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Taumelscheibenkompressor (Beanspruchte Prioritäten: 28. Bebruar 1970
Japan 19851/70 28. Februar 1970 Japan 19852/70 10. März 1970 Japan 20250/70 29.
Dezember 1970 Japan 141640/70) Die Erfindung betrifft einen Gaumelscheibenkompressor,
insbesondere für die Verwendung in Külilsystemen, der zwei Zylinderblöcke mit mehreren
zylindrischen Bohrungen, eine durch einen axialen Teil der Zylinderblöcke hindurchgeführte
Antriebswelle, eine auf der hntriebßwelle an einer stelle, die einem Zwischenraum
zwischen den beiden Zylinderblöcken entspricht, befestigte Taumelscheibe, ferner
mehrere Kolben enthält, die längs der Welle innerhalb zweier einander gegenüberliegender
zylindrischer Bohrungen, abhängig von der Rotation der Taumelscheibe, hin und her
gehen.
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Im allgemeinen besteht die Forderung, den Kompressor kompakt auszubilden,
insbesondere wenn er als Klimagerät eines Eraftwagens Verwendung finden soll. Für
die Zylinderblöcke des Kompressors wird in der Hauptsache ein Guß aus einer Aluminiumlegierung
verwendet. Da jedoch Aluminiumlegierungen nicht beständig gegen Abrieb sind, werden
Mittel vorgesehen, um die Beständigkeit zu verstärken, wie ein zusätzliches Einsetzen
einer Laufbuchse in die Bohrung jedes Zylinders oder ein Auskleiden der Zylinderbohrungen
mit Chrom.
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Werden in die zylindrischen Bohrungen Laufbuchsen eingesetzt, dann
muß, da es unvermeidbar ist, eine konische Bohrung herzustellen, um nach Beendigung
des Gießvorgangs einen Abguß zu nehmen, jede gegossene zylindrische Bohrung durch
einen Schneid-oder Schleifvorgang bearbeitet werden, um die Größe und Gestalt der
Bohrung für die Aufnahme der Laufbuchse fertig zu machen, während jede Laufbuchse
einem Schleifvorgang unterzogen werden muß, um die Außenfläche und die zylindrische
Innenfläche fertigzustellen. Demzufolge wird die maschinelle Arbeit zur Herstellung
der Zylinderblöcke für das Kühlgerät sehr kompliziert, und es steigen die Produktionskosten
an. Andererseits entstehen auch beim Auskleiden der Zylinderbohrungen mit Chrom
erhebliche Herstellungskosten.
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Diese Nachteile lassen sich erfindungsgemäß dadurch vermeiden, daß
jeder Zylinderblock mit einem Einsatz gegossen ist, der mehrere die zylindrischen
Bohrungen bildende Laufbuchsen enthält,
welche durch ein Verbindungsteil
miteinander verbunden sind.
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Da es schwierig ist, die Druckfläche des Zy,linderblockes, welche
mit dem Lager verbunden ist, das die auf die aumelscheibe des Kiüilgeräts einwirkende
axiale Druckkraft aufnimmt, auszukleiden, wird gewöhnlich die aus einer Aluminiumlegierung
hergestellte Berührungsfläche direkt mit dem Drucklager in Beruhrung gebracht. Da
jedoch die Endflächen des Drucklagers zwischen einer Endfläche eines Vorsprungs
der Taumelscheibe und der erwähnten 3erühungsfläche gelagert sind, kann bei großer
Rotationsgeschwindigkeit der Taumelscheibe ein Drehen der Seitenplatte des Drucklagers
nicht verhindert werden, so daß die Berührungsfläche einem Verschleiß unterworfen
wird.
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Dieser bei bekannten taumelscheibenkompressoren auftretende Mangel
kann gemäß einer Weiterbildung der Erfindung dadurch behoben werden, daß als Lagerteil,
welches mit dem Drucklager in Berührung steht, ein Metall eines hohen Widerstands
gegen Abrieb verwendet und das lagerteil zusammen mit den Lagerbuchsen als ein Körper
ausgebildet wird.
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Vorzugsweise besitzt der Einsatz der gegossenen Zylinderblöcke auch
ein radiales Lagerteil, das unmittelbar die Antriebswelle trägt, oder einen zylindrischen
Ausschnitt zur Aufnahme eines Nadellagers, das die Antriebswelle trägt, wobei als
Material hierfür ebenfalls ein Metall mit großem Widerstand gegen Abrieb dient.
