DE3904659A1 - Einstellbares druck-nadellager fuer einen taumelscheibenkompressor - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Druck-Nadellager gemäß dem Ober­ begriff des Patentanspruchs 1.

Speziell befaßt sich die Erfindung mit dem internen Aufbau eines Taumelscheiben-Kältemittelkompressors, der für den Einsatz in einer Kraftfahrzeug-Klimaanlage geeignet ist, und zwar im einzelnen mit der Konstruktion der Druck-Nadellager, die zwischen einem vordere Gehäuse und einem keilförmigen Rotor (nachstehend nur noch als Rotor bezeichnet) und zwischen dem Rotor und einer Taumelscheibe eines Taumel­ scheiben-Kältemittelkompressors angeordnet sind.

Ein Taumelscheiben-Kältemittelkompressor einer Kraftfahrzeug­ klimaanlage saugt das gasförmige Kältemittel aus einem Kreis­ lauf der Klimaanlage an und komprimiert dasselbe durch die Hin- und Herbewegung von Kolben, die ihrerseits durch die Taumelbewegungen einer Taumelscheibe herbeigeführt werden, die wiederum durch die Drehung eines Rotors bewirkt werden, der an einem Ende einer Antriebswelle montiert ist. Der Druck, der bei der Kompression des gasförmigen Kältemittels an den Kolben wirksam ist, wird über Verbindungsstangen auf die Taumelscheibe, den Rotor und ein vorderes Gehäuse über­ tragen, wobei letzteres als äußerstes Element des Kompressors angesehen werden soll. Damit der Rotor unter einer derartigen Druckbelastung gleichmäßig läuft, sind zwischen der Innen­ fläche des vorderen Gehäuses und dem Rotor einerseits, sowie zwischen einer Schrägfläche des Rotors und der Taumelscheibe andererseits Druck-Nadellager angeordnet.

Die veröffentlichte japanische Gebrauchsmusterschrift 55-56 215 offenbart ein Ausführungsbeispiel für die konven­ tionellen Druck-Nadellager bei einem Taumelscheiben­ kompressor. Der Aufbau der bekannten Druck-Nadellager ist in Fig. 5 der Zeichnung der vorliegenden Anmeldung detailliert dargestellt. Diese Zeichnungsfigur zeigt ein Druck-Nadellager 3 zwischen einem vorderen Gehäuse 1 und dem Rotor 2 eines Taumelscheibenkompressors.

Das bekannte Druck-Nadellager 3 umfaßt als wesentliche Elemente einen Käfig 4, mehrere nadelförmige Wälzkörper 5, die drehbar in dem Käfig 4 gehaltert sind, sowie zwei Druck- Lagerringe 6, 7, zwischen denen der Käfig 4 und die Wälz­ körper 5 angeordnet sind. Die Lagerringe 6 und 7 dienen als Laufbahnträger und haben jeweils eine Laufbahn für die Wälz­ körper 5. Die Lagerringe 6, 7 sind an Sitzen 8 bzw. 9 ange­ ordnet, die an der Innenfläche des vorderen Gehäuses 1 bzw. an der dieser Innenfläche zugewandten Stirnfläche des Rotors 2 ausgebildet sind. Weiterhin ist ein Führungsring 10 im Preßsitz in eine Ausnehmung 9′ des Sitzes 9 eingepaßt, und zwar angrenzend an den inneren Umfang des Käfigs 4 und des Lagerrings 7, um einen Verschleiß derjengen Teile des Sitzes 9 zu vermeiden, die sonst in direktem Kontakt mit dem inneren Umfang des Käfigs 4 und des Lagerrings 7 stehen würden.

Da der Führungsring bei dem bekannten Druck-Nadellager durch Aufkohlen oder dergleichen gehärtet werden muß, um eine ausreichende Verschleißfestigkeit zu erreichen, müssen der Rotor und der Führungsring mit hoher Genauigkeit gearbeitet werden, um beim Einpressen des Führungsringes 10 in die am Rotor 2 vorgesehene Aussparung 9′ Spannungsrisse zu ver­ meiden. Es sind also zeitraubende und heikle Arbeitsvor­ gänge beim Zusammenbau erforderlich, die mit hohen Kosten verbunden sind.

