DE3801802A1 - Pleuelstange fuer einen axialkolbenverdichter - Google Patents
Pleuelstange fuer einen axialkolbenverdichterInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf eine Pleuelstange für
einen Axialkolbenverdichter, insbesondere einer herme
tisch gekapselten Kleinkältemaschine.
Derartige Pleuelstangen sind beispielsweise aus DE-OS
27 24 332 bekannt. Sie sind mit ihrem Pleuelkopf auf
der exzentrisch umlaufenden Kurbel und mit ihrem Pleuel
auge auf dem Kolbenzapfen gelagert. Diese beiden Teile
sind durch ein stangenartiges Mittelteil miteinander
verbunden. Eine solche Pleuelstange muß stabil sein,
weil sie hohen Lagerbelastungen ausgesetzt ist. Sie
ist daher verhältnismäßig schwer. Dies ist insbesondere
bei hermetisch gekapselten Kleinkältemaschinen uner
wünscht und führt auch zu größeren Vibrationen.
In neuer Zeit werden Pleuelstangen einstückig aus einem
Sintermetall hergestellt, denn dieses Material hat gute
Lagereigenschaften und vermag große Druckbelastungen
auszuhalten. Die Herstellung einer solchen aus zwei
Lagern und einer Verbindungsstange bestehenden Pleuel
stange aus Sintermetall ist jedoch ein komplizierter
und verhältnismäßig teurer Prozeß. Außerdem ist das
Sintermetall ein sehr hartes Material. Schon geringe
Ungenauigkeiten in der Montage können bewirken, daß
die Pleuelstange nicht ganz rechtwinklig im Verhältnis
zu der Kurbelwelle und dem Kolbenbolzen verläuft. Dies
führt zu Kantenpressungen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Pleuel
stange der eingangs beschriebenen Art anzugeben, die
ein geringeres Gewicht hat.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß
die Pleuelstange aus einem Blechformstück mit tiefgezoge
nen Zylinderfassungen an den beiden Enden besteht, in
die Buchsen aus Lagermaterial eingesetzt sind.
Das Blechstanzteil ist wesentlich leichter als die be
kannten Pleuelstangen. Es läßt sich durch einen einfa
chen Stanz- und Tiefziehvorgang herstellen. Da das Blech
für Lagerzwecke weniger geeignet ist, sind die Buchsen
aus Lagermaterial vorgesehen. Sie brauchen anschließend
nur noch eingesetzt zu werden. Dies ergibt nicht nur
ein geringeres Gewicht, sondern auch erheblich reduzierte
Herstellungskosten. Vibrationen im Verdichter werden
reduziert. Außerdem sinkt der Luftwiderstand. Desweiteren
erlaubt es das Einsetzen der Buchsen in die Zylinder
fassungen und gegebenenfalls auch die Ausgestaltung
des dünnwandigen Materials des Blechstanzteils, eine
geringfügige Bewegung zwischen den beiden Buchsen zuzu
lassen, so daß Kantenpressungen vermieden werden.
Insbesondere können die Buchsen aus Sintermetall beste
hen. Das bedeutet, daß nur ein sehr kleiner Teil der
gesamten Pleuelstange aus diesem Material ausgeführt
sein muß. Die Buchsen lassen sich leicht herstellen.
Vorzugsweise sind die Buchsen durch Preßsitz in den
Zylinderfassungen gehalten. Dies ergibt einen sicheren
Halt.
Empfehlenswert ist es, daß der Blechabschnitt zwischen
den Zylinderfassungen eine sich etwa in Längsrichtung
erstreckende Verstärkungssicke aufweist. Hierdurch er
gibt sich trotz der geringen Blechstärke eine hohe Stabi
lität der Pleuelstange.
Besonders günstig ist es, daß der Blechabschnitt zwi
schen den Zylinderabschnitten sich zum Pleuelkopf ver
breitert und daß die Verstärkungssicke sich im breiten
Bereich verzweigt. Dies führt zu einer außerordentlich
guten Festigkeit in Richtung der zu übertragenden Druck
kräfte.
