DE4420680C2 - Verfahren zum Verbinden einer Kolbenstange mit anderen Teilen in einem Kompressor - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Verbinden einer Kolbenstange mit verschiedenen Komponenten eines Kompressors.

Im allgemeinen komprimieren Taumelscheibenkompressoren Gas, indem die Taumelbewegung einer Taumelscheibe in eine hin- und hergehende Bewegung eines Kolbens im Inneren eines Zylinders umgewandelt wird. Ein herkömmlicher Taumelscheibenkompressor verwendet somit eine sich drehende Antriebswelle, um eine Taumelscheibe zu lagern, die taumelt, wenn sich die Antriebswelle dreht. Der Kolben ist über eine Kolbenstange mit der Taumelscheibe verbunden und der Kolben macht eine hin- und hergehende Bewegung, wenn die Taumelscheibe taumelt.

Um die Taumelbewegung der Taumelscheibe in eine hin- und hergehende Bewegung des Kolbens umzuwandeln, muß die Kolbenstange derartig mit der Taumelscheibe und dem Kolben verbunden sein, daß die oszillierende Bewegung der Taumelscheibe, der Kolbenstange und des Kolbens zugelassen wird. Dementsprechend ist gemäß Fig. 7 eine Kolbenstange 12 mit Kugeln 120, 121 vorgesehen, die einstückig am Ende eines jeden Kolbens ausgebildet sind. Eine Kammer 13, die in der Taumelscheibe 10 definiert ist, hat eine Gestalt, die der der Kugel 120 angepaßt ist. Eine andere Kammer 14, die in einem Kolben 11 definiert ist, hat eine der Kugel 121 angepaßte Gestalt.

Die Kammern 13, 14 nehmen jeweils die Kugeln 120, 121 auf und lagern sie derartig, daß die Kugeln 120, 121 entlang der Innenwandfläche der Kammern 13, 14 gleiten. Ein Paar zylindrischer Wände 21 erstreckt sich von den Öffnungskanten der Kammern 13, 14 und ist an Abschnitten verstemmt, die durch die Umfänge der Kugeln 120, 121 gebildet sind. Dies erlaubt, daß die Kugeln 120, 121 gleitfähig entlang der Innenwandflächen der Kammern 13, 14 gehalten werden. Die Kugeln 120, 121 sind somit in den Kammern 13, 14 gesichert und verbinden sowohl die Taumelscheibe 10, den Kolben 11 und die Kolbenstange 12 miteinander und erlauben ihre oszillierende Bewegung.

Die Montage der Kugel 120 und der Taumelscheibe 10 erfordert, daß die Kugel 120 in die Taumelscheibe 10 eingepaßt oder eingesetzt ist. Dies geschieht normalerweise dadurch, daß zuerst eine zylindrische Wand 21 vorgesehen wird, die eine gleichmäßige Wandstärke entlang der Öffnungskante der Kammer 13 hat, wie in Fig. 8 dargestellt ist. Ein Oberstempel 20 mit einer kugelförmigen Oberfläche 200 wird anschließend gegen die zylindrische Wand 21 gepreßt, um die zylindrische Wand 21 längs des Umfangs der Kugel 120, die sich in der Kammer 13 befindet, plastisch zu verformen, wie in den Fig. 8 und 9 zu sehen ist. Die Kugel 120 wird auf diese Art und Weise eine mit der Taumelscheibe 10 integrierte Komponente. Dasselbe Verfahren wird angewendet, um die Kolbenstange 12 mit der Taumelscheibe 10 zu verbinden oder zu integrieren. Nachdem die Kolbenstange 12 in die Taumelscheibe 10 eingesetzt ist, wird anschließend der Oberstempel 20 an der Teilungslinie 201 gespalten und von seiner vorhergehenden Position zurückgezogen.

Sollte die Höhe der zylindrischen Wand 21 erhöht werden, um die Festigkeit der Wand zu erhöhen, würde sich die Kontaktfläche zwischen der inneren Umfangsoberfläche der zylindrischen Wand 21 und der Kugel 120 (121) ebenfalls erhöhen. Jedoch hemmt die Erhöhung dieser Kontaktfläche das gleichmäßige Oszillieren der Stange 12 mit den Kugeln 120, 121. Daraus folgt, daß eine Erhöhung der Höhe der zylindrischen Wand 21 den Energieverlust und eine Verminderung der gesamten Betriebseffizienz des Kompressors fördert.

