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Radialverdichter
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Die Erfindung betrifft einen Radialverdichter, insbesondere einen
solchen mit Kulissenantrieb, zur Verwendung bei einem Klimagerät für Automobile9
Klimaanlagen, die im Kraftverkehr eingesetzt werden, erfordern Kompressoren, die
klein sind und geringes Gewicht haben und die sich bequem in das Fahrzeug einbauen
lassen und die sich außerdem von ein und demselben Antriebs-Riemensystem antreiben
lassen, wie jenem, daß das Gebläse, den Generator sowie die Servopumpe antreibt.
Es hat sich erwiesen, daß diese Anforderungen von einem Radialkompressor erfüllt
werden, bei welchem eine Mehrzahl von Kolben in Zylindern hin- und hergehen, die
ihrerseits radial um eine Kurbelwelle herum angeordnet sind.
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Bei diesem Typ von Kompressoren steht jedoch eine Schwierigkeit darin,
die Kolben mit der Kurbelwelle und dem Kurbelwellengehäuse zusammenzubauen. Eine
vorbekannte Ausführungsform besteht darin, die Kolben durch die Zylinder einzuführen
und sie dann im Preßsitzum Joch zu befestigen0 Besser noch ist jene Ausführungsform
nach US-PS 3'910 164, bei welchem das Kurbelwellengehause des Radialkompressors
in zwei Hälften zerteilt ist, deren jede eine
Mehrzahl von halbzylindrischen
Querausparungen aufweist. Dabei wird der einzelne Kolben in eine der Kurbelgehäuse-Hälften
eingesetzt und dann wird die andere Hälfte hieran befestigt. Dabei wird eine flexible
Ringdichtung aus einem geeigneten Material wie Teflon o.dgl. von relativ weitem
Durchmesser vorgesehen, um Toleranzunterschiede zwischen den miteinander fluchtenden
und die Kolbenbohrungen bildenden Queraussparungen auszugleichen. Bei dieser Bauart
ist es schwierig, eine gute Dichtung zwischen den Hälften des Kurbelwellengehäuses
zu schaffen, was jedoch zum Verhindern von Leckage notwendig ist. Insbesondere bei
Aluminiumgehäusen ist dieses Problem sehr gravierend, da dieses Material von Natur
aus eine poröse Oberfläche hat ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG Die genannten Nachteile
der vorbekannten Bauarten von Radialkompressoren werden durch die Anwendung der
Erfindung behoben. Dabei werden die Kolben vor dem Einbau in das Kurbelwellengehäuse
mit ausgestanzten Stahlzylinderauskleidungen zusammengebaut. Die Auskleidungen verhindern
jegliche Leckage im Bereich der Trennstellen zwischen den Kurbelwellengehäuse-Hälften
und lösen auch das Problem des Verschleißes gegen die Aluminiumkolben.
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Die Erfindung betrifft insbesondere solche Radialkompressoren, die
jeweils ein Kurbelwellengehäuse mit einer Mehrzahl von radial angeordneten Zylindern
aufweisen, ferner mit einer im Kurbelwellengehäuse drehbar gelagerten Kurbelwelle,
die im Zentrum der Zylinder gelagert ist, und mit Kolben, die an der Kurbelwelle
angreifen und
in den Zylindern eine hin- und hergehende Bewegung
ausführen. Das Kurbelwellengehäuse ist geteilt und besteht aus zwei Hälften, die
in einer Ebene zusammengefügt sind, welche die Zylinder axial schneidet. Die Erfindung
betrifft insbesondere das Anordnen zylindrischer Auskleidung oder Buchsen in jedem
der Zylinder, womit eine Gleitfläche für den jeweiligen Kolben geschaffen wird und
womit außerdem die Schnittfläche zwischen den Kurbelwellengehäuse-Hälften abgedichtet
wird; ferner sind Maßnahmen zum Abdichten eines jeden Endes jedes der Auskleidungen
getroffen9 Ferner betrifft die Erfindung ein -Verfahren zum Zusammenbauen des Radialverdichters,
wobei die beiden Kurbelwellengehäuse-Hälften halbaxiale Ausnehmungen aufweisen,
welche in zusammengebautem Zustand die Zylinder bilden. Das genannte Verfahren umfaßt
die folgenden Verfahrensschritte: Es wird eine Mehrzahl von Kolben vorgesehen und
es werden die einzelnen Kolben in die einzelnen zylindrischen Buchsen eingeführt;
werden die Kolben mit den Buchsen in die entsprechenden halbzylindrischen Ausnehmungen
in einer der Kurbelwellengehöuse-Hölften einführt, sodann wird die andere Kurbelwellengehäuse-Hälfte
auf die erstgenannte Hälfte aufgeseit, so daß deren halbzylindrische Ausnehmungen
die zylindrischen Auskleidungen umschließen, und schließlich werden die Kurbelwellengehäuse-Hälften
aneinander montiert.
