DE19954863A1 - Piston machine, especially compressor - Google Patents
Piston machine, especially compressorInfo
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Abstract
Bei einer Kolbenmaschine mit mindestens einem Kolben (32), einer Antriebswelle (10) und einem Koppelmechanismus (18, 28; 36, 38, 40, 42), der den Kolben mit der Antriebswelle verbindet, sollen die Anforderungen an die erforderliche Schmierung gesenkt werden. Zu diesem Zweck ist vorgesehen, daß der Koppelmechanismus wenigstens teilweise aus Kunststoff besteht.In the case of a piston machine with at least one piston (32), a drive shaft (10) and a coupling mechanism (18, 28; 36, 38, 40, 42) that connects the piston to the drive shaft, the requirements for the required lubrication are to be reduced . For this purpose it is provided that the coupling mechanism consists at least partially of plastic.
Description
Die Erfindung betrifft Kolbenmaschinen mit mindestens einem Kolben, einer Antriebswelle und einem Koppelmechanismus, der den Kolben mit der An triebswelle verbindet.The invention relates to piston machines with at least one piston, one Drive shaft and a coupling mechanism that connects the piston with the An drive shaft connects.
Ein Beispiel für eine solche Kolbenmaschine ist ein Axialkolbenverdichter, wie er beispielsweise in der DE 197 03 216 A1 gezeigt ist. Er kann insbesondere als Kompressor in einem Kältemittelkreislauf einer Klimaanlage verwendet werden, beispielsweise für Kraftfahrzeuge. Der Kompressor dient dazu, ein Kältemittel aus einem Wärmeübertrager, in welchem es unter Wärmeaufnahme bei niedrigem Druck verdampft, anzusaugen und auf einen höheren Druck zu verdichten, bei dem das Kältemittelgas in einem weiteren Wärmeübertrager unter Wärmeabgabe verflüssigt und/oder abgekühlt wird.An example of such a piston machine is an axial piston compressor, such as it is shown for example in DE 197 03 216 A1. He can in particular used as a compressor in a refrigerant circuit of an air conditioning system be, for example for motor vehicles. The compressor serves one Refrigerant from a heat exchanger, in which it absorbs heat evaporates at low pressure, aspirate and to a higher pressure compress the refrigerant gas in a further heat exchanger is liquefied and / or cooled while releasing heat.
Solche Kompressoren sind in den unterschiedlichsten Bauarten bekannt; aus verschiedenen Gründen haben sich Axialkolbenverdichter durchgesetzt, die mit einer Schrägscheibe arbeiten. Bei dieser Bauart wird die axiale Bewegung der Kolben von einer Schrägscheibe erzeugt, deren Kippwinkel relativ zur An triebswelle gesteuert werden kann. Mit der Schrägscheibe sind zug- und druckfest die Kolben verbunden; da die Zylinder, in welchen die Kolben ver schiebbar sind, feststehend sind, während die Schrägscheibe angetrieben wird, sind als Koppelmechanismus zwischen der Schrägscheibe und den Kolben entweder Gleitsteine mit Gleitlagern vorgesehen, die an den Kolben ange bracht sind, oder eine Taumelscheibe mit Kolbenstangen, die in Gleitlagern an den Kolben angebracht sind. Wenn die Kolben direkt mit der Schrägscheibe verbunden sind, sind an jedem Kolben zwei halbkugelförmige Lager ausgebil det, in welchem die beiden Gleitsteine so angeordnet sind, daß sie auf der ei nen und der anderen Seite der Schrägscheibe auf einer Lauffläche angreifen. Wenn dagegen eine Taumelscheibe verwendet wird, ist diese relativ zur Schrägscheibe drehbar gelagert, so daß auf die Taumelscheibe nur die Schrägstellung der Schrägscheibe übertragen wird, nicht aber deren Drehbe wegung. Die Kolbenstangen sind sowohl an der Taumelscheibe als auch an den Kolben durch ein Kugelgelenk gelagert.Such compressors are known in a wide variety of designs; out For various reasons, axial piston compressors have become popular working on a swashplate. With this design, the axial movement of the Piston generated by a swashplate, the tilt angle relative to the An drive shaft can be controlled. With the swash plate are pull and pressure-tightly connected to the pistons; because the cylinders in which the pistons ver are slidable, are stationary while the swash plate is driven, are a coupling mechanism between the swash plate and the pistons either sliding blocks with plain bearings provided on the pistons are brought, or a swash plate with piston rods, which in plain bearings the pistons are attached. If the pistons directly with the swash plate are connected, two hemispherical bearings are formed on each piston det, in which the two sliding blocks are arranged so that they on the egg and the other side of the swashplate on a tread. On the other hand, if a swash plate is used, it is relative to the Swashplate rotatably mounted so that only the swashplate Tilting of the swashplate is transferred, but not the rotation movement. The piston rods are on the swash plate as well the piston is supported by a ball joint.