Wenn die Innenfläche des vorderen Gehäuses und die ihr zugewandte Stirnfläche des Rotors nicht exakt bearbeitet sind und wenn der Abstand zwischen den Sitzen für das Lager größer ist als die Gesamtdicke desselben, so daß das Druck- Nadellager zwischen dem Rotor und dem Gehäuse Spiel hat, dann ergeben sich ferner axiale Lagerbewegungen, die aufgrund von Vibrationen zu Geräuschen führen. Die vibrierenden Lager­ elemente verursachen außerdem einen Verschleiß der Kontakt­ flächen des Rotors und der Lagerringe, so daß es wünschens­ wert wäre, die axiale Gesamtdicke des Druck-Nadellagers genau einzustellen.

Ausgehend vom Stand der Technik liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, die bei den bekannten Druck- Nadellagern aufgetretenen Probleme zu vermeiden und auf vergleichsweise einfache Art mit geringen Kosten eine exakte und verschleißarme Lagerung des Rotors zu erreichen. Dabei wird gleichzeitig angestrebt, durch einen ruhigen Lauf des Rotors ingesamt eine Verlängerung der Lebensdauer des Taumelscheibenkompressors zu erreichen.

Die gestellte Aufgabe wird gemäß der Erfindung bei einem Druck-Nadellager der eingangs angegebenen Art durch die Merkmale des kennzeichnenden Teils des Patentanspruchs 1 gelöst.

Es ist ein besonderer Vorteil des erfindungsgemäßen Druck-Nadellagers, daß das Flanschelement der einen Druck-Lagerringanordnung einen direkten Kontakt des Käfigs und der Wälzkörper - nachstehend als nadelförmige Walzen bezeichnet - mit dem Rotor des Kompressors verhindert, und daß die flache Dicken-Ausgleichsscheibe eine Feinjustierung der axialen Dicke des Lagers ermöglicht, so daß unerwünschte Vibrationen und Verschleißerscheinungen vermieden werden.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand von Unteransprüchen.

Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung werden nachstehend anhand von Zeichnungen noch näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 einen Längsschnitt durch einen Taumelscheiben- Kältemittelkompressor mit Drucklagern gemäß einer bevorzugten Ausführungsform gemäß der Erfindung;

Fig. 2 einen vergrößerten Ausschnitt A des Kompressors gemäß Fig. 1;

Fig. 3 einen vergrößerten Ausschnitt B des Kompressors gemäß Fig. 1;

Fig. 4 eine vergrößerte Querschnittsdarstellung einer abgewandelten Ausführungsform eines Druck-Nadel­ lagers gemäß der Erfindung und

Fig. 5 eine der Darstellung gemäß Fig. 2 entsprechende vergrößerte Darstellung eines bereits in der Beschreibungseinleitung erläuterten, bekannten Druck-Nadellagers.

Ehe nachstehend näher auf die Zeichnungsfiguren 1 bis 4 eingegangen wird, sei vorausgeschickt, daß bei allen gezeigten Kompressorkonstruktionen entsprechende Elemente mit denselben Bezugszeichen bezeichnet sind, die auch im Zusam­ menhang mit der vorstehenden Erläuterung der Fig. 5 verwendet wurden, die den relevanten Stand der Technik zeigt.

Im einzelnen zeigt Fig. 1 einen Taumelscheibenkompressor bzw. einen Kältemittelkompressor mit einem im wesentlichen zylind­ rischen Gehäuse 11, einem in das eine Ende des zylindrischen Gehäuses 11 eingepaßten Zylinderblock 13, der mit mehreren axialen Zylinderbohrungen 12 versehen ist, mit einem vorderen Gehäuse 1, welches das andere Ende des Gehäuses 11 ver­ schließt und an diesem befestigt ist, mit einer Antriebswelle 14, die zentral in dem vorderen Gehäuse 1 gelagert ist und eine nach außen vorstehende Verlängerung aufweist, welche über ein Drehantriebselement in Antriebsverbindung mit einem Antriebsaggregat, beispielsweise mit der Brennkraftmaschine eines Fahrzeugs, gebracht werden kann, mit einem keilförmigen Rotor 2, der im Inneren des Gehäuses 11 am inneren Ende der Antriebswelle 14 montiert ist, mit einer runden Taumelscheibe 15, die bezüglich der Achse der Antriebswelle 14 schräg ange­ ordnet ist und angrenzend an den Rotor 2 gehaltert ist, um eine Taumelbewegung um eine als Lagerelemente dienende Kugel 18 auszuführen. Dabei sind in die Zylinderbohrungen 12 Kolben 18 eingepaßt, die über Verbindungsstangen 17, welche von den Kolben 16 abstehen und deren beide Enden schwenkbar gelagert sind, mit der Taumelscheibe 15 verbunden sind. Wenn die Antriebswelle 14 angetrieben wird, um den Rotor 2 zu einer Drehbewegung anzutreiben, dann wird die Taumelscheibe 15 durch die angrenzende Schrägfläche des Rotors 2 zu einer Taumelbewegung angetrieben, wobei die Kolben 16 über die Verbindungsstangen 17 zu einer Hin- und Herbewegung in ihren zugeordneten Zylinderbohrungen 12 angetrieben werden.

