DE2534251A1

DE2534251A1 - Kuehlmittelkompressor

Info

Publication number: DE2534251A1
Application number: DE19752534251
Authority: DE
Inventors: Masaharu Hiraga
Original assignee: Sankyo Electric Co Ltd
Current assignee: Sanden Corp
Priority date: 1974-07-31
Filing date: 1975-07-31
Publication date: 1976-02-12
Also published as: DE2560008C2; DE2534251C2; US4008005A; FR2280804A1; FR2280804B1

Description

PATENTANWALT DIPL.-PHYS. LUTZ H. PRÜFER · D-8OOO MÜNCHEN 9O

Sankyo Electric Company Limited, Gunma, Japan Kühlmittelkompressor

Die Erfindung betrifft eine Ansaug- und Entladevorrichtung für Fluidmittel mit einer Mehrzahl von in einem Zylinderblock kreisförmig angeordneten Zylindern, jeweils in den Zylindern geführten Kolben und einer die Kolben über Kolbenstangen antreibenden Antriebseinrichtung mit einer Antriebswelle, einem auf dieser befestigten keilförmigen Rotor mit einer zur Antriebswelle geneigten Oberfläche und einer durch diesen in eine Taumelbewegung versetzbaren, mit den Kolbenstangen zur Hin- und Herbewegung der Kolben bei jeweils verschiedener Phasenlage der Kolbenbewegung in Eingriff stehenden Taumeleinrichtung.

Derartige Vorrichtungen werden insbesondere als Kühlmittelkompressoren eingesetzt.

Ansaug- und Entladevorrichtungen für Fluidmittel, bei denen die Kolben mittels einer Taumelplatte und eines keilför-

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migen Rotors hin und her bewegt werden, sind beispielsweise als Kühlmittelkompressoren in den US-Patentschriften 3 552 886 (entspricht Reissue-Patent Nr. 27 844), 3 761 202 und 3 838 942 beschrieben. Die Ansaug- und Entladevorrichtung für Fluidmittel weist ein geringes Volumen auf und eignet sich für mobile Kühlsysteme, beispielsweise für Fahrzeuge.

Bei derartigen Ansaug- und Entladevorrichtungen für Fluidmittel tritt die Schwierigkeit auf, daß stärkere Vibrationen erzeugt werden, als bei Vorrichtungen anderer Art.

Die Vibrationen des Geräts werden auf irgendeine Vorrichtung übertragen (beispielsweise der Motor eines Fahrzeuges, die Karosserie eines Autos oder dergleichen), auf der das Gerät durch Befestigungselemente befestigt ist, so daß in dem Gerät und in der Vorrichtung vorhandene Schrauben gelockert werden können. Dies kann zu einer Beschädigung von Verschleißteilen und zu einer verkürzten Lebensdauer derselben führen.

Es wird angenommen, daß der Hauptgrund dafür, daß derartige Ansaug- und Entladevorrichtungen für Fluidmittel stärkere Vibrationen erzeugen, darin liegt, daß der keilförmige Rotor unsymmetrisch ist in Bezug auf seine mittlere Drehachse und daß beim Betrieb verschiedene Bewegungen von Teilen desselben auftreten. Der Grund wurde jedoch noch nicht erschöpfend ermittelt.

Selbst wenn der keilförmige Rotor hohl ausgebildet wird, so daß sein Schwerpunkt auf seiner Rotationsachse liegt, wie in der vorstehend genannten US-Patentschrift 3 552 886 dargestellt, treten während des Betriebes weiterhin beachtliche Vibrationen auf, wenngleich diese auch um ein bestimmtes Maß reduziert wurden.

Wenn ein System aus einem Rotor, einer Taumelplatte, Kolbenstangen und Kolben so ausgebildet wird, daß der Schwerpunkt des Systems auf der Rotationsachse der Antriebswelle liegt, so werden

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die.Vibrationen zwar stärker reduziert, die Reduzierung der Vibrationen ist jedoch noch unbefriedigend.

Eine dynamische Analyse des Systems aus Rotor, Taumelplatte, Kolbenstangen und Kolben (im folgenden mit "Betriebssystem" bezeichnet) führte zu folgenden Schlußfolgerungen:

1. Wenn der Schwerpunkt des Betriebssystems auf der Rotationsachse liegt, so entsteht in dem Betriebssystem eine Zentrifugalkraft gleichförmig um die Rotationsachse herum, so daß keine radialen Unwuchtkräfte auftreten können. Dementsprechend tritt keine radiale Vibration des Systems auf.

2. Während der Hin- und Herbewegung der Kolben und der Kolbenstangen treten aufgrund ihrer Massenträgheit axiale Kräfte auf. Die Gesamtsumme der axialen Kräfte kann jedoch gleich null sein, wenn sämtliche Kolben und Kolbenstangen in gleichen Winkelabständen voneinander um die Rotationsachse herum angeordnet sind und wenn sämtliche Kolben und Kolbenstangen gleiche Massen aufweisen. In diesem Falle treten keine axialen Vibrationen des Systems auf.