Nachteilig bei den bekannten Konstruktionen ist, daß es im Bereich der Gleit lager drehzahlabhängig zu hohen Reibverlusten kommt, da diese bei der Gleitlagerung proportional zur Drehzahl sind und im Bereich der Gleitlager re lativ hohe Reibkoeffizienten auftreten. Bei der Verwendung einer Taumelschei befinden im Bereich der Gleitlager nur vergleichsweise kleine Relativbewe gungen statt. Somit kann sich damit kein hydrodynamischer Schmierfilm aus bilden und es kommt zur Mangelschmierung. Gleichzeitig müssen, da die Schrägscheibe, die gegebenenfalls vorhandene Taumelscheibe, die Gleitstei ne, die Kolbenstangen und die Kolben aus Metall bestehen, während des Be triebs hohe Massenträgheitsmomente überwunden werden.A disadvantage of the known designs is that it is in the area of sliding bearing, depending on the speed, leads to high friction losses, as this Plain bearings are proportional to the speed and right in the plain bearings relatively high coefficients of friction occur. When using a wobble there are only comparatively small relative loads in the area of the plain bearings instead. This means that no hydrodynamic lubricating film can form form and there is insufficient lubrication. At the same time, since the Swashplate, the swashplate, if present, the sliding block ne, the piston rods and the pistons are made of metal during loading drive high moments of inertia to be overcome.
Eine Kolbenmaschine der eingangs genannten Art mit den Merkmalen des kennzeichnenden Teils des Patentanspruchs 1 bietet den Vorteil, daß die Schmierung der Gleitlager der Kolbenmaschine entweder vollständig überflüs sig ist oder wenigstens sehr viel einfacher bewerkstelligt werden kann. Die Verwendung von Kunststoff ermöglicht es nämlich entweder, die Gleitlager vollständig einzusparen, so daß keinerlei Schmierung mehr erforderlich ist, oder wenigstens solche Gleitlager vorzusehen, die entweder selbstschmierend sind oder mit Schmierstoffen mit geringer Viskosität geschmiert werden kön nen. Zusätzlich ergeben sich bei der erfindungsgemäßen Kolbenmaschine ver ringerte Massenkräfte, was zu einer verbesserten Laufruhe führt. Somit ergibt sich eine geringere Geräuschentwicklung, was den Komfort beispielsweise im Innenraum eines Fahrzeugs erhöht, das mit der Kolbenmaschine ausgestattet ist. Schließlich eröffnet die leichtere Formgebung von Kunststoff die Möglich keit, bisher getrennte Bauteile einstückig auszuführen, was zu einer verringer ten Teileanzahl und somit verringerten Herstellungs- und Montagekosten führt. Auch die Tatsache, daß keine spanende Bearbeitung mehr erforderlich ist, führt zu Kosten- und Materialeinsparungen und zu einer Verringerung des Ar beitsaufwandes.A piston machine of the type mentioned with the features of characterizing part of claim 1 offers the advantage that the Lubrication of the plain bearings of the piston machine either completely abundant sig or is at least much easier to do. The The use of plastic allows either the plain bearing to be completely saved so that no more lubrication is required, or at least provide such plain bearings that are either self-lubricating are or can be lubricated with low viscosity lubricants nen. In addition, the piston machine according to the invention results in ver reduced mass forces, which leads to improved smoothness. Thus it results there is less noise, which increases comfort, for example, in Interior of a vehicle that is equipped with the piston engine is. Finally, the lighter shape of plastic opens up the possibility speed, previously separate components in one piece, which leads to a reduction th number of parts and thus reduced manufacturing and assembly costs. Also the fact that no machining is required anymore leads to cost and material savings and a reduction in ar effort.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, daß die Kolbenmaschine ein Axialkolbenverdichter ist, der eine Schrägscheibe auf weist, die an der Antriebswelle schwenkbar angebracht ist, und daß der Kop pelmechanismus an der Schrägscheibe angreift. In diesem Fall können zur Schmierung, falls sie sich weiterhin als notwendig erweist, Kältemaschinenöle mit sehr geringer Viskosität verwendet werden. Solche Öle sind, das sie immer in kleinen Anteilen (z. B. 5-10%) mit dem Kältemittel vom Verdichter in den Kältemittel-Kreislauf gelangen, vorteilhaft, da sie die Wärmeübergangsbedin gungen in den Wärmetauschern sehr viel weniger negativ beeinflussen als die bisher verwendeten Kältemaschinenöle.According to a preferred embodiment of the invention it is provided that the piston machine is an axial piston compressor that has a swash plate points, which is pivotally mounted on the drive shaft, and that the Kop fur mechanism on the swashplate. In this case, you can Lubrication, if it still proves necessary, refrigeration machine oils can be used with very low viscosity. Such oils are they always are in small proportions (e.g. 5-10%) with the refrigerant from the compressor to the Refrigerant cycle get advantageous because they affect the heat transfer influences in the heat exchangers much less negatively than that previously used refrigerator oils.