Fig. 2 zeigt einen vergrößerten Ausschnitt A des Kompressors gemäß Fig. 1. Man erkennt, daß das vordere Gehäuse 1 einer­ seits, und der Rotor 2 des Kompressors 2 andererseits, mit einander in axialer Richtung gegenüberliegenden Flächen versehen sind. Dabei sind die in Umfangsrichtung verlaufenden Randbereiche mit Sitzen 8 bzw. 9 zur Aufnahme eines Nadel­ lagers 20 gemäß der Erfindung versehen. Das Nadellager 20 ist ein Drucklager in Form eines im wesentlichen ringförmigen Bauteils, welches die Drehachse der Antriebswelle 14 umgibt und zwei Lagerringanordnungen 6, 21 aufweist, zwischen denen mehrere Nadelwalzen 5 in einem Käfig 4 drehbar angeordnet sind. Die Lagerschale bzw. die Lagerringanordnung 6 ist eine relativ flache, dünne, ringförmige Platte, welche als einfacher Lagerring 6 ähnlich ausgebildet ist wie bei einem konventionellen Nadel-Drucklager, wie es bei Taumelscheiben­ kompressoren Verwendung findet. Der Lagerring 6 ist an dem Sitz 8 des vorderen Gehäuses 1 montiert und dient als eine der Lagerringanordnungen der von dem Käfig 4 gehalterten Nadelwalzen. Die Lager- bzw. Druckringanordnung 21, die an dem Sitz 9 des Rotors 2 montiert ist, besitzt ein Lagerring­ element 22 - nachstehend einfach als Lagerring 22 bezeichnet - und eine Dickenausgleichsscheibe 23 zum Einstellen der Höhe bzw. Dicke des Lagers. Der Lagerring 22 ist eine dünne, ringförmige Platte, deren radiale Breite im wesentlichen der Länge der Walzen 5 entspricht und die mit einem einstückig angeformten, zylindrischen Führungsflansch 24 versehen ist. Speziell wird der zylindrische Führungsflansch 24 durch Umbiegen des inneren Umfangs bzw. Randes der ringförmigen Platte hergestellt. Hierdurch ergibt sich für das Bauteil 22, 24 insgesamt ein im wesentlichen L-förmiger Querschnitt, wie dies am besten aus Fig. 2 deutlich wird. Die durch den zylindrischen Führungsflansch 24 definierte Bohrung bzw. Mittelöffnung ist so dimensioniert, daß sie eng auf den ringförmigen Falz bzw. Ansatz des Sitzes 9 paßt. Der innere Umfang des Käfigs 4 zur Halterung der Nadelwalzen 5 sitzt auf dem äußeren Umfang des Führungsflan­ sches 24, der an dem Sitz 9 montiert ist. Die Dicken- bzw. Höhenausgleichsscheibe 23 ist ein flaches, ringförmiges Plattenelement, welches zwischen der dünnen, ringförmigen Platte des Lagerrings 22 und den Walzen 5 angeordnet ist, um die Gesamtdicke des Druck-Nadellagers 20 in der weiter hinten beschriebenen Weise einzustellen, während sie gleichzeitig als Laufbahn für die nadelförmigen Walzen 5 dient. Die Dicken-Ausgleichsscheibe 23 wird in radialer Richtung durch den Führungsflansch 24 des Lagerringes 22 positioniert.