Zusätzlich wird durch die Verwendung einer großen Kontaktfläche zwischen der zylindrischen Wand 21 und der Kugel 120 eine angemessene Schmierungsversorgung der Kontaktfläche verhindert. Dadurch tritt leicht ein Glühen zwischen der zylindrischen Wand 21 und der Kugel 120 auf. Ein weiterer Nachteil durch die Erhöhung der Höhe der zylindrischen Wand 21 sind die Schwierigkeiten in der Herstellung beim Verbinden der Kolbenstange 12, der Kugel 120 etc. Durch die Erhöhung der Höhe der zylindrischen Wand 21 ist eine größere plastische Deformation während der Montage und der Verbindung der zylindrischen Wand 21 mit der Kugel 120 erforderlich. Dadurch neigt die Haltbarkeit der zylindrischen Wand 21 dazu, sich durch eine Erhöhung der inneren Belastungen am Beginn der zylindrischen Wand zu senken.

Aus der FR-PS 15 30 236 ist ferner bekannt, eine Kolbenstange mit einem kugelförmigen Endabschnitt zu versehen und diesen derart in eine Aufnahmekammer eines Kolbens unterzubringen, daß diese Aufnahmekammer zum Einsetzen eine zylindrische Wand aufweist, die nach dem Einsetzen nach innen zum Halten des kugelförmigen Endabschnitts verstemmt wird.

Dementsprechend ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Festigkeit der Nontageverbindung des Kolbens, der Kolbenstange und der Kugeln zu erhöhen.

Diese Aufgabe wird mit einem Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Ein Vorteil der Erfindung ist es, daß die oszillierende Bewegung der Kolbenstange verbessert und erleichtert wird und daß jegliches Auftreten von Zusammenbacken der Kolbenstange (Fressen) verhindert wird.

Ein weiterer Vorteil der Erfindung ist, daß die Konzentration der inneren Belastungen an der Wurzel der zylindrischen Wände gemäßigt wird, um damit deren Haltbarkeit zu verbessern.

Die Erfindung soll zusammen mit der Aufgabe und ihren Vorteilen anhand der nachfolgenden Beschreibung von momentan bevorzugten Ausführungsbeispielen in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen besser verstanden werden.

Die Fig. 1 bis 4 zeigen ein erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel.

Fig. 1 ist eine Querschnittansicht eines Taumelscheibenkompressors.

Fig. 2 zeigt das Verfahren des Einsetzens der Kolbenstange in die Taumelscheibe in einer Querschnittansicht.

Fig. 3 zeigt wo sich die Kolbenstange vollständig in der Taumelscheibe befindet in einer Querschnittansicht.

Fig. 4 ist eine vergrößerte Teilansicht des Verbindungsabschnittes in einer Querschnittansicht.

Fig. 5 ist eine Querschnittansicht, die einen ersten Oberstempel darstellt, der eine kugelförmige Oberfläche gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel hat.

Fig. 6 ist eine Querschnittansicht, die einen zweiten Oberstempel darstellt, der eine kegelförmige Oberfläche gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel hat.

Die Fig. 7 bis 9 stellen ein Ausführungsbeispiel aus dem Stand der Technik dar.

Fig. 7 zeigt, wie die Kolbenstange mit der Taumelscheibe und dem Kolben gemäß dem Stand der Technik verbunden ist.

Fig. 8 ist eine Querschnittansicht, die das Verfahren darstellt, wie die Kolbenstange in die Taumelscheibe eingesetzt wird.

Fig. 9 ist eine Querschnittansicht die zeigt, wie sich die Kolbenstange vollständig in der Taumelscheibe befindet.

Nachfolgend soll ein erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel unter Bezugnahme auf die Fig. 1 bis 4 erläutert werden.

Fig. 1 ist eine Querschnittansicht eines erfindungsgemäßen Taumelscheibenkompressors. Wie in Fig. 1 gezeigt, ist ein Frontgehäuse 3 an einem Zylinderblock 1 befestigt, wobei eine Kurbelkammer 2 darin ausgebildet ist. Ein Rückgehäuse 6 ist über eine Ventilplatte 7 mit dem Zylinderblock 1 verbunden. Im Rückgehäuse sind eine Einlaßkammer 4 und eine Auslaßkammer 5 definiert. Zusammen bilden der Zylinderblock 1, das Frontgehäuse 3 und das Rückgehäuse 6 ein Kompressorgehäuse.