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, daß der Koppelmechanismus ein mit dem Kolben verbundenes Kugelgelenk auf weist, das die Schrägscheibe umgreift, wobei das Kugelgelenk zwei Gleitsteine aufweist, die auf der einen und der anderen Seite der Schrägscheibe anliegen, sich jeweils in einer Gelenkschale des Kugelgelenks abstützen und aus Kunststoff bestehen. Diese Ausgestaltung ist vorteilhaft hinsichtlich der Schmierung der Gleitsteine im Bereich der Gelenkschale. Die Gleitsteine füh ren in der Gelenkschale nämlich nur eine vergleichsweise kleine Schwenkbe wegung durch, die zum Kippwinkel der Schrägscheibe proportional ist. Ein Gleitstein aus einem selbstschmierenden Kunststoff ist sehr viel unempfindli cher gegen eine Mangelschmierung als ein herkömmlicher Gleitstein, der aus Metall besteht.According to a preferred embodiment of the invention it is provided that the coupling mechanism has a ball joint connected to the piston points, which engages around the swash plate, the ball joint two sliding blocks has, which lie on one and the other side of the swash plate, are supported and supported in a joint socket of the ball joint Plastic. This configuration is advantageous in terms of Lubrication of the sliding blocks in the area of the joint shell. The sliding blocks ren in the joint shell namely only a comparatively small swivel bracket movement that is proportional to the tilt angle of the swash plate. On Sliding block made of a self-lubricating plastic is very much insensitive against a lack of lubrication than a conventional sliding block made of Metal.
Gemäß einer alternativen bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, daß der Koppelmechanismus eine Taumelscheibe aufweist, die drehbar an der Schrägscheibe gelagert ist, sowie eine mit dem Kolben verbundene Kolben stange, wobei die Taumelscheibe, die Kolbenstange und der Kolben aus Kunststoff bestehen. Auch diese Gestaltung verringert durch die Verwendung von selbstschmierendem Kunststoff die Anforderungen an eine Schmierung der sich bewegenden Teile, insbesondere der Verbindung zwischen der Kolben stange einerseits und der Taumelscheibe bzw. dem Kolben andererseits.According to an alternative preferred embodiment it is provided that the coupling mechanism has a swash plate which is rotatable on the Swashplate is mounted, as well as a piston connected to the piston rod, the swash plate, the piston rod and the piston Plastic. This design also diminishes through use of self-lubricating plastic the requirements for lubrication of the moving parts, especially the connection between the pistons rod on the one hand and the swash plate or the piston on the other.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, daß die Taumel scheibe, die Kolbenstange und der Kolben einstückig ausgebildet sind. Bei dieser Gestaltung sind keine Gelenke oder Lager zwischen der Kolbenstange einerseits und der Taumelscheibe bzw. dem Kolben andererseits erforderlich; die notwendige Bewegbarkeit zwischen diesen Teilen wird allein von der Ela stizität der Kolbenstange bereitgestellt. Diese Gestaltung zeichnet sich dadurch aus, daß keinerlei Schmierung erforderlich ist, so daß ein ölfreier Verdichter realisiert werden kann, wenn auch die übrigen Bauteile so ausgeführt sind, daß sie über eine Selbstschmierung hinaus keine separate Schmierung benötigen. Ferner ergibt sich ein besonders geringer Herstellungs- und Montageaufwand.According to a preferred embodiment it is provided that the wobble disc, the piston rod and the piston are integrally formed. At this design are no joints or bearings between the piston rod on the one hand and the swash plate or the piston on the other hand; the necessary mobility between these parts is determined solely by the Ela Sticity provided the piston rod. This design is characterized by it from that no lubrication is required, so an oil-free compressor can be realized if the other components are designed so that they do not need separate lubrication beyond self-lubrication. Furthermore, there is a particularly low manufacturing and assembly cost.