Mit Vorteil durchsetzt die Vertiefung der Verstärkungs
sicke die Wand zumindest der einen Zylinderfassung.
Dies ergibt eine zusätzliche Aussteifung dieser Zylinder
fassung an der besonders durch Druckkräfte beanspruchten
Stelle.
Dies gilt insbesondere für das Durchsetzen der Wand
der Zylinderfassung des Pleuelauges, weil hier auf einer
kleinen Fläche hohe Druckkräfte übertragen werden müs
sen.
Auf der gegenüberliegenden Seite der Zylinderfassung
ist zweckmäßigerweise eine weitere Sicke vorgesehen,
deren Vertiefung die Wand durchsetzt. Damit ist die
Fassung an zwei einander gegenüberliegenden Stellen
durch die Vertiefung unterbrochen. Dies erleichtert
eine Kippbewegung der in die Zylinderfassung eingesetz
ten Buchse.
Bei vertikaler Motorwelle mit obenliegendem Verdichter
sollte die Vertiefung der Sicke nach oben weisen und
eine Ölsammelwanne bilden. Bei solchen Motorwellen wird
an der Stirnseite Öl abgeschleudert, das durch die Ver
tiefung aufgefangen wird. Es kann dann den Lagerstellen
im Pleuelauge bzw. im Pleuelkopf zugeführt werden.
Zumindest die Buchse im Pleuelauge sollte eine Ölzu
trittsbohrung aufweisen, die von der Ölsammelwanne ge
speist ist. Das sonst nur schwierig von Öl benetzbare
Pleuelauge wird auf diese Weise sehr gut geschmiert
und auch gekühlt.
Hierbei ist es zweckmäßig, daß die Ölzutrittsbohrung
auf der dem mittleren Blechabschnitt der Pleuelstange
abgewandten Seite der Buchse angeordnet ist. Die Ölzu
trittsbohrung schwächt daher nicht die Buchse an der
am stärksten beanspruchten Stelle.
Günstig ist es auch, daß die Zylinderfassungen die Buch
sen nur über einen Teil ihrer axialen Länge übergreifen.
Eventuell auftretenden Kippkräfte greifen mit einem
sehr viel größeren Abstand von der Blechebene an der
Buchse an als die Abstützkräfte in der Zylinderfassung.
Dies läßt eine begrenzte Kippbewegung zu, welche Kanten
pressung zu vermeiden hilft.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist das Blechform
stück längs einer quer zur Mittellinie der Pleuelstange
verlaufenden Geraden unverformt. Längs dieser Geraden
kann daher leichter eine Biegung erfolgen als in dem
durch die Zylinderfassungen oder die Sicke verformten
Blechabschnitten. Auch eine solche Verbiegbarkeit vermin
dert die Kantenpressung.
Vorzugsweise verläuft die Gerade zwischen der Zylinder
fassung des Pleuelkopfes und der Verstärkungssicke.
Eine weitere Ausführungsgestaltung sieht vor, daß die
Zylinderfassungen in verschiedenen Ebenen angeordnet
sind und der dazwischenliegende Blechabschnitt einen
stufenartigen Knick aufweist. Durch die Anordnung von
Pleuelauge und Pleuelkopf in verschiedenen Ebenen läßt
sich eine besonders gute Platzausnutzung erreichen.
Die Erfindung wird nachstehend anhand in der Zeichnung
dargestellter, bevorzugter Ausführungsbeispiele näher
erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 einen Längsschnitt durch den oberen Teil einer
erfindungsgemäßen gekapselten Kleinkältemaschine,
Fig. 2 einen Schnitt durch die Pleuelstange der Fig. 1
mit abgewandelter Buchse im Pleuelauge,
Fig. 3 eine Draufsicht auf die Pleuelstange der Fig. 1,
Fig. 4 einen Schnitt längs der Linie A-A der Fig. 3
in vergrößerter Darstellung,
Fig. 5 die Pleuelstange der Fig. 1 um 180° gedreht in
Seitenansicht,
Fig. 6 eine Ansicht von unten auf eine abgewandelte
Ausführungsform und
Fig. 7 einen Längsschnitt durch eine weitere Ausführungs
form der Pleuelstange.