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Die Erfindung wird durch Ausführungsbeispiele an Hand von zehn Figuren
naher erläutert. Es zeigen: Fig. 1 einen vertikalen Schnitt eines erfindungsgemäßen
Kompressors, Fig. 2 eine perspektivische Ansicht eines Einsatzes,der drei zu einem
einzigen Körper verbundene Laufbuchsen enthält und in den Zylinderblock des Sompressors
nach Fig. 1 eingegossen wird, Fig. 3 eine perspektivische Ansicht einer weiteren
Asführungsform eines erfindungsgemäßen Einsatzes, wobei die drei Laufbuchsen in
einer von der Ausführungsform nach Fig. 2 unterschiedlichen Weise initeinander verbunden
sind, Fig. 4 einen senkrechten Schnitt eines Kompressors, der eine weitere Verbesserung
des erfindungsgemäßen Geräts offenbart, Fig. 5 eine perspektivische Ansicht eines
Zylinderblockes des in Fig. 4 dargestellten Geräts, Fig. 6 einen senkrechten Schnitt
eines gegenüber der Fig. 4 modifizierten Kompressors, Fig. 7 eine perspektivische
Ansicht eines Zylinderblockes des in Fig. 6 dargestellten Geräts, Fig. 8 eine Schnittansicht
eines Zylinderblockes des in Fig. 6 dargestellten Gerätes,
Fig.
9 einen senkrechten Schnitt einer weiteren Modifikation des in Fig. 6 dargestellten
Geräts, Fig. 10 eine Schnittansicht eines Zylinderblockes des in Fig. 9 dargestellten
Geräts.
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Die in den Fig. 1 und 2 dargestellte Ausfiihrungsform einer Kältemaschine
offenbart die grundsätzliche Lösung dieser Erfindung.
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Der dargestellte Taumel scheib enkompres sor enthält eine Antriebswelle
2, die durch nicht dargestellte Verbindungsmittel mit dem Antrieb einer Maschine
oder eines Fahrzeugs verbunden ist. Die Welle 2 ist durch ein Lagerteil 19 eines
mit einem Einsatz 5 gegossenen Zylinderblockes 6 sowie ein zylindrisches Verbindungsteil
7 des Einsatzes 5 hindurchgeführt. Der Einsatz 5 besitzt drei Laufbuchsen 8, die
mit dem Verbindungsteil 7 verbunden sind.
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Jede der Laufbuchsen 8 bildet eine zylindrische Bohrung 10 zur Aufnahme
eines Kolbens 3. Die Welle 2 ist außerdem durch ein Paar Nadellager 25 drehbar gelagert.
Auf der Welle 2 ist in einem Zwischenraum zwischen den beiden Zylinderblöcken 6
eine Taumelscheibe 1 befestigt. Die drei Laufbuchsen 8 sind parallel so angeordnet,
daß sie bezüglich der Welle 2 ein reguläres Dreieck bilden. Die beiden Zylinderblöcke
6 sind so angeordnet, daß die entsprechenden Zylinderbohrungen 10 der Laufbuchsen
8 einander gegenßberliogon, so daß abhängig von der Drehung der Welle 2 drei Kolben
3 hin und her bewegt werden. Jeder der drei
Kolben besitzt an den
beiden Enden Gleitteile. Der mittlere Teil der Kolben ist auf einer Seite ausgeschnitten,
so daß der Kolben den äußeren Rand der Taumelscheibe 1 umfaßt. Der mittlere Teil
steht mit beiden Seiten der Taumelscheibe 1 durch Eugellager 11 in Eingriff. Die
Kugellager befinden sich zwischen im Kolben 3 gebildeten Fassungen 3a für die Kugel
und Drucklageraufsätzen 12, die - wie in Fig. 1 dargestellt - auf der Uaumelscheibe
1 gleitend angeordnet sind.
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Die Funktionen der anderen Elemente des Kompressors sind ähnlich denen
bekannter Geräte, wie z. B. der in der USA-Patentschrift 3 352 485 offenbarten Kühlmaschine,
bei der das zu verdichtende Gas durch eine Einlaßleitung 16 Saugkammern 14 zugeführt
wird, die im vorderen und hinteren Zylinderkopf 24 und 28 gebildet sind. Angrenzend
an die Zylinderköpfe 24 und 28 sind zwei nicht dargestellte Ventile mit ebenfalls
nicht dargestellten Kanälen vorgesehen, die mit den Ausschnitten in den Zylinderblöcken
6 in Verbindung stehen.
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Mit dem Bezugszeichen 18 ist eine Auslaßleitung gekennzeichnet, durch
die das verdichtete Gas aus der Auslaßkammer 13 entleert wird. Mit der Zahl 21 ist
ein äußeres Gehäuseelement aus gepreßtem Metallblech bezeichnet, das die Zylinderköpfe
24 und 28 trägt. Das äußere Gehäuseelement 21 besitzt eine Ausbuchtung 15, die eine
Ölpumpe bildet. Mit der Zahl 17 ist eine Olaufnahmeleitung bezeichnet, die mit fluchtenden
Kanälen 29 in den verschiedenen Kompressorteilen in Verbindung steht.