Fig. 3 zeigt in vergrößertem Maßstab einen Ausschnitt B des Kompressors gemäß Fig. 1, und zwar denjenigen Teil, in dem ein weiteres Druck-Nadellager 20 zwischen der Schrägfläche des Rotors 2 und der Taumelscheibe 15 angeordnet ist. Da dieses Druck-Nadellager 20 in derselben Weise aufgebaut ist wie das Druck-Nadellager 20 in Fig. 2 wird es mit demselben Bezugszeichen bezeichnet. Das Druck-Nadellager 20 gemäß Fig. 3 umfaßt einen Lagerring 22, der an einem Sitz 30 in der Schrägfläche des Rotors 2 montiert ist, mehrere nadelförmige Walzen 5, einen Käfig 4 zur Halterung der Walzen 5 und eine Dicken-Ausgleichsscheibe 23, welche in Kontakt mit dem Lagerring 22 und den nadelförmigen Walzen 5 angeordnet ist. Ein Druck-Lagerring 6 ist an einem Sitz 31 montiert, der in der Taumelscheibe 15 ausgebildet ist.

Die Arbeitsweise des vorstehend beschriebenen Druck-Nadel­ lagers 20 gemäß der Erfindung wird nachstehend näher beschrieben.

Wenn die Antriebswelle 14 von einem Drehantrieb, beispiels­ weise vom Fahrzeugmotor, zu einer Drehbewegung angetrieben wird, dreht sich der Rotor 2, um die Kolben 16 über die Taumelscheibe 15 zu einer Hin- und Herbewegung anzutreiben. Während sich der Rotor 2 dreht, wälzen sich die nadelförmigen Walzen 5 an den Laufbahnen bzw. Lagerflächen des Dicken-Aus­ gleichsringes 23 und des Druck-Lagerrings 6 ab, so daß der Rotor 2 unter der von den hin- und herlaufenden Kolben 16 auf ihn ausgeübten Druckbelastung gleichmäßig drehen kann. Während sich die nadelförmigen Walzen 5 zusammen mit dem Käfig drehen, liegt der innere Umfang des Käfigs 4 an der äußeren Mantelfläche des Führungsflansches 24 an undwird von diesem geführt. Auf diese Weise wird durch den Führungs­ flansch 24 ein direkter Kontakt zwischen dem inneren Umfang des Käfigs 4 und den Seitenflächen der Sitze 9 bzw. 30 verhindert.

Es versteht sich, daß die Dicken-Ausgleichsscheibe 23, die zwischen dem Lagerring 22 und den nadelförmigen Walzen 5 angeordnet ist, vorab unter mehreren Ausgleichsscheiben 23 unterschiedlicher Dicke so ausgewählt wird, daß die axiale Gesamtdicke bzw. Höhe des Druck-Nadellagers gleich der Größe des Abstands zwischen den Sitzen 8 und 9 bzw. 30 und 31 in Fig. 3 wird. Folglich kann ein sanfter Lauf des Rotors 2 ohne geräuschvolle Vibrationen erreicht werden. Obwohl es auch möglich ist, die Dicke des Druck-Nadellagers 20 durch Schleifen des Lagerringes 22 einzustellen, ist dies in der Praxis sehr schwierig, da an dem Lagerring 22 der zylin­ drische Führungsflansch 24 angeformt ist. Demgemäß ist es wesentlich bequemer, die Dicke des Druck-Nadellagers 20 durch Verwendung einer flachen, ringförmigen Dicken-Aus­ gleichsscheibe 23 mit geeigneter Dicke einzustellen.

Fig. 4 zeigt eine abgewandelte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Druck-Nadellagers 20′, welches zwischen dem vorderen Gehäuse 1 und dem Rotor 2 eines Kompressors in derselben Weise angeordnet ist, wie dies in Fig. 2 und 3 gezeigt ist. Der einzige Unterschied zwischen den in Fig. 2 und 3 gezeigten Drucklagern 20 und dem Drucklager 20′ gemäß Fig. 4 besteht darin, daß die bei dem Druck-Nadellager 20′ verwendete Dicken-Ausgleichsscheibe 23′ zwischen dem eine Laufbahn bildenden Lagerring 22′ mit dem Flansch 24′ und dem Rotor 2 angeordnet ist.