3. Die Axialkräfte aufgrund der Massenträgheit der Kolben und der Kolbenstangen greifen jedoch an verschiedenen Stellen der Taumelplatte an und erzeugen daher ein Drehmoment an der Taumelplatte um eine Achse senkrecht zur Rotationsachse.

Das Betriebssystem wird somit durch das Drehmoment in Vibration versetzt.

4. Wenn der Rotor nicht so ausgebildet ist, daß seine Massenverteilung symmetrisch ist in Bezug auf die Rotationsachse, so entsteht aufgrund von Zentrifugalkräften während der Drehung des Rotors ein Drehmoment, welches den Rotor um eine Achse senkrecht zur Rotationsachse dreht.

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Zur Reduzierung der Vibrationen bei einer Ansaug- und Entladevorrichtung für Fluidmittel, bei der ein keilförmiger Rotor und eine Taumelplatte zur Hin- und Herbewegung einer Mehrzahl von Kolben und Kolbenstangen verwendet werden, müssen daher die vorstehend unter 3. und 4. beschriebenen Drehmomente beseitigt werden, zusätzlich zur Ausbildung des Betriebssystems mit dem Schwerpunkt auf der Rotationsachse.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Ansaug- und Entladevorrichtung für Fluidmittel der eingangs beschriebenen Art zu schaffen, bei dem die während des Betriebs auftretenden Vibrationen reduziert werden. Dieses Ziel soll durch eine Vorrichtung mit einfachem Aufbau erreicht werden. Dabei soll von einer geeigneten Bestimmung der Schwerpunkte und der Unwucht der Taumelplatte und des Rotors Gebrauch gemacht werden. Es soll in dem System während des Betriebs ein Drehmoment erzeugt werden, welches das Drehmoment aufgrund der Massenträgheit der Kolben und der Kolbenstangen kompensiert, wodurch eine beträchtliche Reduzierung der Vibrationen der Vorrichtung erzielt werden soll.

Diese Aufgabe wird durch eine Ansaug- und Entladevorrichtung der eingangs beschriebenen Art gelöst, die gemäß der Erfindung dadurch gekennzeichnet ist, daß der Schwerpunkt der Taumeleinrichtung mit dem TaumelbewegungsZentrum zusammenfällt, der Schwerpunkt des Rotors auf der Achse der Antriebswelle liegt, zwei durch eine gedachte Ebene getrennte Teile des Rotors in axialer Richtung in einem Abstand voneinander angeordnete Schwerpunkte aufweisen, wobei die Ebene durch die Achse der Antriebswelle geht und senkrecht ist zu einer durch die Achse und den auf der geneigten Oberfläche dem Zylinderblock am nächsten liegenden Punkt definierten Ebene und der Abstand so gewählt ist, daß am Rotor während der Drehung desselben aufgrund von Zentrifugalkräften auftretende Drehmomente kompensiert werden durch durch die Massenträgheit der Kolben, der Kolbenstangen und der Taumeleinrichtung während deren Hin- und Herbewegung erzeugte Drehmomente,

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Gemäß einer Ausbildungsform der Erfindung besitzt die Ansaug- und Entladevorrichtung einen keilförmigen Rotor, eine Taumelplatte und eine Mehrzahl von Kolben und Kolbenstangen, wobei die Taumelplatte so ausgebildet ist, daß ihr Schwerpunkt mit ihrem TaumeIbewegungsZentrum zusammenfällt, sämtliche Kolben und Kolbenstangen jeweils gleiche Massen aufweisen und unter gleichen Winkelabständen um die mittlere Achse des Rotors herum angeordnet sind, der Rotor so ausgebildet ist, daß sein Schwerpunkt auf seiner mittleren Achse liegt und wobei der Schwerpunkt des Systems aus dem Rotor, der Taumelplatte, den Kolben und den Kolbenstangen auf der mittleren Achse des Rotors liegt. Der Rotor ist ferner so ausgebildet, daß die Schwerpunkte zweier durch eine gedachte Ebene getrennter Teile des Rotors in axialer Richtung durch einen vorbestimmten Abstand voneinander getrennt sind, wobei die gedachte Ebene die mittlere Achse enthält und senkrecht ist zu einer anderen Ebene, die durch die mittlere Achse und den auf einer geneigten Oberfläche des keilförmigen Rotors liegenden Punkt definiert ist, der dem Zylinderbohrungen für die Kolben aufweisenden Zylinderblock am nächsten liegt. Der axiale Abstand ist so bestimmt, daß ein Drehmoment aufgrund der am Rotor während seiner Drehbewegung entstehenden Zentrifugalkräfte ein Drehmoment kompensieren kann, das auf der Massenträgheit der Kolben, der Kolbenstangen und der Taumelplatte während der Hin- und Herbewegung derselben beruht.