In Fig. 1 ist ein Motorverdichter 1 veranschaulicht,
der von einer Kapsel 2 hermetisch dicht umschlossen
ist. In einem Gehäuse 3 ist ein Zylinder 4 ausgebildet,
in welchem sich ein Kolben 5 hin- und herbewegen kann.
Der Zylinder ist unter Zwischenschaltung einer Ventil
platte 6 von einem Zylinderkopf 7 abgedeckt, der gas
förmiges Kältemittel aus dem Innenraum 8 der Kapsel 2
ansaugt und über eine Druckleitung 9 nach außen abgibt.
Der Antrieb des Kolbens 5 erfolgt über eine Motorwel
le 10, die einen Kurbelzapfen 11 aufweist und von einem
Elektromotor 12 angetrieben wird, von dem die Stator
wicklung 13 angedeutet ist.
Eine Pleuelstange 14 ist mit ihrem Pleuelkopf 15 auf
dem Kurbelzapfen 11 und mit ihrem Pleuelauge 16 auf
einem Kolbenzapfen 31 gelagert, so daß die exzentrische
Kreisbewegung des Kurbelzapfens 11 in eine Hin- und
Herbewegung des Kolbens 5 umgesetzt wird.
Die Pleuelstange 14 besteht aus einem Blechformstück
17 mit tiefgezogenen Zylinderfassungen 18 und 19 an
beiden Enden, in welche jeweils Buchsen 20 bzw. 21 aus
Lagermetall, insbesondere Sintermetall, eingesetzt und
durch Preßsitz festgehalten sind. Diese Buchsen sind
mit Gleitsitz auf dem Kurbelzapfen 11 bzw. dem Kolben
zapfen 17 geführt und haben eine größere axiale Länge
als die Zylinderfassungen.
Zur Versteifung des mittleren Blechabschnitts 22 zwi
schen den Zylinderfassungen ist eine sich etwa in Längs
richtung erstreckende Längssicke 23 vorgesehen, die
auf der Oberseite eine Vertiefung 24 bildet. Auf der
gegenüberliegenden Seite der Zylinderfassung 19 durch
setzt ebenfalls eine Sicke 25 mit ihrer Vertiefung 26
die Wand der Zylinderfassung.
Diese Ausgestaltung hat zur Folge, daß die Buchse 21
nur über einen Teil ihrer Länge von der Zylinderfassung
19 umgriffen wird und daß außerdem die axiale Überdeckung
im Bereich der Vertiefungen 24 und 26 nochmals vermindert
wird. Dies erlaubt unter den im Betrieb auftretenden
Kräften ein Kippen der Buchse 21 um die Längsachse der
Pleuelstange 14 in einem zur Vermeidung von Kantenpres
sungen erforderlichen Ausmaß. Außerdem wird die Zylinder
fassung 19 am Übergang zum mittleren Blechabschnitt
22 dreidimensional abgestützt, was an dieser Stelle
besonders günstig ist, weil hier die größte Belastung
der Zylinderfassung 19 auftritt.
Die Vertiefung 24 der Sicke 23 ist, wie Fig. 1 zeigt,
im Betrieb nach oben gerichtet. Daher wird Öl, das über
einen Förderkanal 27 und eine schräge Zentrifugal-Aus
trittsöffnung 28 nach oben geschleudert wird, zum Teil
von der durch die Vertiefung gebildeten Ölauffangwanne
aufgenommen. In Fig. 2 ist veranschaulicht, daß die
Buchse 121 im Pleuelauge 16 eine Ölzutrittsbohrung 29
auf der am wenigsten belasteten Seite aufweist. Über
diese Bohrung kann gesammeltes Öl, das längs des Umfangs
der Buchse 121 auch in den Bereich der Vertiefung 26
gelangt, unmittelbar zur Schmierung zwischen Kolbenzapfen
31 und Buchse 121 herangezogen werden.
