DE4139186A1 - Kolben-verbindungsmechanismus fuer einen taumelscheiben-kompressor - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Kolben-Verbindungsme­ chanismus für einen Taumelscheiben-Kompressor und insbeson­ dere auf eine Anordnung, um die Kolben mit der Taumelschei­ be in einem Kompressor mit veränderlicher Leistung zu ver­ binden.

Ein Kompressor der Taumelscheibenbauart hat eine drehende Scheibe, die gelenkig an einer Antriebswelle gelagert ist und mit dieser Welle als Einheit dreht. An der drehenden Scheibe ist eine mit Bezug zu dieser drehbare Taumel­ scheibe angeordnet, die über zugeordnete Kolbenstangen mit einer Mehrzahl von Einkopfkolben verbunden ist. Ferner ver­ hindert ein Taumelscheiben-Leitwandmechanismus eine Verla­ gerung der Taumelscheibe, während die drehende Scheibe dreht, um die genaue Hin- und Herbewegung der Kolben auf­ rechtzuerhalten.

Um die Konstruktion des oben skizzierten Taumelscheiben-Kompressors zu vereinfachen, wurde ein solcher vorgeschla­ gen, wie er in der JP-Patent-OS Nr. 60-1 75 783 offenbart ist. Wie in der beigefügten Fig. 12 gezeigt ist, umfaßt bei diesem Kompressor jeder Kolben 101 halbkugelförmige Gleitschuhe 100, die in eine sphärische Ausnehmung 103 in einem Ansatz 102 des Kolbens 101 zu ihrer Lagerung einge­ setzt sind. Die ebenen Stirnflächen der Gleitschuhe 100 sind mit der Taumelscheibe 104 in Anlage. Durch diese Lagerungs­ konstruktion mit den Gleitschuhen 100 kann der Kolben 101 in seiner Achsrichtung entsprechend der Schwenkbewegung der Taumelscheibe 104 hin- und herbewegt werden. Insofern benö­ tigt dieser Taumelscheiben-Kompressor nicht die drehende Scheibe und den Taumelscheiben-Leitwandmechanismus, die bei dem vorherigen Kompressor notwendig sind, so daß der Mecha­ nismus erheblich vereinfacht wird.

Jedoch wird, wenn die Taumelscheibe 104 gedreht wird, von dieser über die Gleitschuhe 100 eine Seitenbelastung auf den Kolben 101 aufgebracht. Durch diese Belastung wird ein einseitiges Anstoßen oder Anpressen zwischen dem Kolben 101 und einem Zylinder 105 hervorgerufen, so daß derjenige Teil an welchem der Kolben 101 gegen den Zylinder 105 anliegt, verschlissen oder überhitzt werden kann.

Es ist insofern die primäre Aufgabe der Erfindung, einen Kompressor der Taumelscheibenbauart zu schaffen, bei dem ein Verschleiß sowie ein Überhitzen des Kolbens verhindert werden, so daß eine lange Lebensdauer erreicht wird.

Hierbei ist es ein Ziel der Erfindung, einen Kolben-Verbin­ dungsmechanismus anzugeben, der imstande ist, eine auf einen Kolben von einer Taumelscheibe aufgebrachte Seitenbelastung zu vermindern.

Um die Aufgabe zu lösen und das genannte sowie weitere Zie­ le zu erreichen, umfaßt der Erfindungsgegenstand eine An­ triebswelle, eine verschwenkbar auf der Antriebswelle für eine Drehung mit dieser zusammen gelagerte plattenförmige Taumelscheibe, eine Mehrzahl von Kolben, von denen jeder für eine lineare Hin- und Herbewegung in Übereinstimmung mit der Drehung der Taumelscheibe ausgebildet ist, und Kupp­ lungsglieder, die die Kolben mit der Taumelscheibe verbin­ den und derart angeordnet sowie ausgestaltet sind, daß sie sich wenigstens in einer mit Bezug zur Antriebswelle radia­ len Richtung bewegen.