Vorzugsweise ist die Kolbenstange ein hohles Spritzgußteil. Auf diese Weise lassen sich die Anforderungen an die Kolbenstange, nämlich einerseits ausrei chende Biegesteifigkeit, um die Druckkräfte auf den Kolben zu übertragen, an dererseits ausreichende Verformbarkeit, um ohne große Verluste die Relativ bewegungen zwischen Kolben und Taumelscheibe aufnehmen zu können, in besonders einfacher Weise einhalten. Zu diesem Zweck kann vorgesehen sein, daß die Kolbenstange, in einem Querschnitt senkrecht zur Längsachse betrachtet, eine sich in Umfangsrichtung periodisch ändernde Wandstärke aufweist. Diese Ausgestaltung ist in Verbindung mit der Verwendung von glas faserverstärktem thermoplastischen Kunststoff für die Kolbenstange dahinge hend vorteilhaft, daß bei geringer Wandstärke eine hohe Steifigkeit erzielt wer den kann.The piston rod is preferably a hollow injection molded part. In this way the requirements for the piston rod, namely on the one hand, can be met bending stiffness to transfer the compressive forces to the piston on the other hand, sufficient ductility to be relative without large losses to be able to record movements between the piston and the swash plate, in adhere particularly easily. For this purpose can be provided be that the piston rod, in a cross section perpendicular to the longitudinal axis considered, a wall thickness that changes periodically in the circumferential direction having. This configuration is in connection with the use of glass fiber-reinforced thermoplastic for the piston rod dahinge hend advantageous that who achieves high rigidity with a small wall thickness that can.
Ferner kann vorgesehen sein, daß die Kolbenstange im Bereich des Über gangs in die Taumelscheibe mit größerer Wandstärke ausgeführt ist. Auf diese Weise wird gewährleistet, daß die kritische Knickspannung in diesem Bereich derart erhöht wird, daß die auftretenden Druckkräfte problemlos übertragen werden können.It can also be provided that the piston rod in the area of the over is executed in the swash plate with a larger wall thickness. To this This ensures that the critical buckling stress in this area is increased in such a way that the pressure forces occurring are transmitted without problems can be.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteran sprüchen.Advantageous embodiments of the invention result from the subordinate sayings.
Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf verschiedene Ausfüh rungsformen beschrieben, die in den beigefügten Zeichnungen dargestellt sind.The invention is described below with reference to various embodiments tion forms described, which are illustrated in the accompanying drawings.
In diesen zeigen:In these show:
Fig. 1 in einer schematischen Schnittansicht einen Axialkolbenverdichter gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung; Figure 1 is a schematic sectional view of an axial piston compressor according to a first embodiment of the invention.
Fig. 2 in einem schematischen Schnitt einen Axialkolbenverdichter gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung; FIG. 2 shows in a schematic section an axial piston compressor according to a second embodiment of the invention;
Fig. 3 in einem vergrößerten Maßstab das Detail III von Fig. 2; Fig. 3 on an enlarged scale, detail III of Fig. 2;
Fig. 4 in einer Prinzipskizze einen Axialkolbenverdichter gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung; FIG. 4 in accordance with a schematic sketch of an axial piston compressor of a third embodiment of the invention;
Fig. 5 einen Querschnitt entlang der Ebene V von Fig. 4; Fig. 5 is a cross-section along the plane V of Fig. 4;
Fig. 6 in einem schematischen Schnitt einen Kolbenverdichter gemäß einer vierten Ausführungsform der Erfindung in einer ersten Stellung; und Fig. 6 is a schematic sectional view of a reciprocating compressor according to a fourth embodiment of the invention in a first position; and
Fig. 7 in einem schematischen Schnitt den Kolbenverdichter von Fig. 6 in einer zweiten Stellung. Fig. 7 in a schematic section the piston compressor of Fig. 6 in a second position.