In weiterer Ausbildung der Erfindung ist die Taumelplatte so gestaltet, daß ihr Schwerpunkt auf einer durch das Taumelbewegungszentrum gezogenen Senkrechten zur geneigten Oberfläche des Rotors liegt. Der Rotor ist mit einem Unwuchtgewicht an einer Winkelstellung versehen, die gegenüber der Winkelstellung des Schwerpuktes der Taumelplatte um die mittlere Achse des Rotors verdreht ist. Das Unwuchtgewicht ist so bestimmt, daß eine durch die Drehung des Schwerpunktes der Taumelplatte um die mittlere Achse des Rotors her.um entstehende Zentrifugalkraft durch eine Zentrifugalkraft kompensiert wird, die auf dem Unwuchtge-

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wicht während der Drehung des Rotas beruht, wodurch das System im ausgewuchteten Zustand gehalten wird. Diese beiden Zentrifugalkräfte bewirken ein Drehmoment, das das Drehmoment aufgrund der Massenträgheit der Kolben, der Kolbenstangen und der Taumelplatte teilweise kompensiert. Daher wird der vorbestimmte Axialabstand zwischen den Schwerpunkten der beiden Abschnitte des Rotors so bestimmt, daß ein Drehmoment aufgrund von Zentrifugalkräften während der Drehbewegung des Rotors erzeugt wird, welches den Drehmomentunterschied aufgrund der Massenträgheit der Kolben, der Kolbenstangen und der Taumelplatte kompensieren kann.

Weitere Merkmale und Zweckmäßigkeiten der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Figuren. Von den Figuren zeigen:

Fig. 1 eine Schnittansicht einer Ausfihrungsform der Erfindung;

Fig. 2 eine Draufsicht auf einen Zylinderblock gemäß Fig. 1 von hinten gesehen;

Fig. 3a die Beziehung zwischen den Kräften, die in einem Betriebssystem aus einem Rotor, einer Taumelplatte, Kolben und Kolbenstangen gemäß der Darstellung von Fig. auftreten;

Fig. 3b die Beziehung zwischen den an einer Taumelplatte gemäß Fig. 1 angreifenden Kräften;

Fig. 4a eine Ansicht zur Beschreibung der Drehbewegung des Rotors nach Fig. 1;

Fig. 4b eine Ansicht zur Beschreibung der Taumelbewegung einer Taumelplatte nach Fig. 1;

Fig. 5a eine Schnittansicht eines gegenüber der Darstellung von Fig. 1 geänderten Rotors;

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Fig. 5b eine Seitenansicht eines in Fig. 5 dargestellten Ringe leinen te s;

Fig. 6 die Beziehungen zwischen Kräften, die in einem Betriebssystem aus einem Roter, einer Taumelplatte, Kolben und Kolbenstangen bei einer gegenüber Fig. 1 abgewandelten Form entwickelt werden; und

Fig. 7 eine Schnittansicht eines bei der abgewandelter Ausführungsform gemäß Fig. 6 verwendeten Rotors.

Fig. 1 zeigt einen erfindungsgemäßen Kühlmxttelkompressor. Der Kompressor umfaßt ein Gehäuse 11 mit einem Zylinderblock 11A an seinem einen Ende und einem hohlen Teil 11B an seinem anderen Ende.

Der hohle Teil 11B trägt eine Stirnabdeckplatte 12 mittels Schrauben, und der Zylinderblock 11A trägt einen Zylinderkopf 13 und eine Ventilplatte 14 mittels Bolzen 15, so daß eine geschlossene Gehäusesinheit des Kompressors gebildet wird.

Der Zylinderblock 11A ist mit einer Mehrzahl Zylindern 16 ausgebildet (in Fig. 2 sind fünf Zylinder gezeigt), in denen jeweils Kolben 17 gleitend eingepaßt sind.

In dem hohlen Teil 11B sind ein keilförmiger Rotor 18 und eine Taumelplatte 19 angeordnet. Der Rotor 18 ist auf einer Antriebswelle 20 befestigt, die in einem Achslager 21 in der Stirnabdeckplatte 12 gelagert ist, und der Rotor 18 wird somit durch Drehung der Welle 20 in Drehung versetzt.

Die Stirnabdeckplatte 12 ist mit einem Hohlraum 22 für eine Achsdichtung versehen, in dem eine Achsdichtung 2 3 eingesetzt ist, um die sich in den Hohlraum 22 erstreckende Antriebswelle 20 abzudichten.

Die Taumelplatte 19 steht mit sämtlichen Kolben 17 über Verbindungsstangen 24 in Verbindung. Wie in den vorstehend genannten

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US-Patentschriften beschrieben, ist die Taumelplatte 19 drehfest in dem Gehäuse angeordnet. Ferner ist ein Paar zahnradähnlicher Elemente 25, 25' dargestellt, es kann jedoch ebenfalls der in der US-Patentschrift 3 761 202 beschriebene Querachsenmechanismus verwendet werden.

Durch Drehung der Welle 20 werden somit sämtliche Kolben 17 in den jeweiligen Zylindern 16 in bekannter Weise hin und her bewegt.