Der Erfindungsgegenstand wird unter Bezugnahme auf die Zeich­ nungen anhand verschiedener bevorzugter Ausführungsformen erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen Axialschnitt eines Kompressors in einer ersten Ausführungsform gemäß der Erfindung;

Fig. 2 den Schnitt nach der Linie A-A in der Fig. 1;

Fig. 3 eine perspektivische Übersichtsdarstellung von we­ sentlichen Teilen des Verbindungsmechanismus zwi­ schen einem Kolben und der Taumelscheibe;

Fig. 4 ein Diagramm zur Seitenbelastung, die zwischen der Taumelscheibe und einem Ansatz an einem Kolben als Funktion einer Kolbenstellung wirkt;

Fig. 5 einen Teilschnitt einer abgewandelten Ausführungs­ form eines Verbindungsmechanismus, der eine Trag­ rippe enthält;

Fig. 6 einen Teilschnitt einer weiteren abgewandelten Ausführungsform eines Verbindungsmechanismus, bei dem anstelle einer Trag- oder Lagerrippe eine Lager­ kehle zur Anwendung gelangt;

Fig. 7 und 8 Teilschnitte von weiteren Ausführungsformen eines Verbindungsmechanismus;

Fig. 9 sowie 10 und 11 perspektivische Übersichtsdarstel­ lungen von Verbindungsmechanismen in weiteren Aus­ führungsformen gemäß der Erfindung;

Fig. 12 einen Axialschnitt des eingangs zum Stand der Tech­ nik abgehandelten Taumelscheiben-Kompressors.

Gemäß den Fig. 1-3 umfaßt ein Kompressor einen Zylinder­ block 1 mit einem daran befestigten vorderen Gehäuseteil 2 sowie hinteren Gehäuseteil 3. Im Zylinderblock 1 sind meh­ rere Zylinder 26 ausgebildet, von denen jeder einen Einkopf­ kolben 8 aufnimmt. Durch den Zylinderblock 1 und das vor­ dere Gehäuseteil 2 wird eine Antriebswelle 4 drehbar gela­ gert, an welcher im vorderen Gehäuseteil 2 eine Mitnehmer­ scheibe 5 fest angebracht ist, die mit der Antriebswelle 4 dreht und in ihrem freien Ende mit einem Langloch 20 ver­ sehen ist.

An der Antriebswelle 4 ist verschiebbar eine Kugelführung oder -lagerung 6 gehalten, die verschwenkbar eine Taumel­ scheibe 7 trägt, die als Einheit mit der Antriebswelle 4 dreht. An der Taumelscheibe 7 ist ein Verbindungsglied 21 befestigt, um die Taumelscheibe 7 über einen Stift 22 mit der Mitnehmerscheibe 5 zu verbinden. Der Stift 22 ist im freien Ende des Verbindungsglieds 21 gelagert und ermög­ licht der Taumelscheibe 7 eine Neigung mit Bezug zur Achse der Antriebswelle 4. Im einzelnen wird die Neigung oder Schwenkung der Taumelscheibe 7 durch die gleitende Führungs­ wirkung des Langlochs 20 sowie des Stifts 22 wie auch durch die Gleit- und Lagerwirkung an der Kugelführung 6 geführt.

Jeder Zylinder 26 ist als Bohrung im Zylinderblock 1 zwi­ schen einer Kurbelkammer 23 einerseits und einer Ansaugkam­ mer 24 sowie Ausstoßkammer 25 andererseits ausgebildet. Die Ansaug- und Ausstoßkammern 24, 25 sind im hinteren Ge­ häuseteil 3 angeordnet. Der Kolben 8 ist mit einem Ansatz 9 ausgestattet ist, durch den sich die Taumelscheibe 7 bewegt. In jeder dem Einstich 27 zugewandten Seitenwandfläche sind bogenförmige Ausnehmungen 28 ausgebildet. Am Außenumfangs­ bereich der Taumelscheibe 7 ist auf beiden Seiten der Taumel­ scheibe jeweils eine ringförmige Lagerrippe 29 ausgestal­ tet, die von der Seitenfläche etwas vorragt und derart an­ geordnet ist, daß sie sich durch den Einstich 27 hindurch bewegt. Die radiale Mitte der Lagerrippe 29 fällt mit der Achse L1 der Drehwelle 4 zusammen.