In Fig. 1 ist schematisch eine Kolbenmaschine gemäß einer ersten Ausfüh rungsform dargestellt. Es handelt sich um einen Axialkolbenverdichter, der eine Antriebswelle 10 enthält, die in einem Gehäuse 12 gelagert ist. Mit der An triebswelle 10 ist drehfest eine Schrägscheibe verbunden, die zwischen einer Stellung, in der sie sich etwa senkrecht zur Längsachse der Antriebswelle 10 erstreckt, und einer maximal gekippten Stellung verschwenkt werden kann, die in Fig. 1 gezeigt ist. Die Stellung, die die Schrägscheibe im Betrieb einnimmt, stellt sich in Abhängigkeit von der Differenz zwischen den beiden Kolbenseiten (Gehäusedruck und Verdichterinnendruck) sowie durch die Verdichterdrehzahl und die Federkraft einer Feder 16 ein, welche die Schrägscheibe auf der An triebswelle 10 verschieben kann, wobei sich die Schrägscheibe an einem Hal ter 17 abstützt, so daß sie bei einer Verschiebung auf der Antriebswelle ver schwenkt wird. Geregelt wird der Verdichter durch Variation des Gehäuse drucks.In Fig. 1, a piston machine according to a first embodiment is shown schematically. It is an axial piston compressor which contains a drive shaft 10 which is mounted in a housing 12 . With the drive shaft 10 is rotatably connected to a swash plate which can be pivoted between a position in which it extends approximately perpendicular to the longitudinal axis of the drive shaft 10 , and a maximum tilted position, which is shown in Fig. 1. The position that the swash plate assumes during operation is a function of the difference between the two piston sides (housing pressure and internal pressure of the compressor) and by the compressor speed and the spring force of a spring 16 , which can shift the swash plate on the drive shaft 10 , whereby the swash plate is supported on a Hal ter 17 so that it is pivoted ver when displaced on the drive shaft. The compressor is regulated by varying the housing pressure.
An der Schrägscheibe ist drehbar eine Taumelscheibe 18 mittels radialen und axialen Wälzlagern 20, 22 gelagert. An der Taumelscheibe 18 ist ein Kugelkopf 24 ausgebildet, der in einer geeigneten Kulisse im Gehäuse 12 geführt wird, so daß die Taumelscheibe 18 relativ zum Gehäuse drehfest gehalten wird. A swash plate 18 is rotatably mounted on the swash plate by means of radial and axial roller bearings 20 , 22 . On the swash plate 18 , a spherical head 24 is formed, which is guided in a suitable setting in the housing 12 , so that the swash plate 18 is held in a rotationally fixed manner relative to the housing.
An der Taumelscheibe 18 sind mehrere Kugelgelenke 26 ausgebildet, mittels denen jeweils eine Kolbenstange 28 zug- und druckfest, aber schwenkbar an der Taumelscheibe 18 gelagert ist. Das andere Ende jeder Kolbenstange 28 ist mittels eines weiteren Kugelgelenks 30 zug- und druckfest mit einem Kolben 32 gekoppelt. Jeder Kolben 32 ist in einem Zylinder 34 verschiebbar, dessen Mit telachse parallel zur Längsachse der Antriebsweile 10 verläuft. In der Zeich nung sind nur zwei Kolben gezeigt; tatsächlich kann der Verdichter mehr (üblicherweise bis zu sieben) Kolben enthalten.A plurality of ball joints 26 are formed on the swash plate 18 , by means of which a piston rod 28 is mounted on the swash plate 18 in a tensile and pressure-resistant but pivotable manner. The other end of each piston rod 28 is coupled to a piston 32 in a tensile and compressive manner by means of a further ball joint 30 . Each piston 32 is displaceable in a cylinder 34 , the middle axis of which runs parallel to the longitudinal axis of the drive shaft 10 . In the drawing, only two pistons are shown; in fact, the compressor can contain more (usually up to seven) pistons.