Zwischen dem Rotor 18 und der Stirnabdeckplatte 12 ist ein Axiallager 26 angeordnet, beispielsweise ein Rollenlager oder ein Nadellager, und es wird dadurch ein Spalt 27 um die Welle 20 herum gebildet.

Ein zweiter Spalt 28 wird zwischen dem Rotor 18 und der Taumelplatte 19 durch ein zweites Axiallager 29 gebildet.

Der Zylinderkopf 13 ist mit einer Saugkammer 131 und einer Auslaßkammer 132 versehen, die durch eine Wandung 133 getrennt sind, wie in der Technik wohlbekannt.

Die Ventilplatte 14 weist Saugöffnungen 141 und Auslaßöffnungen 142 auf, die jeweils zu der Saugkammer 131 bzw. der Auslaßkammer 132 sowie zu jedem Zylinder 16 ausgerichtet sind. Die Ventilplatte 14 ist mit einem Ansaugzungenventil 143 und einem Auslaßzungenventil 144 versehen, wie in der Technik wohlbekannt ist.

Im Betrieb wird die Antriebswelle 20 vom Motor eines Fahrzeuges über eine Kraftübertragungseinrichtung in Drehung versetzt. Der keilförmige Rotor 18 wird zusammen mit der Antriebswelle 20 gedreht, um die drehfeste Taumelbewegung der Taumelplatte 19 zu bewirken. Die Kolben 17 werden so in den jeweiligen Zylindern 16 mit von einem zum anderen verschiedener Phasenlage der Hin- und Herbewegung angetrieben. Durch die Hin- und Herbewegung der Kolben wird gasförmiges Kühlmittel in den Zylindern angesaugt und aus diesen entladen.

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Der wesentliche Aufbau und die Betriebsweise des in den Figuren 1 und 2 dargestellten und vorstehend beschriebenen Kompressors ist ähnlich wie bei den in den vorstehend genannten US-Patentschriften beschriebenen Kompressoren.

Der hier beschriebene Kompressor v/eist den im folgenden beschriebenen Aufbau auf.

Die Taumelplatte 19 ist so ausgebildet, daß ihr Schwerpunkt mit dem Taumelmittelpunkt zusammenfällt, welcher auf der Mittelachse der Antriebswelle 20 liegt. Der Taumelmittelpunkt ist ein Punkt, um den die Taumelplatte 19 taumelt, d.h. ein Mittelpunkt 0 der Kugel 30 zwischen den zahnradähnlichen Elementen 25 und 25'.

Der Schwerpunkt der Taumeleinrichtung bzw. der eine Taumelbewegung ausführenden Teile liegt im Mittelpunkt der Taumelbewegung, wobei die taumelnden Teile das Lager 29, die Verbindungselemente mit den Kolbenstangen 24 und die Taumelplatte 19 umfassen.

Alle Kolben und Kolbenstangen 17, 24 weisen gleiche Massen auf und sind in gleichem Winkelabstand voneinander um die mittlere Achse der Antriebswelle 20 herum angeordnet.

Der Rotor ist so ausgebildet, daß sein Schwerpunkt auf der mittleren Achse der Antriebswelle 20 liegt.

Somit liegt der Schwerpunkt des Systems mit dem Rotor 18, der Taumelplatte 19, den Kolbenstangen 24 und den Kolben 17 auf der mittleren Achse der Antriebswelle. Daher können keine radialen Unwuchtkräfte bzw. Unwuchtzentrifugalkräfte in diesem System entwickelt werden, während die Antriebswelle in Drehung versetzt wird, um das System anzutreiben. Dies führt dazu, daß in dem Gerät keine radialen Vibrationen auftreten.

Es soll jedoch betont werden, daß an dem System Axialkräfte

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während der Hin- und Herbewegung der Kolben 17 und der Kolbenstangen 24 aufgrund von deren Massenträgheit angreifen können. Da jedoch alle Kolben und Kolbenstangen 17, 24 gleiche Massen aufweisen und mit gleichem Winkelabstand voneinander um die mittlere Achse der Antriebswelle 20 herum angeordnet sind, sind die Axialkräfte F und F¹ in ihrer Stärke einander gleich, jedoch entgegengesetzt gerichtet; diese Kräfte greifen an der Taumelplatte 19 auf beiden Seiten einer gedachten Ebene an, die die mittlere Achse der Antriebswelle umfaßt und rechtwinklig ist zu einer anderen Ebene, die von der mittleren Achse und einem Punkt auf der Taumelplatte nächst des Zylinderblocks 11A definiert ist. Dies ist in Fig. 3b dargestellt.

Die Gesamtsumme der Axialkräfte ist somit ebenfalls gleich null. Dies bedeutet, daß das System in axialer Richtung nicht vibriert.

Die entgegengesetzten Kräfte F und F¹ entwickeln jedoch ein Drehmoment an der Achse rechtwinklig zu der mittleren Achse der Antriebswelle 20, aufgrund der verschiedenen Angriffspunkte.

Dieses Drehmoment muß beseitigt werden, da es zu Vibrationen des Gerätes führen kann.

