DE3732549C2 - Kompressor vom Taumelscheibentyp - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Kompressor vom Taumelschei­ bentyp nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 mit einem ver­ besserten Mechanismus zum Verhindern einer Rotation.

Kompressoren vom Taumelscheibentyp sind aus der Patentliteratur gut bekannt, z. B. aus US-Patent 3 552 886 und 3 712 759. Die oben erwähnten Kompressoren weisen ein Kompressorgehäuse, eine Frontendplatte, die auf einer Endöffnung des Kompressorgehäuses befestigt ist, und eine hintere Endplatte in Form eines Zylinder­ kopfes auf. Ein Kurbelgehäuse und ein Zylinderblock sind in dem Kompressorgehäuse gebildet. Eine Antriebswelle erstreckt sich von außen durch die Frontendplatte in das Innere des Kurbelgehäuses. Ein keilförmiger Nockenrotor ist auf dem inneren Ende der Antriebswelle befestigt. Eine Taumelscheibe ist auf der schrägen Oberfläche des Nockenrotors durch ein Drucklager angeordnet und wird ferner schwenkbar auf einer an einem Halterende einer Kugelpfanne angeordneten Stahlkugel gehalten, die nicht drehbar in einem Mittenloch des Zylinderblockes angeordnet ist. Die Drehbewegung der Taumelscheibe ist durch das Eingreifen eines in der Taumelscheibe befestigten Kegelzahnrades in ein auf dem Halterende der Kugelpfanne gebildetes Kegelzahnrad verhindert.

In derartigen Taumelscheibenkompressoren wird die Taumelscheiben­ welle drehbar in der Frontendplatte durch ein Achslager gehalten. Ferner wird die Antriebswelle durch ein zwischen einer inneren Endoberfläche der Frontendplatte und einer axialen Endoberfläche des Nockenrotors angeordneten Drucklagers gehalten. Da jedoch die Antriebswelle auslegerartig gehalten ist, besteht die Gefahr, daß das Achslager oder das Drucklager frißt oder zerstört wird, wenn der Kompressor unter Hochlastbetrieb,wie hohem Ansaugdruck oder hohem Auslaßdruck gefahren wird. Insbesondere steigt die Zerstö­ rungsgefahr, wenn der Winkel der abgeschrägten Fläche des Nocken­ rotors groß ist. Deshalb kann der Winkel der abgeschrägten Ober­ fläche des Nockenrotors nicht frei gewählt werden. Ferner wirkt die Belastung durch die Kompression exzentrisch auf das Achslager und das Drucklager, weshalb hoch belastbare Lager verwendet wer­ den müssen. Ein derartiges Lager ist verhältnismäßig teuer. Die oben beschriebene exzentrische Belastung wird nur durch die An­ triebsvorrichtung gehalten, so daß ein Durchbiegen und Verschie­ ben der Antriebsteile leicht eintreten kann, was ein Verringern der Vibrationen und Geräusche des Kompressors erschwert.

Aus der DE-PS 4 91 226 ist ein Taumelscheibenverdichter bekannt, bei dem die Taumelscheibe auf einem sphärischen Element gelagert ist und mit jeweils zwei gegenüberliegenden Kegelzahnrädern in Eingriff steht. Die Antriebswelle geht durch beide Kegelzahnräder und das sphärische Element hindurch.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen Kompressor vom Taumelschei­ bentyp zur Verfügung zu stellen mit einem verbesserten Mechanis­ mus zum Verhindern einer Rotation, der eine hohe Lebensdauer, niedrige Herstellungskosten, geringes Gewicht und verbesserte Vibrations- und Geräuscheigenschaften aufweist.