Eine Antriebswelle 8, die drehbar zwischen dem Zylinderblock 1 und dem Frontgehäuse 3 gelagert ist, hat beim Frontgehäuseabschnitt des Kompressorgehäuses einen an ihr befestigten Rotor 9. Eine Taumelscheibe 10 ist auf dem Rotor 9 über eine Vielzahl an Walzen 101 etc. montiert. Es soll betont werden, daß die Taumelscheibe durch eine andere Scheibenplatte ersetzt werden kann, wie beispielsweise eine Wellenplatte. Im Zylinderblock 1 sind eine Vielzahl an Zylinderbohrungen 100 definiert. In jeder Zylinderbohrung 100 ist ein Kolben 11 angeordnet und über eine Kolbenstange 12 mit der Taumelscheibe 10 verbunden.

Obwohl die Drehung der Antriebswelle 8 den Rotor 9 zum Drehen bringt, ruft diese Drehung keine Drehung der Taumelscheibe hervor; vielmehr macht die Taumelscheibe 10 eine Taumelbewegung bezüglich der Antriebswelle 8. Das Ergebnis ist, daß der Kolben 11 in seiner Zylinderbohrung 100 hin- und herbewegt wird.

Die Kolbenstange 12 hat Kugeln 120, 121, die einstückig an jedem Ende ausgebildet sind. In der Taumelscheibe 10 ist eine Kammer 13 definiert, deren Gestalt der Kugel 120 angepaßt ist. Im Kolben 11 ist eine andere Kammer 14 definiert, deren Gestalt der Kugel 121 angepaßt ist. Die Kugeln 120, 121 der Kolbenstange 12 sind in den Kammern 13, 14 derartig angeordnet, daß sie jeweils an der Innenwandfläche der Kammern 13, 14 entlanggleiten. Eine zylindrische Wand 15 ist ausgebildet, um an der Öffnungskante einer jeden Kammer 13, 14 hervorzustehen. Wie in den Fig. 2 bis 4 dargestellt ist, hat die zylindrische Wand 15 eine gleichförmige Wandstärke von der Wurzel 150 bis zu ihrem freien Ende 152. Die in den Kammern 13, 14 zurückgehaltenen Kugeln 120, 121 sind aufgrund der Verstemmung der zylindrischen Wand 15 entlang ihrer inneren Wandoberflächen gleitfähig.

In der nachfolgenden Beschreibung wird das Einsetzen der Kolbenstange 12 in die Taumelscheibe 10 erläutert. Das Einsetzen der Kolbenstange 12 in den Kolben 11 wird weggelassen, da deren Einsetzen ähnlich zu dem der Kolbenstange in die Taumelscheibe 10 erfolgt.

Wie in den Fig. 2 bis 4 gezeigt, wird ein Oberstempel 16 verwendet, wenn die Taumelscheibe 10 mit der Kolbenstange 12 verbunden wird. Der Oberstempel 16 hat eine kugelige Oberfläche 160, die einen bogenförmigen Querschnitt hat. Eine kegelige Oberfläche 161 ist sowohl angrenzend als auch benachbart zu einer Tangentiallinie der kugelförmigen Oberfläche 160. Der Oberstempel 16 kann bei einer Teilungslinie 162 gespalten werden.

Wenn die Kugel 120 der Kolbenstange 12 unter Verwendung des Oberstempels 16 in die Taumelscheibe 10 eingebaut wird, wird zuerst die Kugel 120 in der Kammer 13 der Taumelscheibe 10 angeordnet. Als nächstes wird der Oberstempel 16 in der Axialrichtung der Kolbenstange 12 bewegt, um gegen die zylindrische Wand 15 gedrückt zu werden. Anschließend, wie in den Fig. 3 und 4 gezeigt, wird die zylindrische Wand 15 von der Wurzel 150 bis zu ihrem Mittenabschnitt 151 durch die kugelige Oberfläche 160 des Oberstempels verstemmt. Desweiteren wird das freie Ende 152 der zylindrischen Wand 15 durch die kegelige Oberfläche 161 des Oberstempels 16 verstemmt.