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Die Auskleidungen, die von den entsprechenden Flächen der hulbzylindrischen
Aussparungen berührt werden, dienen auch zum Ausrichten zweier Aussparungen eines
entsprechenden Paares in tangentialer Richtung relativ zur Achse der Kurbelwelle.
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Der Erfindung liegt weiterhin die Aufgabe zugrunde, einen Radialkompressor
mit gespaltenem Kurbelwellengehäuse zu schaffen, wobei die Kurbelwellen in den Zylinderwdnden
und im Bereich der Trennebene zwischen den beiden Gehäusehälften mit Stahlzylinderbuchsen,
in denen die Kolben auf- und abgehen, abgedichtet werden.
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Durch die Erfindung wird weiterhin die Aufgabe des Kühlens der rotierenden
Dichtung eines solchen Kompressors gelöst; es wird ein Teil des eintretenden Kühlmittels
in die Dichtungs-Ausnehmungen durch einen Kanal in der Kurbelwelle geleitet.
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Weitere erfinderische Merkmale sind den Patentansprüchen und der Figurenbeschreibung
zu entnehmen.
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BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN ~====o====a ===o= = ~ Fig. 1 stellt im
Querschnitt einen Radialkompressor gemäß der Erfindung mit Kulissenantrieb (scotch
yoke) dar.
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Fig. 2 ist eine Stirnansicht des Kompressors, Fig. 1 von der rechten
Seite her gesehen, und zwar teilweise geschnitten.
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Fig. 3 ist eine Draufsicht auf eines der einteiligen Kolben-Joch-Elemente
des Kompressors.
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Fig. 4 ist eine Schnittdarstellung von Fig. 3, und zwar entlang der
Schnittlinie IV-IV und in Richtung der Pfeile gesehen; Fig. 5 ist eine stirnseitige
Ansicht (Endansicht) der Kolben-Joch-Elemente;
Fig. 6 ist eine
perspektivische Explosionsdarstellung des Kurbelwellengehäuses; Fig. 7 ist eine
Querschnittsansicht einer abgewandelten Ausführungsform der Erfindung.
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Wie man aus den Figuren im einzelnen erkennt, umfaßt der Kompressor
gemäß der Erfindung ein Kurbelwellengehäuse 10, das aus zwei Hälften 12 und 14 besteht,
die mittels Schrauben 18 durch Rippen 20 hindurchgeführt sind, an der Trennebene
16 zusammengefügt sind (siehe beispielsweise Fig. 6). Jede der Kurbellengehduse-Htilften,
die vorzugsweise aus Guß-Aluminium bestehen, umfaßt vier halbzylindrische Bohrungen
22, welche die Zylinderwände bilden. In zusammengefügtem Zustand der Hälften 12
und 14 bilden die jeweiligen Bohrungen 22 gemeinsam den Zylinder 24.
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Der Kompressor ist ein Radialkompressor vom "scotch-yoke-Typus".
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Er umfaßt ein Paar einteilige, jeweils mit zwei Enden ausgestattete
Kolben-Joch-Elemente 26 und 28. Diese sind mit Jochgleitbuchsen 30 und Kurbelwelle
32 vormontiert. Ferner ist ein vormontiertes Nadellager 24 vorgesehen. Dieses umfaßt
eine Vielzahl von Nadeln 36, die sich in einem Ring 38 befinden; dieses Lager erlaubt
eine relative Drehbewegung zwischen Joch-Gleitführung 30 und Kurbelwellenexzenter
40. Durch diese Art von Lager ist ein leichter Zusammenbau des Kompressors möglich,
statt der lose montierten Nadel, die Rückhalteplatten erforderlich machen.
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Kolben 26 sind in entsprechende, ausgestanzte, zylindrische Stahlbuchsen
42 eingeführt. Diese haben an ihren äußeren Enden kurze Flansche 44. Kolben 26 und
Buchsen 42 sind vormontiert, wobei die Kolbenringe 46 eingesetzt sind. Die gesamte
Baueinheit mit Kurbelwelle
32, Kolben-Joch-Elementen 26, Gleitbuchse
30, Lager 34 und Zylinderbuchsen 42 werden in die linke Hälfte 14 des Kurbelwellengehäuses
10 eingebaut - siehe Fig. 1o Dabei ist die Kurbelwelle 32 in die Lager 48 eingeführt,
während die Buchsen 42 von den Bohrungen 22 aufgenommen sind.