Wenn die Antriebswelle 10 in Drehung versetzt wird und die Schrägscheibe sich in einer Stellung schräg zur Antriebswelle befindet, führt jede Kolbenstan ge 28 eine hin- und hergehende Bewegung aus, so daß auch die Kolben 32 eine hin- und hergehende Bewegung in den entsprechenden Zylindern 34 ausführen. Diese Bewegung kann dazu genutzt werden, beispielsweise ein Kältemittel zu verdichten, wenn die Axialkolbenverdichter als Kältemittelver dichter für eine Klimaanlage verwendet wird.When the drive shaft 10 is rotated and the swash plate is in a position oblique to the drive shaft, each piston rod 28 performs a reciprocating movement, so that the pistons 32 also perform a reciprocating movement in the corresponding cylinders 34 To run. This movement can be used, for example, to compress a refrigerant when the axial piston compressor is used as a refrigerant compressor for an air conditioning system.
Um hinsichtlich der Schmierung insbesondere in den Kugelgelenken 26, 30 nur sehr geringe Anforderungen einhalten zu müssen, sind die Taumelscheibe 18, die Kolbenstange 28 und die Kolben 32 aus Kunststoff hergestellt. Ferner er geben sich so geringe Massenträgheiten, was sowohl die erforderliche An triebsleistung als auch das beim Betrieb auftretende Laufgeräusch positiv be einflußt. Wenn ein selbstschmierender Kunststoff gewählt wird, kann auf eine Schmierung vollständig verzichtet werden.The swash plate 18 , the piston rod 28 and the pistons 32 are made of plastic so that only very low requirements have to be met with regard to the lubrication, in particular in the ball joints 26 , 30 . Furthermore, there are such low inertias, which both the required drive power and the running noise occurring during operation positively influences be. If a self-lubricating plastic is chosen, there is no need for lubrication.
In Fig. 2 ist eine alternative Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Axialkolbenverdichters dargestellt. Im Unterschied zur ersten Ausführungsform wird bei dieser Ausführungsform die erforderliche Relativdrehung zwischen dem Kolben 32 und der Schrägscheibe durch Gleitsteine 36 erzielt, die eine ebene Lauffläche 38, die an einer Laufbahn der Schrägscheibe anliegt, sowie eine kugelsegmentförmige Schwenkfläche 40 aufweisen, die sich jeweils in ei ner Gelenkschale 42 abstützt. Die Anordnung der Gelenkschalen 42 und der Gleitsteine 36 ist so gewählt, daß sich die Schrägscheibe zwischen den beiden Gleitsteinen 36 drehen kann, wobei gleichzeitig eine radiale Bewegung möglich ist.In FIG. 2, an alternative embodiment is shown of an axial piston compressor according to the invention. In contrast to the first embodiment, in this embodiment the required relative rotation between the piston 32 and the swash plate is achieved by sliding blocks 36 , which have a flat running surface 38 , which bears against a raceway of the swash plate, and a spherical segment-shaped swivel surface 40 , each of which is in an egg ner joint shell 42 supports. The arrangement of the joint shells 42 and the sliding blocks 36 is selected so that the swash plate can rotate between the two sliding blocks 36 , a radial movement being possible at the same time.
Da die Schwenkflächen 40 relativ zu den Gelenkschalen 42 nur geringfügig verschwenkt werden, was die Erzielung eines hydrodynamischen Schmierfilms unmöglich macht, werden Gleitsteine aus Kunststoff verwendet, die hinsichtlich der Schmierung geringere Anforderungen stellen.Since the swivel surfaces 40 are pivoted only slightly relative to the joint shells 42 , which makes it impossible to achieve a hydrodynamic lubricating film, plastic sliding blocks are used which have lower lubrication requirements.
In Fig. 4 ist eine Prinzipskizze eines Axialkolbenverdichters gemäß einer weiteren Ausführungsform gezeigt. Diese Ausführungsform basiert hinsichtlich ihrer Funktion auf dem Axialkolbenverdichter von Fig. 1, verwendet also eine Taumelscheibe 18, die relativ zur Schrägscheibe drehbar ist, während sie rela tiv zum Gehäuse eine taumelnde, nicht aber eine drehende Bewegung aus führt. Im Gegensatz zur Ausgestaltung gemäß Fig. 1, bei der gelenkig mit dem Kolben und der Taumelscheibe 18 verbundene Kolbenstangen 28 ver wendet werden, sind bei dieser Ausführungsform der gesamte Koppelmecha nismus, also die Taumelscheibe 18 und die Kolbenstange 28, sowie die Kolben 32 einstückig miteinander aus Kunststoff ausgebildet. Die während des Be triebs auftretenden Relativbewegungen werden vollständig von der Kolben stange 28 ermöglicht, die zu diesem Zweck mit der erforderlichen Elastizität ausgeführt ist. Im Hinblick auf die erforderliche Knicksteifigkeit der Kolbenstan ge 28 ist es vorteilhaft, diese am Übergang in die Taumelscheibe 18 mit ver größertem Querschnitt auszuführen.In FIG. 4 is a schematic diagram of an axial piston compressor is shown according to another embodiment. This embodiment is based on its function on the axial piston compressor of Fig. 1, so uses a swash plate 18 which is rotatable relative to the swash plate, while rela tively to the housing leads a wobbling, but not a rotating movement. In contrast to the embodiment according to FIG. 1, in the articulated with the piston and the swash plate 18 piston rods 28 are used ver, in this embodiment, the entire coupling mechanism, that is, the swash plate 18 and the piston rod 28 , and the piston 32 are integral with each other made of plastic. The relative movements occurring during operation are made entirely possible by the piston rod 28 , which is designed for this purpose with the required elasticity. In view of the required buckling stiffness of the piston rod 28 , it is advantageous to carry this out at the transition into the swash plate 18 with a larger cross section.