Wie der Fig. 2 zu entnehmen ist, sind in einer Mehrzahl vor­ handene Kolben 8 mit gleichen Winkelabständen um die An­ triebswelle 4 herum angeordnet. Jede Seite der Lagerrippe 29 wird von einem Paar von Verbindungselementen (Kupplungs­ gliedern) 10 und 11, die als Gleitlager wirken, abgestützt oder gelagert. Jedes Paar von zweiten Verbindungselementen 10 ist zwischen dem Ansatz 9 eines jeden Kolbens 8 und einer zugeordneten Seite der Lagerrippe 29 angeordnet. Wie die Fig. 3 zeigt, sind die zweiten Verbindungselemente 10 im wesentlichen als ein bogenförmiges Teil einer zylindri­ schen Gestalt ausgebildet, wobei die ebene, innenliegende Fläche gleitend gegen jeweilige Flächen der Taumelscheibe 7 anliegt, während die Lagerrippe 29 in einer Kehle 29a der zweiten Verbindungselemente 10 aufgenommen ist. Das erste Verbindungselement 11 ist zwischen der bogenförmigen Ausnehmung 28 und der zylindrischen, außenliegenden Flä­ che des zweiten Verbindungselements 10 angeordnet. Die Innen- und Außenflächen des Verbindungselements 11 sind so ausgestaltet, daß sie der zylindrischen Außenfläche des Verbindungselements 10 und der bogenförmigen Ausnehmung 28 jeweils in ihrer Gestalt entsprechen.

Die zweiten Verbindungselemente 10 sind derart angeordnet, daß ihre Achsen L2 auf der Mittellinie zwischen dem Paar Ferner ist eine Achse L3 der bogenförmigen Ausnehmung 28 so angeordnet, daß sie die Achse L2 kreuzt. Beide Verbindungs­ elemente 10 und 11 sind insofern ständig in der Ausdrehung oder dem Einstich 27 ohne Rücksicht auf den Drehwinkel der Taumelscheibe verschiebbar.

Wenn die Taumelscheibe 7 geneigt gehalten wird, so wird sie drehen, um mit Bezug zur Drehwelle 4 eine elliptische Bahn zu beschreiben. Das Verbindungselement 10 bewegt sich des­ halb längs der elliptischen Umlaufbahn, die der Außenumfang der Taumelscheibe 7 bei ihrer Drehung beschreibt. Demzufol­ ge ändert sich der Abstand zwischen dem Verbindungselement 10 und der Drehachse L1. Diese Änderung im Abstand wird durch die Auf- und Ab-Gleitverlagerung des Verbindungsele­ ments 11 mit Bezug zur bogenförmigen Ausnehmung 28 ermög­ licht.

Die Drehbewegung der Taumelscheibe 7 wird über die Verbin­ dungselemente oder Kupplungsglieder 10 und 11 in eine hin- und hergehende Bewegung der Kolben 8 in den Zylindern 26 umgesetzt. Demzufolge wird das aus der Ansaugkammer 24 in den Zylinder 26 gesaugte Gas komprimiert und durch die Aus­ stoßkammer 25 ausgefördert. Der Hub der Kolben 8 ändert sich in Übereinstimmung mit Änderungen im Neigungswinkel der Tau­ melscheibe 7. Der Neigungswinkel der Taumelscheibe wird in typischer Weise durch Regelung des Drucks in der Kurbelkam­ mer 23 mit Bezug zum Ansaugdruck im Zylinder 26 eingestellt. Der Druck in der Kurbelkammer 23 wird durch ein im Zylin­ derblock 1 untergebrachtes Elektromagnet-Regelventil 19 geregelt. Als Ergebnis dessen wird die Neigung der Taumel­ scheibe 7 geändert, um die Förderleistung des Kompressors zu verändern.