Bei der beschriebenen Ausführungsform ist der Rotor 18 so ausgebildet, daß, wie in Fig. 3a dargestellt, die Schwerpunkte von zwei Abschnittshälften des Rotors, die durch eine Ebene getrennt werden, in axialer Richtung einen vorbestimmten Abstand voneinander aufweisen, wobei die Ebene die mittlere Achse des Rotors enthält und rechtwinklig ist zu einer anderen Ebene, die von der mittleren Achse und einem Punkt auf der geneigten Oberfläche des Rotors nächst dem Zylinderblock 11A definiert ist. D.h., ein Schwerpunkt G_R einer Abschnittshälfte, welche den Punkt nächst dem Zylinderblock enthält, ist in axialer Richtung um einen Abstand Xj von dem anderen Schwerpunkt G_R der anderen Abschnittshälfte entfernt.

Während der Drehbewegung des Rotors bewirken somit an den Schwerpunkten G_ und G_ß angreifende Zentrifugalkräfte F_R und F_ß ein

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Drehmoment zur Drehung des Rotors 18 um eine Achse rechtwinklig zur mittleren Achse des Rotors.

Das von den Zentrifugalkräften bewirkte Drehmoment ist entgegengesetzt gerichtet zu dem Drehmoment aufgrund der Schwerkraft der Kolben und der Kolbenstangen.

Wenn also der Abstand X₂ in axialer Richtung zwischen den Schwerpunkten G_R und G_ß so gewählt wird, daß das Drehmoment aufgrund der Zentrifugalkräfte das Drehmoment aufgrund der Massenträgheit der Kolben und der Kolbenstangen kompensiert, so können jegliche Vibrationen des Gerätes unterdrückt werden, die durch das Drehmoment aufgrund der Hin- und Herbewegung der Kolben und der Kolbenstangen erzeugt werden.

Dies soll nachstehend unter Bezugnahme auf die Figuren 3a, 4a und 4b erläutert werden.

Wenn der Rotor 18 mit einer Wücelgeschwindigkeit uj (rad/sec) gleichzeitig mit der Drehung der Antriebswelle 20 in Drehung versetzt wird, so bewegen sich die zwei Punkte P und Q auf der Taumelplatte 19 in axialer Richtung hin und her, jedoch in zueinander entgegengesetzten Richtungen, aufgrund der Taumelbewegung der Taumelplatte 19 über einen Winkelbereich 2<χ , wie in Fig. 4b dargestellt, α ist ein Neigungswinkel der geneigten Oberfläche des Rotors 1 8.

Das Drehmoment P₁ aufgrund der Hin- und Herbewegung der Kolben 17 ist durch die folgenden Gleichungen gegeben:

P₁ '« Ä- (W_r X)₁ cos u; t (gr.cm) (1)

(W_r X)₁ = 2±^L JN (_Wp + w_R)R₀ ² + § d'.f'.R'²] (gr.cm) (2) ,

worin g die Schwerebeschleunigung (cm/see ), t die von dem in Fig. 3a dargestellten Zustand aus verstrichene Zeitspanne, W_p

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das Gewicht eines Kolbens (Gramm), W_R das Gewicht einer Kolbenstange, N die Anzahl der Zylinder, R~ der Radius des Kreises, nach dein die Kolben angeordnet sind und JL das Verhältnis des ümfanges eines Kreises zu seinem Durchmesser ist. d¹, f und R¹ sind Dicken, Dichten und Radius einer gleichförmigen Kreisplatte, die zu den eine Taumelbewegung ausführenden Teilen äquivalent ist.

Es soll betont werden, daß die während der Hin- und Herbewegung der Kolben auftretenden Axialkräfte auf der Massenträgheit nicht nur der Kolben 17 und der Kolbenstangen, sondern auch auf den eine Taumelbewegung ausführenden Teilen einschließlich der Taumelplatte 19, des Lagers 29 und anderer eine Taumelbewegung ausführender Teile beruhen.

Die Drehbewegung des Rotors bewirkt eine Taumelbewegung der Taumelplatte 19 über den Winkelbereich 2 <X . Zu diesem Zeitpunkt werden Punkte auf der geneigten Oberfläche des Rotors 18 mit der Winkelgeschwindigkeit u/ durch Drehung des Rotors verschoben, welche den Punkten P und Q auf der Taumelplatte 19 entsprechen.

Wenn t = 0, so entsprechen die Schwerpunkte G_R und G_ß jeweils den Punkten P und Q, wie in Fig. 3a dargestellt. Nach Ablauf einer Zeit t bewegen sich die Schwerpunkte G_R und G_ß um einen Winkelbereich a't, so daß die Schwerpunkte von G_R ivt und G_ßu;t, wie in Fig. 4a dargestellt, jeweils den Punkten P und Q entsprechen. Der axiale Abstand zwischen den Schwerpunkten G_R art und G_ß ttit beträgt X₂ cosufc.