Folglich wird die zylindrische Wand 15 über einen Oberflächenbereich in Kontakt zur Kugel gebracht, der tangential zu einer Stelle an der Wurzel 150 bis zum Mittenabschnitt 151 liegt. Eine Kontaktfläche 110, die einen gebogenen Querschnitt hat, ist entlang des inneren Umfangs der zylindrischen Wand 15 von der Wurzel 150 bis im wesentlichen zu ihrem Mittelabschnitt 151 ausgebildet. Desweiteren ist ein ringförmiger Spielraum 113, der einen keilförmigen Querschnitt hat, zwischen dem inneren Umfang am freien Ende 152 der zylindrischen Wand 15 und dem äußeren Umfang der Kugel 120 definiert.

Der Bereich, über den die Kontaktfläche 110 durch die Verbindungsmontage oder dem Einsetzen ausgebildet ist, entspricht tatsächlich nur dem Mittelabschnitt 151 der zylindrischen Wand 15, wie durch den Bereich 111 in Fig. 4 angezeigt ist. In dem unter dem Bereich 111 liegenden Bereich 112, daß heißt dem Abschnitt, der im wesentlichen der Wurzel 150 der zylindrischen Wand 15 entspricht, ist der Innendurchmesser der Kammer 13, der der zylindrischen Wand 15 und der Durchmesser der Kugel 120 so ausgestaltet, daß sie Dimensionen haben, um einen sehr kleinen Spielraum zwischen der zylindrischen Wand 15 und der Kugel 120 zu bilden. Folglich preßt die Kugel 120 das Innere nicht zu stark gegen die zylindrische Wand 15 an der Wurzel 150, wenn die Kolbenstange 12 mit der Taumelscheibe 10 verbunden ist. Dies mäßigt die Konzentration der inneren Belastung an der Wurzel 150 effektiv.

Die Taumelscheibe 10 ist mit der Kolbenstange 12 dadurch verbunden, daß der zylindrischen Wand 15 erlaubt ist, einer plastischen Deformierung unterzogen zu werden, um die Kugel 120 in sie einzubauen. Der Oberstempel 16 wird anschließend bei der Teilungslinie 162 gespalten, um von der Arbeitsposition zurückgezogen zu werden. Dieser vorstehend beschriebene Vorgang des Unterbringens wird ausgeführt, wobei der Kolben 11 oder die Taumelscheibe 10 auf einem (nicht gezeigten) Tisch angeordnet sind.

Gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist die zylindrische Wand 15 so ausgebildet, daß sie entlang ihrer Achse eine gleichmäßige Wandstärke hat. Die kegelförmige Oberfläche 161 des Oberstempels 16 ist so geformt, daß sie sowohl an der schalenförmige Oberfläche 160 angrenzt als auch tangential zu ihr liegt. Nach dem Verstemmen der zylindrischen Wand 15 mit dem Oberstempel 16 ist ein Spielraum 113 mit einem keilförmigen Querschnitt zwischen dem inneren Umfang am freien Ende 152 der zylindrischen Wand 15 und dem äußeren Umfang der Kugel 120 definiert. Dieser verhindert, daß der innere Umfang am freien Ende 152 mit der Kugel 120 in Kontakt gebracht wird.

Sogar wenn die Höhe der zylindrischen Wand 15 erhöht wird, um deren Festigkeit zu erhöhen, wird die Kontaktfläche zwischen der zylindrischen Wand 15 und der Kugel 120 nicht erhöht. Folglich kann die Reibung zwischen der zylindrischen Wand 15 und der Kugel 120 reduziert werden, um die gleichmäßige oszillierende Bewegung der Kolbenstange 12 beim Kompressorbetrieb zu erleichtern. Dies trägt dazu bei, daß die zylindrische Wand 15 und die Kugel 120 am Zusammenbacken (Fressen) gehindert werden.

Zwischen dem inneren Umfang an dem freien Ende 152 der zylindrischen Wand 15 und dem äußeren Umfang der Kugel 120 ist ein ringförmiger Spielraum 113 definiert. Die zylindrische Wand 15 davon wird einer plastischen Deformation unterzogen. Dies mäßigt wiederum die Konzentration der inneren Belastungen, die an der Wurzel 150 auftreten und verbessert die Haltbarkeit der zylindrischen Wand 15.