Diese Aufgabe wird durch einen Kompressor vom Taumelscheibentyp gelöst, der ein Kompressorgehäuse mit einem Kurbelgehäuse und einem mit einer axialen Mittenbohrung und einer Mehrzahl von Zylindern, die axial in gleichem Winkelabstand zueinander um die Mittenbohrung angeordnet sind, versehenen Zylinderblock aufweist. Eine Frontendplatte ist auf einer Endöffnung des Kompressorge­ häuses befestigt. Ein Zylinderkopf ist auf dem anderen Ende des Kompressorgehäuses zum Überdecken der Endoberfläche des Zylinder­ blockes befestigt. Eine Mehrzahl Kolben ist gleitend in jeden der Zylinder eingepaßt. Ein keilförmiger Nockenrotor ist in dem Kurbelgehäuse angeordnet und auf einer Antriebswelle befestigt. Eine Taumelscheibe ist durch Kolbenstangen mit den Kolben ge­ koppelt und auf der abgeschrägten Oberfläche des Nockenrotors zum Wandeln der Drehbewegung des Nockenrotors in eine Hin- und Her­ bewegung der Kolben angeordnet. Ein erstes Kegelzahnrad ist nicht drehbar in dem Kurbelgehäuse in Abgleich mit der Mittenbohrung des Zylinderblockes angeordnet. Ein zweites Kegelzahnrad ist auf der Taumelscheibe befestigt. Das erste bzw. zweite Kegelzahnrad haben erste bzw. zweite Kugelsitzteile. Die Antriebsachse er­ streckt sich zum drehbaren Lagern in der Mittenbohrung durch den Nockenrotor und die Taumelscheibe. Ein sphärisches Element wird auf der Antriebsachse und in dem Kurbelgehäuse gehalten, und der erste und zweite Kugelsitzteil der Kegelzahnräder sind auf dem sphärischen Element angeordnet. Das erste und zweite Kegelzahnrad greifen so ineinander, daß die Drehung des zweiten Kegelzahnrades und der Taumelscheibe durch das nicht drehbare erste Kegelzahnrad verhindert ist.

Weitere Merkmale und Zweckmäßigkeiten der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung eines Ausführungsbeispieles anhand der Figur.

Fig. 1 zeigt einen Querschnitt durch einen erfindungsgemäßen Kompressor vom Taumelscheibentyp.

Der in Fig. 1 gezeigte Kompressor weist ein Kompressorgehäuse, an dessen einem Endteil ein Zylinderblock 11 und an dessen ande­ rem Endteil ein Aushöhlungsbereich wie ein Kurbelgehäuse 12 vorgesehen ist, eine Frontendplatte 2 und einen Zylinderkopf 3 auf.

Zum Bilden einer geschlossenen Gehäuseanordnung des Kompressors ist die Frontendplatte 2 auf einer Endöffnung des Kurbelgehäuses 12 mit einer Mehrzahl Schrauben 24 angebracht, und der Zylinder­ kopf 23 zusammen mit einer Ventilplatte 4 ist auf einem Endteil des Zylinderblockes 12 durch eine Mehrzahl Schrauben 33 (eine von diesen ist in der Zeichnung gezeigt) angebracht. Eine Öffnung ist in der Frontendplatte 2 ausgebildet, und eine Antriebswelle 5 wird drehbar durch ein Lager, wie das Radialnadellager 7, gehalten, welches in der Öffnung angebracht ist. Die Frontendplatte 2 weist einen von ihrer vorderen Oberfläche hervorstehenden Ringmanschet­ tenteil 21 auf zum Umgeben der Antriebswelle 5 zum Bilden eines Wellenabdichtungsraumes.

Eine elektromagnetische Kupplung 22 ist auf dem Ringmanschetten­ teil 21 angeordnet und zum Übertragen einer Drehbewegung mit dem äußeren Endteil der Antriebswelle 5 verbunden. Die elektromagne­ tische Kupplung 22 weist vorzugsweise einen drehbar auf dem Ring­ manschettenteil 21 durch ein Kugellager 23 gehaltenen Rotor 222, eine auf der Frontendplatte 2 befestigte, elektromagnetische Spule 221 und eine Ankerplatte 223 auf.

Innerhalb des Gehäuses ist die Antriebswelle 5 so an einen keil­ förmigen Nockenrotor 9 durch ein Stiftelement 51 befestigt, daß der Nockenrotor 9 mit der Antriebswelle 5 mitgedreht wird. Ein Drucknadellager 10 ist zwischen der inneren Endoberfläche der Frontendplatte 2 und der angrenzenden axialen Endoberfläche des Nockenrotors 9 angeordnet. Die geneigte Oberfläche des Nocken­ rotors 9 ist in unmittelbarer Nähe der Oberfläche einer Taumel­ scheibe 13 angeordnet, die auf einem hin- und herschwingenden Kegelzahnrad 15 angebracht ist. Das hin- und herschwingende Kegelzahnrad 15 kann über einem in einem festen Kegelzahnrad 6 sitzenden sphärischen Element, wie dem Kugellagerelement 18, kippen oder hin- und herschwingen. Das Ineinandergreifen der Ke­ gelzahnräder 15 und 6 verhindert das Drehen der Taumelscheibe 13.