Zwischen der Sicke 23 und der Zylinderfassung 18 ist
eine durch eine Gerade 30 angedeutete Biegelinie vorge
sehen, die senkrecht zur Längsmittellinie der Pleuel
stange 14 verläuft. Längs dieser Geraden 30 ist keine
Profilierung des Blechformstücks vorgesehen. Während
sich über die gesamte andere Länge sonst entweder ein
U-förmiger Querschnitt der Sicke 23 oder eine durch
die Zylinderfassungen erzeugte Profilierung finden,
ist hier die ursprüngliche Blechebene unverändert beibe
halten. Daher hat das Blechformstück an dieser Linie
den geringsten Biegewiderstand. Das bedeutet, daß gering
fügige Ungenauigkeiten in der Ausrichtung von Motorwel
lenachse und Zylinderachse durch eine geringfügige ela
stische Verformung der Pleuelstange ausgeglichen werden
können. Auch dies hilft, die Kantenpressung zu vermeiden.
Da sich die Gerade 30 im Bereich großer Blechbreite
befindet, besteht bei leichter Biegeverformung keine
Gefahr, daß die Pleuelstange bricht.
Bei der Ausführungsform nach Fig. 6, bei der für ent
sprechende Teile um 100 erhöhte Bezugszeichen verwendet
werden, ist ein Blechformstück 117 ohne Buchsen von
der Unterseite her veranschaulicht. Diesmal verbreitert
sich der mittlere Blechabschnitt 122 in stärkerem Maße
vom Pleuelauge zum Pleuelkopf. Daher ist eine Sicke
123 vorgesehen, die sich im breiteren Bereich in zwei
Äste und 123 a und 123 b verzweigt. Dies führt zu einer
noch höheren Steifigkeit. Auch hier ist wieder eine
Gerade 130 vorgesehen, an der das Blech unverformt ist
und daher leichter verbogen werden kann.
In Fig. 7, bei der um 200 erhöhte Bezugszeichen verwendet
sind, ist eine abgewandelte Pleuelstange 214 darge
stellt, bei der die Zylinderfassung 219 des Pleuelauges
in einer anderen Ebene angeordnet ist als die Zylinder
fassung 218 des Pleuelkopfes. Hierbei besitzt der
mittlere Blechabschnitt 222 einen stufenartigen Knick
230, der den Höhenunterschied ermöglicht. Im übrigen
kann auch hier eine Sicke 223 vorgesehen sein.
Beim Zusammenbau wird in der Weise vorgegangen, daß
zunächst die Buchse 21 in die Zylinderfassung 19 einge
preßt wird. Sie wird dann in das Innere des Kolbens
5 gebracht, worauf der Kolbenzapfen 31 eingeführt wird.
Hier empfiehlt es sich, daß die in Einpreßrichtung erste
Kolbenbohrung für den Zapfen 31 eine Gleitsitzpassung
besitzt, so daß man den Zapfen ohne große Kraft durch
diese Eingangsbohrung und die Buchse 21 schieben kann.
Die gegenüberliegende Kolbenbohrung hat dann Preß
sitzpassung, so daß der Zapfen 17 sicher gehalten wird.
Der so vorbereitete Kolben wird in den Zylinder 4 einge
führt, wobei es der Spielraum zwischen Kurbelzapfen
11 und Zylinderfassung 18 erlaubt, durch Drehen des
Kolbens 5 um seine Achse die Pleuelstange 14 an Ort
und Stelle zu bringen. Abschließend wird die Buchse
20 in die Zylinderfassung 18 eingepreßt.
Von den dargestellten Ausführungsbeispielen kann in
vielerlei Hinsicht abgewichen werden, ohne den Grundge
danken der Erfindung zu verlassen. Beispielsweise kann
die Pleuelstange auch in vertikaler oder schräger Ebene
angewendet werden. Als Material für das Blechformstück
eignet sich normaler Tiefziehstahl von der Tiefziehgü
te 2. Unterschiedliche Druckbelastungen können leicht
durch Wahl der Blechstärke und der Profilierung berück
sichtigt werden. Die für die Buchse 19 dargestellte
Ölzufuhr kann auch für die Buchse 18 vorgesehen sein.