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Ein Gegengewicht 50 ist an der Kurbelwelle 32 mittels einer Schraube
52 befestigt. Die andere Hälfte 12 des Kurbelwellengehäuses 10 wird sodann über
Lager 54 geschoben, das ebenfalls von jener Bauart mit gezogenem Ring ist, und zwar
wird das Gehäuse 10 soweit aufgeschoben, daß die halbzylindrischen Bohrungen 22
in Bezug auf die Buchsen 42 ausgerichtet sind, Die beiden Kurbelwellengehäuse-Hälften
12 und 14 werden sodann mittels der Schrauben 18 miteinander befestigt. Schließlich
werden Dichtungen 56 um das Gehäuse 10 eingelegt.
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Der Ventilmechanismus des Kompressors umfaßt Ventilplatten 58.
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Diese werden stramm gegen die Flansche 44 der Zylinderbuchsen 42 angezogen,
so daß sie diese am Gehäuse 10 festspannen, und zwar mittels Schnappringen 60. Ein
blattförmiges Abgabeventil 62 wird gegen Ventilplatte 58 mittels eines tellerförmigen
Halters 64 gehalten, der seinerseits an Ventilplatte 58 mittels Nieten 66 befestigt
ist. Beim Arbeitshub des Kolbens wird unter Druck stehendes Kühlmittel durch die
Öffnungen 67 hinter Ventil 62 gedrückt.
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Ein Saugklappenventil 68 wird mittels einer Schraube 72 vor den Saugöffnungen
70 an Ort und Stelle gehalten; die Schraube 72 ist im Kolben 26 eingeschraubt.
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Ein stählernes AuBengehäuse 73, das aus Frontdeckel 74 und rückwärtigem
Deckel 76 gebildet ist, dient dem Bilden von Einlaßkommer 78 und Auslaßkammer 80,
ferner zum Verringern von Leckage, die normalerweise bei porösen Fußflöchen aus
Aluminium auftritt.
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Deckel 76 liegt an Kupplungs- und Antriebsmechanismus 82 an, während
Deckel 74 an Kurbelwellengehäuse 10 mittels einer Schraube 84 befestigt ist. An
die Kammern 78 und 80 sind jeweils Saugleitungen 88 und Auslaßleitung 86 angeschlossen.
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In den Figuren 3, 4 und 5 ist eines der Kolben-Joch-Elemente 26 dargestellt.
Es weist eine kleiner, im wesentlichen quadratische Öffnung 90 zur Aufnahme der
Kurbelwelle 32 auf, und eine größere, im wesentlichen quadratische, offene Aussparung
92, in welcher die Gleitbuchse 30 läuft. Das Kolben-Joch-Element besteht vorzugsweise
aus GuBaluminium, was im Hinblick auf die Stahizylinderbuchsen 22 gute Verschleißbeständigkeit
bringt.
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Die Lager 48 sind mittels eines Halteringes 94 gehalten. Ein Stützring
96 liegt an Deckel 76 mittels Haltering 98 dicht an und dient als Stützorgan für
die Kupplungswicklung 100. Wicklung 100 ist in der ringförmigen Aussparung 102 in
der Riehmenscheibe 104 untergebracht. Die Riehmenscheibe 104 ist auf der Konsole
106 des Kurbelwellengehäuse 10 mittels Lagern 108 drehbar gelagert, Ein Sicherungsring
110 sorgt für die axiale Sicherung dieser Lager 108.
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Eine Nabe 112 ist an Welle 32 mittels einer Mutter- 114- befestigt.
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Eine Nabenplatte 116 ist an Anker 118 mittels Feder 120 befestigt.
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Die Feder 120 ist ihrerseits an Platte 116 und Anker 118 durch
Nieten
122 befestigt. Wird dièìWicklung 100 beaufschlagt, so wird Anker 118 an die drehende
Riehmenscheibe 104 angezogen und Platte 116 gelangt in reibenden Eingriff mit Flansch
124 auf Nabe 112, der mittels einer Paßfeder 126 auf die Welle 32 aufgekeilt ist.
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Auf diese Weise wird Welle 32 von Riehmenscheibe 104 dann angetrieben,
wenn Anker 100 beaufschlagt wird.
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Bei Verdichtern dieser Art steht ein ganz schwer wiegendes Problem
in der Leckage des Kühlmittels durch die Lager 48 und aus dem Kupplungsmechanismus
82 heraus. Um diese Leckage zu vermeiden, wird eine rotierende Dichtung vorgesehen.