Das feste Kegelzahnrad 6 hat einen Schenkelteil 62, der sich in ein im Mittelteil des Zylinderblocks 11 gebildetes Mittelloch 111 erstreckt und darin nicht drehbar fixiert ist durch einen Ansatz 64, der von dem Schenkelteil 62 sich in einen Schlitz im Zylin­ derblock 11 hinein erstreckt. Das Kugellagerelement 18 hat einen sphärischen Teil 181 und einen zylinderförmigen Schenkelteil 182, der nicht drehbar an dem festen Kegelzahnrad 6 befestigt ist. Die Kegelzahnräder 6 und 15 haben jeweils auf dem Kugellagerelement 18 angeordnete Kugelsitzbereiche. Die Antriebswelle 5 geht durch eine Mittenbohrung, die durch den sphärischen und den zylindri­ schen Schenkelteil des sphärischen Lagerelementes 18 hindurch­ geht. Das Schenkelteil 62 ist mit einem hohlen Bereich 63 verse­ hen, in dem eine Spiralfeder 19 zum Andrücken des Kegelzahnrades 6 an das oszillierende Kegelzahnrad 15 vorgesehen ist. Daher wird eine Änderung des Verhältnisses zwischen den beiden Kegelzahn­ rädern infolge von Abnutzung des Kugellagerelementes oder der Auflageoberflächen der Kegelzahnräder kompensiert durch Ändern der Position des festen Kegelzahnrades 6 durch die Rückstoßkraft der Spiralfeder 19.

Der Zylinderblock 11 ist mit einer Mehrzahl ringförmig angeordne­ ter Zylinder 112 gebildet, die in gleichem Winkelabstand angeord­ net sind und mit gleitend eingepaßten Kolben 16 versehen sind. Alle Kolben 16 sind mit der Taumelscheibe 13 durch Kolbenstangen 17 verbunden, d. h., ein Ende jeder Kolbenstange 17 ist mit der Taumelscheibe 13 über ein Kugelgelenk verbunden, und das andere Ende jeder Kolbenstange 17 ist mit einem der Kolben 16 durch ein Kugelgelenk verbunden.

Der Zylinderkopf 3 ist so geformt, daß er eine Ansaugkammer 31 und eine Auslaßkammer 32 bildet. Die Ventilplatte 4 ist mit einer Mehrzahl von Ansaugkanälen 41 zum Verbinden der Ansaugkammer 31 mit den entsprechenden Zylindern 112 und einer Mehrzahl von Aus­ laßkanälen 42 zum Verbinden der Auslaßkammer 32 mit dem entspre­ chenden Zylinder 112 versehen.

Im Arbeitszustand wird die Antriebswelle 5 durch die externe Antriebsquelle gedreht, und der Nockenrotor 9 wird zusammen mit der Antriebswelle 5 zum Bewirken einer nicht drehenden Taumel­ bewegung der Taumelscheibe 13 über dem Kugellagerelement 18 ge­ dreht. Wenn sich die Taumelscheibe 13 bewegt, werden die Kolben 16 versetzt in ihren entsprechenden Zylindern 112 hin- und herbe­ wegt. Durch das Hin- und Herbewegen der Kolben 16 wird das Kühl­ gas von den Zylindern 112 aufgenommen, komprimiert und ausgelas­ sen.

In dem offenbarten Kompressor durchdringt das innere Endteil der Antriebswelle 5 das oszillierende Kegelzahnrad 15, das Kugella­ gerelement 18 und das feste Kegelzahnrad 6 und wird in der Mittenbohrung des Zylinderblockes durch ein Radialnadellager 8 in dem Schenkelteil des festen Kegelzahnrades 6 getragen. Deswegen ist die Antriebswelle 5 an ihren beiden Endteilen durch Radial­ nadellager getragen. So wird eine von dem Kompressionsvorgang herrührende Schrägbewegung der Antriebswelle verhindert, und die Antriebsbewegung der Antriebswelle wird stabilisiert. Dadurch wird die auf das in der Frontendplatte angeordnete Radialnadellager und auf das Drucknadellager zwischen der Frontendplatte und dem Nockenrotor wirkende Last reduziert.