Daher ist das von den Zentrifugalkräften aufgrund der Drehung des Rotors 18 erzeugte Drehmoment P₂ durch folgende Gleichung (3) gegeben, bei einer Winkelstellung, die den Punkten P und Q auf der Taumelplatte entspricht:

2
^P2 ⁼Hi"~ ^Wr ^X2 ^COSuit (gr.cm) (3)

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2
In dieser Gleichung bedeutet ⁴^- W eine Zentrifugalkraft bei einer beliebigen Wjikelsteilung des Rotors. Das negative Vorzeichen bedeutet, daß das Drehmoment P~ entgegengesetzt gerichtet ist zu dem Drehmoment P- in derselben Richtung.

Es ergibt sich, daß, wenn der Axialabstand x₂ so gewählt wird, daß er die folgende Gleichung (4) erfüllt:

P₁ + P₂ = 0 (4) ,

die Drehmomente P- und P₂ einander auslöschen, so daß keinerlei Vibrationen aufgrund des durch die Hin- und Herbewegung der Kolben 17 entwickelten Drehmoments erzeugt werden können.

Es soll betont werden, daß der Rotor 18 leicht so ausgebildet werden kann, daß er den gewünschten Axialabstand X₂ aufweist, ohne daß der Schwerpunkt des Rotors von seiner mittleren Achse abweicht. Dies wird erreicht dirch Bemessung der Form des im Rotor 18 gebildeten hohlen Teiles 181.

Dies kann jedoch ebenfalls erreiht werden, ohne die Form des hohlen Teiles entsprechend auszulegen, indem ein Ringelement auf den Rotor 18 und um diesen herum aufgepaßt wird, wie in den Figuren 5a und 5b gezeigt.

Gemäß den Darstellungen von Fig. 5a und 5b ist das Ringelement 31 so ausgebildet, daß es um einen Winkel f> gegenüber seiner mittleren Achse geneigt ist und über seinen gesamten Umfang eine gleichmäßige Massenverteilung aufweist.

Das Ringelement 31 ist auf den Rotor 18 bzw. um diesen herum aufgepaßt und am Rotor mittels Schrauben 32 entfernbar befestigt, wie in Fig. 5a dargestellt.

Somit kann der Axialabstand X₂ leicht auf den erforderlichen Wert eingestellt werden, wenn Ringelemente mit verschiedenen Neigungswinkeln vorbereitet sind.

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In Fig. 6 ist eine Abwandlung der in Fig. 1 dargestellten Ausführung^tonn gezeigt. Die Taumelplatte 19 ist so ausgebildet, dÄB ihr Schwerpunkt G von dem TaumelbewegungsZentrum O abweicfheri kann TOiQ atrf einer von dem Taume lbewegungs ζ en tr um 0 aus gezogenen Senkrechten in Bezug auf die geneigte Oberfläche des,Rotors 18 liegen kann. Der Rotor 18 besitzt ein Unwuchtgewicht W_A bei einer Winkelstellung, die um 180° von der Winkelstellung dös Schwerpunktes G der Taumelplatte 19 verschoben ist.

Wenn in Betrieb die Taumelplatte 19 durch Drehung des Rotors 18 um das Täumelbewegurigszentrum 0 herum taumelt, so kann der Schwerpunkt G sich um die mittlere Achse des Rotors 18 drehen, so daß eine Zentrifugalunwuchtkraft F_r entstehen kann. Die Zentrifugalunwuchtkraft F_G kann jedoch durch eine andere Zentrifugalkraft F„ kompensiert werden, die durch Drehung des Unwuchtgewichtes W, bei Drehung des Rotors 18 entsteht, wenn das Unwuchtgewicht so gewählt wird, daß die Kraft F_n gleich der

anderen Kraft F^, ist.

Daher verbleibt das System mit dem Rotor, der Taumelplatte, den Kolben und den Kolbenstangen im ausgewuchteten Zustand, ähnlich wie bei der Ausfuhrungsform gemäß Fig. 1.

Die Zentrifugalkräfte F^ und F_n weisen jedoch bezüglich ihrer Angriffspunkte in axialer Richtung einen Abstand voneinander auf, so daß diese beiden Kräfte F-, und F_TT ein Drehmoment P₀ er-

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zeugen.

Das Drehmoment P^ ist entgegengesetzt dem Drehmoment P^ aufgrund der Hin- und Herbewegung der Kolben 17 in dieser Richtung. Daher wird das Drehmoment P., teilweise ausgelöscht durch das Drehmoment Ρ,.

Das verbleibende Drehmoment P- + P^ kann durch das Drehmoment P₂ kompensiert werden, das dadurch erzeugt wird, daß die Schwerpunkte G₀ und G₁₃ in axialer Richtung voneinander um einen vorbe-

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stimmten Abstand X2 entfernt sind, wobei es sich um die Schwerpunkte der Abschnittshälften des Rotors 18 handelt, der durch eine gedachte Ebene aufgeteilt wird, in ähnlicher Form wie in Verbindung mit Fig. 3a beschrieben.