In Fig. 4 sind die verschiedenen geometrischen Konstellationen gezeigt, die während des Betriebs des Axialkolbenverdichters auftreten können. Die Mo mentaufnahme mit der senkrecht zur Längsachse der Antriebswelle 10 ausge richteten Taumelscheibe 18 entspricht entweder einem Betrieb ohne Förder leistung oder, beim Betrieb mit gekippter Taumelscheibe, dem Moment, in wel chem die Kolbenstange 28 einen der beiden Radien der Taumelscheibe schneidet, die senkrecht zur Antriebswelle 10 sind. In diesem Zustand hat das mit der Taumelscheibe 18 verbundene Ende der Kolbenstange 28 den maximal möglichen radialen Abstand von der Antriebswelle. Mit den Bezugszeichen 18', 28' und 32' ist die Stellung des Koppelmechanismus und des Kolbens 32 gezeigt, in der der Kolben sich in einer Endstellung seines Hubes befindet, nämlich am Übergang vom Saughub zum Druckhub. Mit den Bezugszeichen 18", 28" und 32" sind der Koppelmechanismus und der Kolben in der Stellung gezeigt, in der sie den maximalen Hub H zurückgelegt haben und sich der Kol ben in seiner anderen Endstellung nach dem Ausführen des Druckhubes befin det. In den beiden Stellungen 28', 28" befindet sich das mit der Taumelscheibe 18 verbundene Ende der Kolbenstange im maximal möglichen radialen Ab stand von der Antriebswelle 10. Das mit dem Kolben 32 verbundene Ende der Kolbenstange ist in einem mittleren radialen Abstand von der Antriebswelle 10 angeordnet. Somit muß die Kolbenstange 28 mittels ihrer Eigenelastizität eine periodische Bewegung des mit der Taumelscheibe 18 verbundenen Endes der Kolbenstange 28 in radialer Richtung um einen Mittelwert mit einer Amplitude von Δx ermöglichen, die der Differenz zwischen dem maximalen Radius und dem minimalen Radius des mit der Taumelscheibe 18 verbundenen Endes der Kolbenstange entspricht. Zusätzlich muß die Kolbenstange eine Kippbewegung ermöglichen, die aus der Schrägstellung der Schrägscheibe und somit der Taumelscheibe 18 um den Winkel α resultiert.In FIG. 4, the various geometrical configurations are shown that may occur during operation of the axial piston. The Mo mentaufnahme with the perpendicular to the longitudinal axis of the drive shaft 10 aligned swash plate 18 corresponds to either an operation without delivery or, when operating with a tilted swash plate, the moment in which chem piston rod 28 intersects one of the two radii of the swash plate, which is perpendicular to Drive shaft 10 are. In this state, the end of the piston rod 28 connected to the swash plate 18 has the maximum possible radial distance from the drive shaft. Reference numbers 18 ', 28 ' and 32 'show the position of the coupling mechanism and the piston 32 in which the piston is in an end position of its stroke, namely at the transition from the suction stroke to the pressure stroke. The reference numerals 18 ", 28 " and 32 "show the coupling mechanism and the piston in the position in which they have traveled the maximum stroke H and the piston is in its other end position after the pressure stroke has been carried out two positions 28 ', 28 "is the end of the piston rod connected to the swash plate 18 in the maximum possible radial distance from the drive shaft 10 . The end of the piston rod connected to the piston 32 is arranged at an average radial distance from the drive shaft 10 . Thus, by means of its inherent elasticity, the piston rod 28 must allow a periodic movement of the end of the piston rod 28 connected to the swash plate 18 in the radial direction by an average with an amplitude of Δx, which is the difference between the maximum radius and the minimum radius of the one with the swash plate 18 connected end of the piston rod corresponds. In addition, the piston rod must allow a tilting movement, which results from the inclined position of the swash plate and thus the swash plate 18 by the angle α.