Diese Erfindung wurde im Detail in Verbindung mit dem bevorzugten Ausführungsbeispiel beschrieben, aber dies ist nur ein Beispiel, und die Erfindung ist nicht darauf beschränkt. Für den Fachmann ist leicht zu sehen, daß andere Variationen und Modifikationen im Bereich der Erfindung leicht auszuführen sind.

Claims (7)

1. Kompressor vom Taumelscheibentyp mit

• - einem Kompressorgehäuse (1) mit
• - einem Kurbelgehäuse (12) und einem Zylinderblock (11) mit
• - einer axialen Mittenbohrung (111) und einer Mehrzahl axialer, in Umfangsrichtung um die Mittenbohrung (111) herum angeordneter Zylinder (112),
• - einer auf einer Endöffnung des Kompressorgehäuses (1) ange­ brachten Frontendplatte (2),
• - einem auf dem anderen Ende des Kompressorgehäuses (1) ange­ brachten Zylinderkopf (3),
• - einer Mehrzahl in jeden der Zylinder (112) gleitend einge­ paßter Kolben (16),
• - einem in dem Kurbelgehäuse (12) zum gemeinsamen Drehen mit einer Antriebswelle (5) angeordneten Nockenrotor (9),
• - einer durch Kolbenstangen (17) mit den Kolben (16) auf der geneigten Oberfläche des Nockenrotors (9) zum Umwandeln der Drehbewegung des Nockenrotors (9) in die Hin- und Herbewe­ gung der Kolben (16) gekoppelten Taumelscheibe (13),
• - einem ersten, nicht drehbar in dem Kurbelgehäuse (12) in Rich­ tung mit der Mittenbohrung (111) des Zylinderblockes (11) abgeglichen angeordneten Kegelzahnrad (6) mit einem ersten Kugelsitzteil
• - einem zweiten, mit der Taumelscheibe (13) verbundenen Kegel­ zahnrad (15) mit einem zweiten Kugelsitzteil, wobei die An­ triebswelle (5) sich durch den Nockenrotor (9) erstreckt, und
• - einem in dem Kurbelgehäuse (12) gehaltenen sphärischen Ele­ ment (18), wobei das erste und zweite Sitzteil des ersten und zweiten Kegelzahnrades (6, 15) jeweils auf dem sphärischen Element (18) angeordnet ist und ineinandergreifen, wodurch die Drehung des zweiten Kegelzahnrades (15) und der Taumel­ scheibe (13) durch das nicht-drehbare erste Kegelzahnrad (6) gehindert ist,

dadurch gekennzeichnet, daß sich die Antriebswelle (5) durch die Taumelscheibe (13) erstreckt und in der Mittenbohrung (111) drehbar gelagert ist, und daß das sphärische Element (18) auf der An­ triebswelle (5) gehalten ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß das erste Kegelzahnrad (6) ein sich in die Mittenbohrung (111) erstreckendes Schenkelteil (62) mit einem hohlen Bereich (63) zum drehbaren Halten eines Endes der Antriebswelle (5) aufweist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das sphärische Element (18) einen sphärischen Teil (181) und einen zylindrischen Schenkelteil (182) aufweist, und daß die Antriebswelle (5) sich durch ein durch den sphärischen und den zylindrischen Schenkelteil (181, 182) des sphärischen Elementes (18) gehendes Mittenloch erstreckt.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der zylinderförmige Schenkelteil (182) des sphärischen Elementes (18) nicht drehbar an dem ersten Kegelzahnrad (6) befestigt ist.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Schenkelteil (62) des ersten Kegelzahnrades (6) einen Keil bzw. einen splintartigen Vorsprung (64) aufweist, welcher sich in einen Schlitz in dem Zylinderblock (11) hinein erstreckt.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Mehrzahl der Zylinder (112) sich im gleichen Winkelabstand zueinander um die Mittenbohrung (111) des Zylinderblockes (11) herum erstrecken.