Claims (15)
1. Pleuelstange für einen Axialkolbenverdichter, insbe
sondere einer hermetisch gekapselten Kleinkältemaschi
ne, dadurch gekennzeichnet, daß die Pleuelstange
(14; 114; 214) aus einem Blechformstück (17; 117;
217) mit tiefgezogenen Zylinderfassungen (18, 19;
118, 119; 218, 219) an den beiden Enden besteht,
in die Buchsen (20, 21; 121) aus Lagermaterial einge
setzt sind.
2. Pleuelstange nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die Buchsen (20, 21; 121) aus Sintermetall be
stehen.
3. Pleuelstange nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Buchsen (20, 21; 121) durch Preß
sitz in den Zylinderfassungen (18, 19) gehalten sind.
4. Pleuelstange nach einem der Ansprüche 1 bis 3, da
durch gekennzeichnet, daß der Blechabschnitt (22;
122; 222) zwischen den Zylinderfassungen (18, 19;
118, 119; 218, 219) eine sich etwa in Längsrichtung
erstreckende Verstärkungssicke (23; 123; 223) auf
weist.
5. Pleuelstange nach Anspruch 4, dadurch gekennzeich
net, daß der Blechabschnitt (122) zwischen den Zylin
derabschnitten (118, 119) sich zum Pleuelkopf ver
breitert und daß die Verstärkungssicke (123) sich
im breiten Bereich verzweigt.
6. Pleuelstange nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Vertiefung (24) der Verstärkungs
sicke (23) die Wand zumindest der einen Zylinder
fassung (19) durchsetzt.
7. Pleuelstange nach Anspruch 6, dadurch gekennzeich
net, daß die Vertiefung (24) die Wand der Zylinder
fassung (19) des Pleuelauges durchsetzt.
8. Pleuelstange nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekenn
zeichnet, daß auf der gegenüberliegenden Seite der
Zylinderfassung (19) eine weitere Sicke (25) vorge
sehen ist, deren Vertiefung (26) die Wand durchsetzt.
9. Pleuelstange nach einem der Ansprüche 4 bis 8, da
durch gekennzeichnet, daß bei vertikaler Motorwelle
(10) mit obenliegendem Verdichter die Vertiefung
(24) der Sicke (23) nach oben weist und eine Ölsam
melwanne bildet.
10. Pleuelstange nach Anspruch 9, dadurch gekennzeich
net, daß zumindest die Buchse (121) im Pleuelauge
eine Ölzutrittsbohrung (29) aufweist, die von der
Ölsammelwanne gespeist ist.
11. Pleuelstange nach Anspruch 10, dadurch gekennzeich
net, daß die Ölzutrittsbohrung (29) auf der dem
mittleren Blechabschnitt (22) der Pleuelstange (14)
abgewandten Seite der Buchse (19) angeordnet ist.
12. Pleuelstange nach einem der Ansprüche 1 bis 11,
dadurch gekennzeichnet, daß die Zylinderfassungen
(18, 19) die Buchsen (20, 21) nur über einen Teil
ihrer axialen Länge übergreifen.
13. Pleuelstange nach einem der Ansprüche 1 bis 11,
dadurch gekennzeichnet, daß das Blechformstück (17;
117) längs einer quer zur Mittellinie der Pleuelstan
ge (14) verlaufenden Geraden (30; 130) unverformt
ist.
14. Pleuelstange nach Anspruch 13, dadurch gekennzeich
net, daß die Gerade (30) zwischen der Zylinderfas
sung (18; 118) des Pleuelkopfes und der Verstärkungs
sicke (23; 123) verläuft.
15. Pleuelstange nach einem der Ansprüche 1 bis 14,
dadurch gekennzeichnet, daß die Zylinderfassungen
(218, 219) in verschiedenen Ebenen angeordnet sind
und der dazwischenliegende Blechabschnitt (222)
einen stufenartigen Knick (230) aufweist.
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