Durch Zulassen einer Änderung im Abstand zwischen dem Ver­ bindungselement 10 und der Drehachse L1 wird die auf den Ansatz 9 des Kolbens 8 aufgrund der Drehung der Taumelschei­ be 7 aufgebrachte Seitenbelastung herabgesetzt. Das Diagramm in Fig. 4 zeigt die auf den Kolben 8 von der Taumelscheibe 7 aufgebrachte Seitenbelastung. Eine durch eine strich-punk­ tierte Linie angegebene Kurve D1 gibt die Seitenbelastung wieder, die bei einem herkömmlichen Kompressor mit einer schaukelnden Taumelscheibe aufgebracht wird, während die als ausgezogene Linie dargestellte Kurve D2 eine Seitenbe­ lastung bei dem Erfindungsgegenstand zeigt. Wie aus einem Vergleich der beiden Kurven D1 und D2 deutlich wird, wird durch die Erfindung die Seitenbelastung, die durch den Gleiteffekt des Verbindungselements 11 in der radialen Rich­ tung der Taumelscheibe 7 hervorgerufen wird, erheblich ver­ mindert.

Die Gleitbewegung des ersten Verbindungselements 11 mit Bezug zum Kolben 8 wird auf die radiale Richtung der Tau­ melscheibe 7 begrenzt, während die Gleitbewegung des zwei­ ten Verbindungselements 10 auf die Umfangsrichtung der Tau­ melscheibe 7 eingeschränkt wird. Deshalb wird bei einem Dre­ hen der Taumelscheibe 7 der Kolben 8 nicht rollen. Dadurch wird eine störende Beeinflussung des Ansatzes 9 des Kolbens 8 mit der peripheren Kante der Taumelscheibe 7 verhindert, so daß die Notwendigkeit, zusätzlich einen Mechanismus zur Verhinderung des Rollens des Kolbens 8 vorzusehen, beseitigt wird.

Der Erfindungsgegenstand ist nicht auf die vorstehend be­ schriebene Ausführungsform begrenzt, vielmehr kann er in einer Vielzahl von Arten abgewandelt werden, wie beispiels­ weise die in den Fig. 5-11 dargestellten Ausführungsfor­ men zeigen.

Bei der Ausführungsform von Fig. 5 ist die Trag- oder La­ gerrippe 12 mit halbkreisförmigem Querschnitt ausgestaltet, während bei der Ausführungsform von Fig. 6 anstelle einer Lagerrippe eine ringförmige Lagerkehle 13 vorgesehen ist. In jedem Fall kann das zweite Verbindungselement so ausge­ bildet werden, daß es der Ausbildung der Lagerrippe oder -kehle angepaßt ist. Selbstverständlich können andere geo­ metrische Anordnungen oder Ausgestaltungen für die Lager­ rippe in zahlreichen unterschiedlichen Ausführungsformen zur Anwendung kommen.

Bei der Ausführungsform von Fig. 7 wird anstelle eines Paa­ res von unabhängigen zweiten Verbindungselementen 10, die bei den vorherigen Ausführungsformen auf entgegengesetzten Seiten der Taumelscheibe 7 angeordnet sind, ein einzelnes einteiliges Verbindungselement 14 verwendet.

Die Fig. 8 zeigt eine Ausführungsform, wobei eine Lager­ rippe 29 außerhalb der Ausdrehung 27 des Kolbens 8 ausgebil­ det ist. Hierbei enthält jedes zweite Verbindungselement 17 einen Schenkel mit einer innenliegenden Kehle 17a, die dazu dient, die Lagerrippe 29 aufzunehmen. Die ersten Verbindungs­ elemente 11 sind hierbei von derselben Art wie bei den vor­ herigen Ausführungsformen. Durch diese Ausgestaltung kann die Querschnittsfläche der Lagerrippe 29 vergrößert werden, wodurch eine Verbesserung im Verhalten in bezug auf einen Belastungswiderstand erreicht wird.

