich aus der Träg­ heitskraft ergeben, wodurch die reziprokierende Bewegung des Kolbens 32 weiter stabilisiert wird. Die auf den Kolben 32 auf­ gebrachte große Trägheitskraft, wenn der Kolben 32 in der Nähe des unteren Totpunkts ist, wirkt in einer Richtung, die die Nei­ gung der Taumelscheibe 21 vergrößert. Folglich vermindert eine kleinere auf den Kolben 32 aufgebrachte Trägheitskraft den Ein­ fluß der Trägheitskraft auf die Taumelscheibe 21 bei der Ein­ stellung der Neigung der Taumelscheibe. Folglich stabilisiert der in dem bevorzugten und beschriebenen Ausführungsbeipiels verwendete leichtgewichtigere Kolben 32 die Steuerung der Ver­ drängung des Verdichters.

Die auf die Fläche jeder Führung 62 aufgebrachte Beschichtung 63 verbessert die Abriebbeständigkeitseigenschaften des Führungse­ lements 62 und vermindert den Gleitwiderstand zwischen dem Füh­ rungselement 62 und der zugehörigen Führung 61. Folglich ist ei­ ne sanfte Hin- und Herbewegung des zugehörigen Kolbens 32 über einen langen Zeitraum sichergestellt.

Die Führungen 61 sind in der Wand des vorderen Gehäuses 11 aus­ gebildet, während die Führungselemente 62 einstückig an den Rän­ dern 34 der Kolben 32 ausgebildet sind. Folglich erhöht der Auf­ bau zur Begrenzung der Drehung und des Kippens der Kolben 32 im bevorzugten und beschriebenen Ausführungsbeispiel nicht die An­ zahl Komponenten im Verdichter.

Ein in einem zweiten Ausführungsbeispiel eines Verdichters gemäß der vorliegenden Erfindung verwendeter Kolben wird nun unter Be­ zugnahme auf Fig. 5 beschrieben. Teile, die den entsprechenden Teilen in dem ersten Ausführungsbeispiel gleichen oder gleich sind, sind mit den gleichen Bezugszeichen versehen.

Im ersten Ausführungsbeispiel ist eine zufriedenstellende Ab­ dichtung zwischen dem Kolben 32 und der Zylinderbohrung 31 si­ chergestellt, indem eine minimale axiale Länge der Umfangsfläche 33a des Kopfs 33 vorgesehen ist. In diesem weiteren Ausführungs­ beispiel ist ein ringförmiger Kolbenring 65 in eine Ringnut ein­ gesetzt, die sich längs der Umfangsfläche 33a des Kopfs 33 er­ streckt. Der Kolbenring 65 ist in radialer Richtung elastisch. Somit dichtet der Kolbenring 65 den Raum zwischen dem Kolben 32 und der Zylinderbohrung 31 ab, wenn er federnd gegen die Wandung der Zylinderbohrung 31 gepreßt wird. Dies ermöglicht es, die axiale Länge der Umfangsfläche 33a des Kopfs 33, die nicht als eine Dichtung wirkt, auf eine Größe zu minimieren, die gerade lang genug ist, um den Kolbenring 65 zu halten. Im Ergebnis wird die axiale Länge des Kopfs 33 verglichen mit der des ersten Aus­ führungsbeispiels verkürzt. Dies reduziert weiterhin das Gewicht des Kolbens 32.

Die in den Fig. 1 und 2 gezeigte Beschichtung 63 der Führung ist aus PTFE-Material. Diese kann jedoch auch aus Silizium-Molibdän, Silizium oder Molibdän mit Graphit gemischt werden, um das Hauptmaterial der Beschichtung 63 zu bilden.

Claims (6)

1. Kolbenverdichter mit einem Kolben (32), der in einer Zylinderbohrung (31) läuft und von einer Antriebs­ einrichtung (21) angetrieben wird, die in einer in einem Gehäuse (11, 12) ausgebildeten Kurbelkammer (15) vorgesehen ist, wobei der Kolben (32) mit einem schwalbenschwanzför­ migen Führungselement (62) versehen ist, das in einer korrespondierenden schwalbenschwanzförmigen Führung (61) in einer Wand des Gehäuses (11, 12) läuft, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Bodenfläche der schwalbenschwanzförmigen Führung (61) mit einem Vorsprung (61b) versehen ist, der mit der gegenüberliegenden Fläche (62b) des Führungsele­ ments (62) in Anlage ist.

2. Kolbenverdichter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das schwalbenschwanzförmige Führungselement (62) einen Querschnitt aufweist, der mit dem Querschnitt der schwalbenschwanzförmigen Führung (61) übereinstimmt.

3. Kolbenverdichter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine Beschichtung (63) auf die Führung (61) und/oder das Führungselement (62) aufgebracht ist, die den Gleitwiderstand zwischen der Führung (61) und dem Führungselement (62) vermindert.

4. Kolbenverdichter nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Kopf (33) des Kolbens (32) einen Kolbenring (65) aufweist, der stets die Oberfläche der Zylinderbohrung (31) berührt.

5. Kolbenverdichter nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebseinrichtung eine Taumelscheibe (21) aufweist, die kippbar an einer Antriebswelle (16) gelagert ist, wobei die Neigung der Taumelscheibe (21) in Übereinstimmung mit der Differenz zwischen dem Druck in der Kurbelkammer (15) und dem Druck in der Zylinderbohrung (31) variiert, wobei der Kolben (32) sich um einen Hub bewegt, der durch die Neigung der Taumelscheibe (21) vorgegeben wird.

6. Kolbenverdichter nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß am hinteren Ende des Kolbens (32) Gleitschuhe (36) vorgesehen sind, um die Taumelscheibe (21) gelenkig aufzunehmen.