Ein geeignetes Material, welches die erforderliche Elastizität bei gleichzeitig ausreichender Druckfestigkeit bietet, sind glasfaserverstärkte thermoplastische Kunststoffe, beispielsweise Ticona, GE 1000 und GE 4001. Die Teile können spritzgegossen werden, wobei insbesondere die Kolbenstange 28 als Hohl profil ausgeführt wird. Ein besonders geeigneter Querschnitt ist in Fig. 5 ge zeigt. Die Kolbenstange weist einen Innenhohlraum mit kreisförmigem Quer schnitt und einem Durchmesser d von etwa 4 mm auf, während der maximale Außendurchmesser D zwischen 6 und 8 mm beträgt. Die Außenkontur ist, be trachtet in einem Querschnitt senkrecht zur Längsachse der Kolbenstange 28, in Umfangsrichtung gewellt ausgeführt, so daß sich die Wandstärke periodisch ändert. Dieses Profil bietet bei vergleichsweise geringer Wandstärke eine hohe Steifigkeit, mit der die erforderliche Knickfestigkeit erzielt wird.A suitable material, which offers the necessary elasticity with sufficient pressure resistance, are glass fiber reinforced thermoplastics, such as Ticona, GE 1000 and GE 4001. The parts can be injection molded, in particular the piston rod 28 is designed as a hollow profile. A particularly suitable cross section is shown in Fig. 5 ge. The piston rod has an inner cavity with a circular cross section and a diameter d of about 4 mm, while the maximum outer diameter D is between 6 and 8 mm. The outer contour is, be considered in a cross section perpendicular to the longitudinal axis of the piston rod 28 , designed corrugated in the circumferential direction, so that the wall thickness changes periodically. With a comparatively small wall thickness, this profile offers a high degree of rigidity with which the required kink resistance is achieved.
In den Fig. 6 und 7 ist eine Kolbenmaschine gemäß einer vierten Ausfüh rungsform dargestellt. Es handelt sich hier um eine Hubkolbenmaschine, bei der die Antriebswelle 10 als Kurbelwelle ausgeführt ist. Mit der Kurbelwelle ist eine Kolbenstange 28 verbunden, die einstückig mit einem Kolben 32 ausge bildet ist. Der Kolbenstange 28 und der Kolben bestehen vergleichbar der Ausführungsform von Fig. 3 aus Kunststoff, so daß aufgrund der Eigenela stizität der Kolbenstange 28 auf ein Pleuellager im Kolben verzichtet werden kann. Auch verringern sich die Anforderungen an die Schmierung des Gleitla gers zwischen der Kurbelwelle und der Kolbenstange. In Figs. 6 and 7, a piston engine is illustrated in accordance with a fourth exporting approximately form. This is a reciprocating piston machine in which the drive shaft 10 is designed as a crankshaft. With the crankshaft a piston rod 28 is connected, which is formed in one piece with a piston 32 . The piston rod 28 and the piston are comparable to the embodiment of Fig. 3 made of plastic, so that due to the Eigenela sticity of the piston rod 28 can be dispensed with a connecting rod bearing in the piston. The requirements for the lubrication of the slide bearing between the crankshaft and the piston rod are also reduced.
1010th
Antriebswelle
drive shaft
1212th
Gehäuse
casing
1414
Schrägscheibe
Swashplate
1616
Feder
feather
1717th
Halter
holder
1818th
Taumelscheibe
Swashplate
2020th
Wälzlager
roller bearing
2222
Wälzlager
roller bearing
2424th
Kugelkopf
Ball head
2626
Kugelgelenk
Ball joint
2828
Kolbenstange
Piston rod
3030th
Kugelgelenk
Ball joint
3232
Kolben
piston
3434
Zylinder
cylinder
3636
Gleitstein
Sliding block
3838
Lauffläche
Tread
4040
Schwenkfläche
Swivel area
4242
Gelenkschale
Joint shell
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