Diese umfaßt einen Dichtungsring 128 mit geschliffener und geläppter Fläche 130,
einer Kohlenstoffdichtung 132 und einer Dichtung 134. Dichtungsplatte 122 ist gegen
die Konsole 106 des Kurbelwellengehäuses 10 mittels einer Dichtung 134 abgedichtet
und durch einen Schnappring 136 an Ort und Stelle gehalten. Die Kohlenstoffdichtung
132, die zusammen mit Welle 32 umläuft ist gegen Welle 32 durch einen O-Ring 138
abgedichtet und gegen die Dichtungsplatte 128 durch Feder 140 fest angepreßt. Die
Feder 140 ist durch einen Haltering 142 gehalten.
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Bei jener Art von Dichtung besteht ein Problem darin, daß sie erhebliche
Wärmemengen erzeugt. Im Hinblick auf das notwendige Kühlen und Schmieren ist die
Dichtung in eine Dichtungsaussparung 144 eingebracht. Ein Teil des hereinströmenden
Kuhlmittels wird in die Aussparung 144 durch Kanal 146 eingeführt. Kanal 146 steht
mit dem Kanal 148 größeren Durchmessers in der Welle 32 in Verbindung; dieser Kanal
wiederum kommuniziert mit der Saugkammer 78, und zwar Uber Kanal 150. Die Zylinder
24 hinter
den Kolben 26 stehen mit der Saugkammer 78 ueber die
Kanäle 152 in der Kurbelwelle 32 in Verbindung0 Durch diese Anordnung wird ein Teil
des Kühlmittels, welches in die Saugkammer 78 eingesaugt wird, durch Kanal 148 in
Kurbelwelle geleitet; ein Teil dieses Kühlmittels strömt in die abgedichtete Kammer
144 durch Kanal 146.
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Aus Kammer 144 strömt Kühlmittel zurück in die Zylinder 24, und zwar
über die Lager 48. Diese Anordnung sorgt dafür, daß die Kühlung der Einrichtung
noch wirkungsvoller vor sich geht, wobei das Kühlmittel zur rotierenden Dichtung
durch andere Mittel als durch den Kanal in der Kurbelwelle geleitet wird.
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Wird im praktischen Betrieb die Riehmenscheibe 104 angetrieben und
Spule 100 beaufschlagt, so wird Anker 118 bis zur Reibungsmitnahme an die Riehmenscheibe
104 herangezogen und treibt damit Kurbelwelle 32 an. Der umlaufende Extenter 140
bewegt die Joch-Gleitbuchse 30 auf einer Kreisbahn, so daß die Kolben-Joch-Elemente
26 in den betreffenden Zylindern 24 hin- und hergehen. Bei den Abwärtshüben wird
Kühlmittel in die Saugkammer 78 eingesaugt; ein Teil hiervon strömt durch die Kanäle
152 in die Zylinder 24. Der übrige Teil strömt dem Kanal 148 größeren Durchmessers
zu, der sich in der Kurbelwelle 32 befindet. Ein Teil dieses Kühimittels strömt
in die Zylinder 24 durch die Kanäle 154; der verbleibende Teil strömt durch Kanal
146 zur Kammer 144 um die rotierende Dichtung zu kühlen. Das Kühlmittel strömt sodann
aus Kammer 144 durch die Lager 48 in die Zylinder 24. Bei den Aufwärtsbewegungen
der Kolben wird unter Druck stehendes Kühimittel hinter dem Auslaßventil 62 in die
Kammer 80 gedrückt und von dort durch die Auslaßleitung 86 zu dem hier nicht dargestellten
Klimatisierungskondenser.
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Wie oben erläutert, werden die Kolben-Joch-Elemente 26 mit ihren Ringen
46 und mit den zylindrischen Buchsen 22 vormontiert und zusammen mit der Kurbelwelle
32, den Lagern 34 und der Joch-Gleitbuchse 30 als eine Einheit in die Kurbelwellengehäuse-Hälfte
14 eingebaut. Die andere Hälfte 12 des Kurbelwellengehäuses 10 wird auf diese vorgenannte
Baueinheit aufgebracht und an dieser ersten Hälfte 14 des Kurbelwellengehöuses 10
mittels Schrauben 18 befestigt. Nach dem Einsetzen der Ventileinrichtungen wird
Deckel 73 an Ort und Stelle befestigt.
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Eine weitere Ausführungsform einer Ruckhaltekupplungswicklung 100
ist in Figur 7 dargestellt. Hierin ist Wicklungskonsole 150 zwischen Lager 108 und
Konsole 106 eingespannt. Vordergehöuse 76 wird mittels eines angephasten Halteringes
158 unabhängig von Wicklungskonsole 156 gehalten. Hierdurch kann der Kompressor
ohne Einbau der Kupplung montiert und überprüft werden.