Bei der Ausführungsform von Fig. 9 haben die zweiten Verbin­ dungselemente 15 im wesentlichen eine halbkugelförmige Ge­ stalt, wobei die Halbkugelfläche des Elements in ein ent­ sprechend ausgebildetes erstes Verbindungselement 16 einge­ setzt wird. Hierbei kann die Ausnehmung 28 im Ansatz 9 des Kolbens 8 eine einfache Gestalt haben, die es erlaubt, das Verbindungselement 16 in der radialen Richtung der Taumel­ scheibe 7 verschiebbar geführt aufzunehmen. Es ist deshalb für die Ausnehmung 28 und das Verbindungselement 16 nicht notwendig, eine spezielle führende Lagebeziehung zu haben, um zwischen ihnen eine gleitende Drehbewegung zu gewährlei­ sten.

Wie die Fig. 10 zeigt, kann das erste Verbindungselement 16 mit einem kegelstumpfförmigen Kopfteil versehen sein.

Bei der Ausführungsform von Fig. 11 werden ein zweites Ver­ bindungselement 15, wie es in den Fig. 9 und 10 gezeigt ist, sowie ein erstes Verbindungselement 18, das als eine Kombina­ tion des ersten Verbindungselements 11 von Fig. 3 und des ersten Verbindungselements 16 von Fig. 9 ausgestaltet ist, zur Anwendung gebracht.

Die Erfindung offenbart einen Kolben-Verbindungsmechanismus für einen Taumelscheiben-Kompressor. An einer Antriebswelle ist eine plattenförmige Taumelscheibe gelenkig für eine Drehung zusammen mit dieser Welle gelagert. Am Umfangsbe­ reich der Taumelscheibe sind mehrere Kolben angebracht, von denen jeder linear in Übereinstimmung mit der Drehung der Taumelscheibe hin- und herbewegt wird. Zur Kopplung der Kolben und der Taumelscheibe sind Verbindungselemente vorgesehen, die so angeordnet sind, daß sie wenigstens in einer radialen Richtung mit Bezug zur Antriebswelle beweg­ bar sind.

Wenngleich hier einige Ausführungsformen des Erfindungs­ gegenstandes beschrieben worden sind, so ist klar, daß dem Fachmann bei Kenntnis der durch die Erfindung vermit­ telten Lehre Abwandlungen und Abänderungen an diesen Aus­ führungsformen nahegelegt sind, die jedoch als in den Rah­ men der Erfindung fallend anzusehen sind.

Claims (5)

1. Kolben-Verbindungsmechanismus für einen Taumelscheiben-Kompressor mit einer verschwenkbar auf einer Antriebs­ welle (4) für eine Drehung mit dieser gelagerten plat­ tenförmigen Taumelscheibe (7) und mit einer Mehrzahl von Einkopfkolben (8), wobei die Drehung der Taumelscheibe in eine lineare Hin- und Herbewegung der Kolben umgesetzt wird, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Kolben (8) und die Taumelscheibe (7) durch ein Kupplungsglied (10, 11, 14, 15, 16, 17, 18) zusammengeschlossen sind, das sich wenig­ stens in einer radialen Richtung mit Bezug zur Antriebs­ welle (4) bewegt.

2. Mechanismus nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Kupplungsglied ein erstes, in der radialen Richtung der Taumelscheibe (7) bewegbares Verbindungselement (11, 16, 18) und ein zweites, in der zur radialen Richtung rechtwinkligen Richtung bewegbares Verbindungselement (10, 14, 15, 17) umfaßt.

3. Mechanismus nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Kolben (8) einen Ansatz (9) mit einem Einstich (27), in dem das erste, in der radialen Richtung gleitbe­ wegliche Verbindungselement (11, 16, 18) aufgenommen ist, aufweist und das erste Verbindungselement das zweite, in der zur radialen Richtung rechtwinkligen Richtung gleitbe­ wegliche Verbindungselement (10, 14, 15, 17) aufnimmt.

4. Mechanismus nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß am Außenumfangsbereich der Taumel­ scheibe (7) eine kreisförmige Rippe (12, 29) und in je­ dem zweiten Verbindungselement (10, 14, 15) eine Kehle (29a), in der die Rippe aufgenommen ist, ausgebildet ist.

5. Mechanismus nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Verbindungselement (11, 16, 18) eine Ausnehmung mit einer sphärischen Wand zur Aufnah­ me eines sphärischen Wandstücks des zweiten Verbindungs­ elements (10, 14, 15, 17) besitzt.