Wie aus der vorstehenden Beschreibung deutlich wird, verhindert der Führungsflansch des einen Lagerringes einen Kontakt zwischen dem Sitz am Rotor einerseits, und dem Käfig des Nadellagers andererseits, so daß ein Abrieb sowohl am Sitz des Rotors wie auch am Käfig verhindert wird. Folglich muß das Druck-Nadellager gemäß der Erfindung nicht mit einem gehärteten Führungsring ausgerüstet werden und der Rotor des Druck-Nadellagers gemäß der Erfindung kann kostengünstiger innerhalb kürzerer Zeit und mit weniger Arbeitsaufwand her­ gestellt werden.

Weiterhin gestattet die Verwendung einer Dicken-Aus­ gleichsscheibe eine einfache Einstellung der Gesamtdicke des Druck-Nadellagers. Folglich wird der Betrieb des Taumel­ scheibenkompressors verbessert, da Geräusche des Nadellagers selbst verhindert werden, da die Geräusche des Kompressors verringert werden, und da der Rotor sehr gleichmäßig und glatt umlaufen kann.

Claims (5)

1. Druck-Nadellager, insbesondere für eine Taumelscheiben- Kältemittelkompressor, mit einem offenen zylindrischen Gehäuse zur Aufnahme eines hin- und hergehenden Kälte­ mittelkompressionsmechanismus, mit einer dem Umsetzen einer Drehbewegung in eine Hin- und Herbewegung dienen­ den Umsetzvorrichtung, die einen Rotor und eine Taumel­ scheibe umfaßt, um eine Hin- und Herbewegung des Kom­ pressionsmechanismus herbeizuführen, und mit einem vorderen Gehäuse, welches ein offenes Ende des zylindrischen Gehäuses verschließt und die Umsetz­ vorrichtung trägt, wobei das Druck-Nadellager zwischen dem vorderen Gehäuse und dem Rotor angeordnet ist, um einen Druck aufzunehmen, der beim Kompressionsbetrieb des Kompressionsmechanismus wirksam ist, und wobei das Druck-Nadellager einen Käfig, mehrere nadelförmige Wälzkörper, die in dem Käfig gehaltert sind, und zwei Druck-Lagerringanordnungen umfaßt, welche den Käfig und die nadelförmigen Wälzkörper beweglich haltern und jeweils Wälzkörper- Laufbahnen für die nadelförmigen Wälzkörper aufweisen, dadurch gekennzeichnet, daß eine der Druck-Lagerring­ anordnungen (21) an dem Rotor (2) montiert ist und einen Lagerring mit einem flachen, ringförmigen Lagerringele­ ment (22, 22′) und einem zylindrischen, axial vom inneren Umfang des Lagerringelements (22, 22′) abstehen­ den Flanschelement (24, 24′) aufweist, welches der Führung des umlaufenden Käfigs (4) in Umfangsrichtung dient, sowie eine flache Dicken-Ausgleichsscheibe (23, 23′), welche in Kontakt mit dem Lagerringelement (22, 22′) angeordnet ist, um die Gesamtdicke des Druck-Nadel­ lagers (20, 20′) in axialer Richtung einzustellen.

2. Druck-Nadellager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß die flache Dicken-Ausgleichsscheibe (23) zwischen den durch den Käfig (4) gehalterten, nadelförmigen Wälzkörpern (5) und dem flachen, ringförmigen Lagerringelement (22) der einen Druck-Lagerringanordnung (21) angeordnet ist.

3. Druck-Nadellager nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die flache Dicken-Ausgleichsscheibe (23′) zwischen dem Rotor (2) und dem flachen, rinförmigen Lagerringelement (22′) der einen Lagerringanordnung (21) angeordnet ist.

4. Druck-Nadellager nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das zylindrische Flanschelement (24, 24′) einstückig an das flache, ringförmige Lagerringelement (22, 22′) der einen Lagerringanordnung (21) angeformt ist.

5. Druck-Nadellager nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die flache Dicken-Ausgleichsscheibe (23, 23′) vor dem Einbau in das Lager (20) unter mehreren flachen Dicken-Ausgleichsscheiben (23, 23′) unter­ schiedlicher Dicke entsprechend der erforderlichen axialen Gesamtdicke des Lagers (20) ausgewählt wird.