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Jeweils in der ahe der Enden der Zylinderblöcke 6 sind eine gesonderte
Ventilplatte 22 und eine Einlaßzunge 23 vorgesehen.
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Am äußeren Rand jeder Laufbuchse 8 ist ein Anschlag zur Begrenzung
der Einwärtsbewegung der Einlaßzunge 23 gebildet. In Fig. 6 ist dieser Anschlag
mit der Zahl 32 bezeichnet.
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Die Mittel zum Verbinden der drei Laufbuchsen 8 zu einem Körper sind
nicht auf die Form des zylindrischen Verbindungsteils 7 begrenzt. Wie z. B. in Fig.
3 dargestellt, kann irgendein gesondertes Verbindungsteil verwendet werden, das
symmetrisch zwischen den Laufbuchsen 8 angeordnet ist, selbst wenn dieses Verbindungsteil
nicht zugleich einen Zylinder zum Hindurchführen der Welle 2 bildet. Jedenfalls
müssen die Laufbuchsen 8 und das Verbindungsteil 7 aus einem metallischen Material
mit hohem Widerstand gegen Abrieb hergestellt sein, während der Zylinderblock 6
aus einer Aluminiumlegierung gebildet ist.
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Der Zylinderblock 6 ist gegossen, d. h. nach Herstellung der durch
das Verbindungsteil verbundenen Laufbuchsen 8 als Einsatz 5 wird dieser Einsatz
in eine Form gebracht, die zum Gießen des Zylinderblockes 6 dient. Sodann wird zur
Herstellung des Zylinderblockes 6 der Gießvorgang ausgeführt. Eine genaue Anordnung
der Laufbuchsen 8 in dem Zylinderblock 6 kann sehr leicht mit geringer zusätzlicher
maschineller Arbeit erhalten werden, so daß die Herstellungskosten beträchtlich
reduziert werden können.
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Es soll bemerkt werden, daß, da die drei Laufbuchsen 8 miteinander
verbunden sind, jede Drehung derselben vollständig vermieden werden kann und damit
eine mögliche gegenseitige Beeinflussung zwischen der Taumel scheibe 1 und dem inneren
Rand der Laufbuchsen 8 eliminiert wird, während die Einlaßzunge 23 zu dem Anschlag
32 stets in der richtigen gegenseitigen Lage gehalten werden kann.
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Weitere Verbesserungen werden an Hand der folgenden Busfuhrungsbeispiele
erläutert, bei denen das mit dem Drucklager 4 in Verbindung stehende Lagerteil als
ein Stück des Verbindungsteils ausgebildet ist. Bei diesen Ausfuhrungsbeispielen
sind die Teile, die eine ähnliche Punktion wie bei dem bereits beschriebenen Ausführungsbeispiel
haben, mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
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Die in Fig. 4 dargestellten Teile eines Taumelscheibenkompressogs)
sind mit Ausnahme des Aufbaus des zylindrischen Verbindungsteils 7 gleich denen
der ersten Ausführungsform.
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Bei der Ausführungsform nach Fig. 4 läuft die Antriebswelle 2 durch
das Lagerteil 19 des Zylinderblocks 6, das zylindrische Verbindungsteil 7 und einen
mittleren Teil des vorderen Zylin derkopfes 24. Sie ist durch ein Paar Nadellager
25 an den beiden Enden drehbar gelagert. Die Taumelscheibe 1 ist an einer Stelle
auf der Welle 2 befestigt, die dem Zwischenraum zwischen den beiden Zylinderblöcken
6 entspricht. Abhängig von der Hin- und
Herbewegung der Kolben
3 innerhalb der Zylinderbohrungen 10 der Laufbuchsen 8 wird auf den Vorsprung der
Taumel scheibe 1 eine Druckkraft ausgeübt. Die Drucklager 4 nehmen diese Druckkraft
auf. Eine Seitenfläche 7a des Verbindungsteils 7 steht direkt mit dem Drucklager
4 in Berührung. Sie hat wegen des metallischen Materials des Verbindungsteils 7
eine groBe Beständigkeit gegenüber Abrieb. Dies ist ein Vorteil, der durch die Weiterbildung
der Erfindung erzielt werden kann.
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Die Zylinderblöcke 6 können bei der Erfindung einstückig mit dem äußeren
Gehäuseelement 21 durch Gießen hergestellt werden.
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Ein zu der erwähnten Ausführungsform äquivalenter Effekt kann erhalten
werden, wenn das zylindrische Verbindungsteil 7 mit einer der Laufbuchsen 8 verbunden
wird.