Bei dieser abgewandelten Ausführungsform ist das durch das Drehmoment P₂ zu kompensierende Drehmoment um P^ kleiner als bei der Ausführungsform gemäß Fig. 1, so daß das Drehmoment P₂ kleiner ist als bei der Ausführungsform nach Fig. 1. Dies bedeutet, daß der Abstand x~ kleiner gewählt werden kann als bei der Ausführungsform nach Fig. 1. Dementsprechend kann die axiale Länge des Rotors 18 bei dieser Ausbildungsform verkürzt werden, und es kann somit eine Reduzierung der axialen Länge des Kompressors erreicht werden.

Durch die Bezeichnung des im Rotor 18 gebildeten hohlen Teiles 181 ist angedeutet, daß das Unwuchtgewicht W. im Rotor gebildet ist. Stattdessen kann dies erreicht werden, indem ein Gewicht am Rotor 18 angebracht wird, nachdem dieser in ausgewuchteter Form gebildet worden ist.

Ein Gewicht 182 ist in den Rotor 18 eingeformt und ist aus einem Werkstoff mit größerer Dichte als diejenige des Rotormaterials hergestellt. Beispielsweise ist der Rotor 18 aus Aluminium und das Gewicht 182 aus Eisen.

Zur Einstellung des Axialabstandes x« der Schwerpunkte G_R und G_ß kann ferner ein Ringelement 31 am Rotor 18 vorgesehen sein.

Wie bereits erwähnt schafft die Erfindung ein Fluidansaug- und -entladegerät, bei dem Kolben in entsprechenden Zylindern durch die Taumelbewegung einer durch die Drehung eines keilförmigen Rotors angetriebenen Taumelplatte hin und her bewegt werden und wobei das Gerät nicht nur so ausgebildet ist, daß keinerlei Unwuchtkräfte in radialer Richtung oder in axialer Richtung erzeugt werden, sondern daß auch jegliches durch die Hin- und Herbewegung der Kolben erzeugte Drehmoment beseitigt wird, wodurch die Vibrationen des Gerätes stark reduziert werden.

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Claims

PATENTANWALT DIPL.-PHYS. LUTZ H. PRÜFER - D-8OOO MÜNCHEN 9O

Sankyo Electric Company Limited, Gunma, Japan

Patentansprüche

{ 1 ·/Ansaug- und Entladevorrichtung für Fl^idmittel mit einer Mehrzahl von in einem Zylinderblock kreisförmig angeordneten Zylindern, jeweils in den Zylindern geführten Kolben und einer die Kolben über Kolbenstangen antreibenden Antriebseinrichtung mit einer Antriebswelle, einem auf dieser befestigten keilförmigen Rotor mit einer zur Antriebswelle geneigten Oberfläche und einer durch diesen in eine Taumelbewegung versetzbaren, mit den Kolbenstangen zur Hin- und Herbewegung der Kolben bei jeweils verschiedener Phasenlage der Kolbenbewegung in Eingriff stehenden Taumeleinrichtung, dadurch gekennzeichnet, daß der Schwerpunkt der Taumeleinrichtung mit dem Taumelbewegungszentrum (0) zusammenfällt,

der Schwerpunkt des Rotors (18) auf der Achse der Antriebswelle (20) liegt,

zwei durch eine gedachte Ebene getrennte Teile des Rotors (18) in axialer Richtung in einem Abstand (x₂) voneinander angeordnete Schwerpunkte aufweisen, wobei die Ebene die Achse der Antriebswelle (20) enthält und senkrecht ist zu einer durch die Achse und den auf der geneigten Oberfläche dem Zylinderblock (11A) am nächsten liegenden Punkt definierten Ebene und der Abstand (x₂) so gewählt ist, daß am Rotor (18) während der Drehung desselben aufgrund von Zentrifugalkräften auftretende

PATENTANWALT DIPL.-PHYS. LUTZ H. PRÜFER ■ D-8O0O MÜNCHEN ΘΟ · WILLROIDERSTR. 8 · TEL. (Ο88) 64Ο64Ο

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Drehmomente kompensiert werden durch durch die Massenträgheit der Kolben (17), der Kolbenstangen (24) und der Taumeleinrichtung (19) während deren Hin- und Herbewegung erzeugte Drehmomente .
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Rotor (18) mit einem auf ihn aufgepaßten und an ihm befestigten Ringelement (31) versehen ist und das Ringelement (31) so ausgebildet ist, daß sein Schwerpunkt im Mittelpunkt des Ringelements