Da der Spielraum 113 einen keilförmigen Querschnitt hat, kann die Kontaktoberfläche 110 durch den Spielraum 113 beim Betrieb des Kompressors mit Kühlgas versorgt werden, welches Schmieröl in Suspension enthält. Dabei wird die Schmierung des Kontaktabschnittes verbessert.

Obwohl hier nur ein einziges erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel beschrieben wurde, soll dem Fachmann auf diesem Gebiet klar sein, daß die vorliegende Erfindung in vielen anderen spezifischen Formen ausgeführt werden kann, ohne daß der Schutzbereich der Erfindung verlassen wird. Im einzelnen können die folgenden Abwandlungen vorgenommen werden.

(1) Während in dem vorstehend genannten Ausführungsbeispiel die schalenförmige Oberfläche 160 und die kegelige Oberfläche 161 in einem Oberstempel 16 ausgebildet werden, kann ein erster Oberstempel 165 mit einer einzigen schalenförmige Oberfläche 160 und ein zweiter Oberstempel 166 mit einer einzigen kegeligen Oberfläche 161 verwendet werden, um einen Zwei- Schritt Verstemmbetrieb auszuführen, wobei die zwei Oberstempel 165, 166 wie in den Fig. 5 und 6 gezeigt verwendet werden.

(2) Während in dem vorstehend genannten Ausführungsbeispiel die kegeligen Oberfläche 161 im wesentlichen tangential zur kugeligen Oberfläche 160 ausgebildet ist, kann die kegelige Oberfläche 161 etwas getrennt von einer Linie tangential zur kugeligen Oberfläche 160 ausgebildet werden, um sicher für einen weiteren Spielraum 113 zwischen dem freien Ende 152 der zylindrischen Wand 15 und der Kugel 120 zu sorgen.

Claims (5)

1. Verfahren zum Verbinden einer Kolbenstange mit einem Kolben und/oder einer Scheibenplatte eines Kompressors, so daß die Kolbenstange beweglich im Kolben und/oder der Scheibenplatte gelagert ist, mit den folgenden Schritten:
Formen eines sphärischen Abschnitts an zumindest einem Ende der Kolbenstange,
Formen einer zunächst zylindrisch geformten Aufnahmekammer in dem Kolben und/oder der Taumelscheibe zur Aufnahme des sphärischen Abschnitts der Kolbenstange, so daß eine zylindrische Wand von einer äußeren Kante der Kammer hervorsteht,
Einsetzen des sphärischen Abschnitts der Kolbenstange in die Aufnahmekammer,
Verstemmen der zylindrischen Wand nach innen zum Halten des sphärischen Abschnitts, wobei die zylindrische Wand derart verstemmt wird, daß ein ringförmiger Spielraum (113) mit einem keilförmigen Querschnitt zwischen einem inneren Umfang des freien Endes (152) und einem äußeren Umfang des sphärischen Abschnitts (120, 121) ausgebildet wird.

2. Ein Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zylindrische Wand (15) von einer Wurzel (150) zum freien Endabschnitt (152) eine gleichmäßige Wandstärke hat.

3. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zylindrische Wand (15) durch einen Oberstempel (16) verstemmt wird, der eine schalenförmige Oberfläche (160) zum Verstemmen in einem Bereich zwischen der Wurzel (150) und dem Mittenabschnitt (151), und eine kegelige Oberfläche (161) angrenzend daran und angeordnet an einer Tangentiallinie der schalenförmige Oberfläche (160) zum Verstemmen des freien Endabschnittes (152) hat.

4. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Bereich zwischen der Wurzel (150) und dem Mittenabschnitt (151) durch einen ersten Oberstempel (165), der eine schalenförmige Oberfläche (160) hat, verstemmt wird, und der freie Endabschnitt (152) durch einen zweiten Oberstempel (166) verstemmt wird, der eine kegelige Oberfläche (161) hat, die daran angrenzt und an einer Tangentiallinie der schalenförmigen Oberfläche (160) angeordnet ist.

5. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine innere Umfangsoberfläche der Wurzel (150) von der äußeren Umfangsoberfläche des sphärischen Abschnitts (120, 121) beabstandet ist, um einen Spielraum zu bilden.