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Bei der in Fig. 6 dargestellten Ausführungsform ist der Aufbau des
Kompressors ähnlich der zweiten in Fig. 4 dargestellten Ausführungsform. Abweichend
hiervonm nd die Lagerung der Antriebswelle 2 und der Aufbau der Zylinderblöcke ausgebildet,
die drei Laufbüchsen und das zylindrische Verbindungsteil umschließen.
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Der Aufbau der Zylinderblöcke 6 ist klar aus den Fig. 7 und 8 ersichtlich.
Jeder Zylinderblock 6 ist mit einem Einsatz 5 gegossen, der drei Laufbuchsen 8 enthält,
welche durch ein zylindrisches Verbindungsteil 26 miteinander verbunden sind.
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Das Verbindungsteil 26 enthält einen ringförmigen vorspringenden Teil
20, der mit dem Drucklager 4 und einer radialen Lagerfläche
30
in Berührung steht. In jedem Zylinderblock 6 sind die Laufbuchsen 8 parallel so
angeordnet, daß ihre Mittelachsen gegenüber der Welle 2 einen Abstand besitzen und
ein reguläres Dreieck bilden.
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Da als Verbindungsteil 26 ein metallisches Material mit ausreicnend
hohem Widerstand gegen Abrieb verwendet ist, kinn der Verschleiß des ringförmig
vorspringenden Teils 20, das die Druckkraft aufnimmt, bemerkenswert verringert werden.
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Die Welle 2 ist an ihrem Hauptteil durch das zylindrische Verbindungsteil
26 gelagert, so daß ein Durchbiegen der Welle völlig verhindert wird. Demzufolge
wird die flöglichkeit einer die Welle und das Verbindungsteil 26 belastenden Vorspannung
ausgeschlossen, so daß die Beständigkeit der Teile der Maschine vergrößert ist.
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Es ist auch ein charakteristisches Merkmal der beschriebenen Maschine,
daß jegliches radiales Nadellager, welches zwischen die Welle 2 und das Verbindungsteil
26 einzufügen wäre, entfällt. Die stets durch eine solche Einfügung hervorgerufene
Verformung der Welle 2 kann vermieden werden, so daß der gleitende Eingriff des
Kolbens 3 in der Zylinderbohrung 10 der Laufbuchse 8 in einem für einen sanften
Arbeitsablauf ausreichenden Zustand gehalten werden kann. Da auf das radiale Nadellager
verzichtet werden kann und das radiale Lagerteil 30 sowie das ringiörsilig vorstehende
Teil 20 einstückig mit dem Zylinderblock 6
ausgebildet sind, können
die Produktionskosten der Maschine beträchtlich verringert werden.
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Die in Fig. 9 dargestellte Ausfürrungsform hat abgesehen von dem Verbindungsteil
31 den gleichen Aufbau wie die Ausführungs form nach Fig. 4. Das Verbindungsteil
31 enthält den ringförmig vorspringenden Teil 20, der die durch das Drucklager 4
und den zylindrischen Ausschnitt 27 zur Aufnahme eines Nadellagers 25 verursachte
Druckkraft aufnimmt. Wie aus Fig. 10 ersichtlich, sind jeder zylindrische Ausschnitt
zur Aufnahme des Nadellagers 25 und der ringförmig vorstehende Teil 20 als Teile
des zylindrischen Verbindungsteils 31 ausgebildet, und dieses Verbindungsteil 31
ist mit wenigstens einer Laufbuchse 8 zu einem einzigen Körper verbunden. Dieser
Körper wird beim Gießen des Zylinderblockes 6 als Einsatz 5 in die Form gebracht
Da das metallische Material des zylindrischen Verbindungsteils 31 so ausgewählt
ist, daß es den gleichen Xoeffizienten linearer thermischer Ausdehnung wie das Nadellager
25 besitzt, kann der lichte Raum für das Einfügen des Nadellagers 25 zwischen der
Welle 2 und dem zylindrischen Ausschnitt 27 auf einen Wert reduziert werden, der
so klein ist, wie es möglich ist, um ein Auftreten einer Belastung der Zylinderbohrung
10 der Laufbuchsen 8 beim Einfügen des Nadellagers zu verhindern. Demzufolge kann
der kreisförmige Querschnitt der Bohrung 10 völlig aufrechterhalten werden und damit
eine befriedigende Kompression des Gases durch den Kolben 3 erhalten werden.
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Ferner bleibt selbst bei einer Temperaturerhöhung der Maschinenteile
während des Verdichtens die Passung zwischen dem radialen Lagerteil, welches in
dem zylindrischen Verbindungsteil 31 gebildet ist, mit dem Nadellager 25 stets in
einem guten Zustand, so daß eine Drehung des äußeren Rings des Nadellagers 25 zusammen
mit der Welle 2 vollständig verhindert wird.
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7 Ansprüche 10 Figuren