(31) liegt und daß es zur Antriebswelle (20) geneigt werden kann, wodurch der Abstand (x?) zwischen den Schwerpunkten der durch die gedachte Ebene getrennten Teile des Rotors (18) auf den vorbestimmten Wert eingestellt werden kann.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schwerpunkt der Taumeleinrichtung (19) auf einer durch den Punkt, um den die Taumeleinrichtung (19) taumelt, senkrecht zur geneigten Oberfläche des Rotors (18) gezogenen Senkrechten liegt, der Rotor (18) mit einem Unwuchtgewicht (182) unter einer gegenüber der Winkelstellung des Schwerpunktes der Taumeleinrichtung (19) um die Achse der Antriebswelle (20) gedrehten Winkelstellung versehen ist, wobei eine durch die Drehung des Schwerpunktes der Taumeleinrichtung (19) um die Achse herum entstehende Zentrifugalkraft durch eine bei der Drehung des Rotors (18) entstehende Zentrifugalkraft aufgrund des Unwuchtgewichtes (182) kompensiert wird und

der Rotor (18) so ausgebildet ist, daß durch den axialen Abstand (X2) zwischen den Schwerpunkten der zwei durch die gedachte Ebene getrennten Teile des Rotors (18) ein Drehmoment aufgrund der Zentrifugalkräfte während der Drehung des Rotors (18) bewirkt wird, das ein Drehmoment aufgrund des Schwerpunktes der Taumeleinrihtung (19) und des Unwuchtgewichtes (182) sowie das Drehmoment aufgrund der Massenträgheit der Kolben (17), der Kolbenstangen (24) und der Taumeleinrichtung (19) während deren Hin- und Herbewegung kompensiert.

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4. Vorrichttang nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, -daß der keilförmige Rotor (18) mittels eines Axiallagers (26) auf einer Gehäusestirnplatte (12) gelagert ist und eine an einem Ende des Rotors (18) gegenüber der Gehausestirnplatte (12) geöffnete Aushöhlung aufweist, so daß der Schwerpunkt des Rotors (18.) auf der mittleren Achse der Antriebswelle (20) liegt und der Abstand (X2) zwischen den Schwerpunkten der

durch die gedachte Ebene getrennten Teile des Rotors gebildet wird.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß zur Bildung des ünwuchtgewichtes am Rotor (18) ein Gewicht am Rotor (18) befestigt ist.
6.. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Rotor (18) aus Aluminium gebildet ist und ein Eisengewicht in den Aluminiumrotor eingeformt ist zur Bildung des Unwuchtgewichtes am Rotor (18) .
7. Änsaug- und Entladevorrichtung für Fluidmittel mit einem im wesentlichen zylindrischen Gehäuse, einem an einem Ende des Gehäuses angeordneten Zylinderblock mit einer Mehrzahl von darin axial ausgerichteten, ringförmig in gleichen Abständen voneinander angeordneten Zylindern, einer Mehrzahl von jeweils in den Zylindern gleitend eingepaßten Kolben, einer Mehrzahl von jeweils mit den Kolben verbundenen Kolbenstangen, einer am anderen Ende des Gehäuses befestigten, dieses verschließenden Stirnplatte, einer in der Stirnplatte drehbar gelagerten, sich von außen in das Innere des Gehäuses durch die Stirnplatte hindurch erstreckenden Antriebswelle, wobei sich die Antriebswelle längs einer durch den Mittelpunkt der Zylinder verlaufenden Achse erstreckt, mit einem keilförmigen, am inneren Ende der Antriebswelle befestigten Rotor zur gemeinsamen Drehung mit der Antriebswelle innerhalb des Gehäuses, wobei der Rotor eine zur Antriebswelle um einen vorbestimmten Winkel geneigte Endfläche an seinem einen Ende gegenüber seinem anderen, der Stirnplatte

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zugewandten Ende aufweist, mit einer nahe an der geneigten Oberfläche des Rotors und auf dieser drehbar gelagerten Taumeleinrichtung, einer Einrichtung zur Lagerung der Taumeleinrichtung in ihrer Stellung unter Ermöglichung einer Taumelbewegung der Taumeleinrichtung um einen Punkt auf der Achse und mit einer Mehrzahl von Gelenkverbindungseinrichtungen zur Verbindung der Mehrzahl der Kolbenstangen mit der Taumeleinrichtung an verschiedenen Winkelstellungen darauf^ jeweils entsprechend den Winkelstellungen der Kolbenstangen, wodurch die Kolben in den entsprechenden Zylindern mit verschiedener Phase der Hin- und Herbewegung durch Drehung der Antriebswelle hin und her bewegt werden und das Ansaugen und das Entladen des Fluidmittels bewirken, dadurch gekennzeichnet, daß der Schwerpunkt der Taumeleinrichtung mit dem Punkt zusammenfällt, um den die Taumelbewegung der Taumeleinrichtung erfolgt, der Schwerpunkt des Rotors (18) auf der Achse liegt, die Schwerpunkte von zwei durch eine gedachte Ebene getrennten Abschnitten des Rotors (18) in axialer Richtung durch einen vorbestimmten Abstand (x₂) getrennt sind, wobei die Ebene durch die Achse geht und senkrecht ist zu einer Ebene, die definiert ist durch die Achse und den auf der geneigten Fläche dem Zylinderblock am nächsten liegenden Punkt, und der Abstand so gewählt ist, daß ein am Rotor (18) während der Drehung desselben aufgrund von Zentrifugalkräften auftretendes Drehmoment kompensiert wird durch ein durch die Massenträgheit der Kolben (17), der Kolbenstangen (24) und der Taumeleinrichtung während deren Hin- und Herbewegung erzeugtes Drehmoment.

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