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HINTERGRUND
DER ERFINDUNG
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1. Bereich
der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung betrifft einen mit einem ersten und einem
zweiten Glied, welche in gleitbeweglichem Kontakt relativ zueinander
stehen, versehenen Verdichter gemäß dem Oberbegriff von Anspruch
1 und betrifft im Besonderen die Verbesserung der Gleitverschleißfestigkeit
einer Beschichtungslage, die auf der Gleitfläche der zwei Glieder zum Zwecke
der Sicherstellung der Kontaktgleitfähigkeit gebildet ist. Eine
derartige Verdichterbeschichtung ist z.B. aus der US-A-3723165 bekannt.
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2. Beschreibung des Standes
der Technik
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Generell
weist ein Verdichter vom Taumelscheibentyp einen Zylinderblock auf,
der Teil des Gehäuses bildet,
eine Mehrzahl von Kolben, welche hin und her beweglich in einer
Mehrzahl von Zylinderbohrungen angeordnet sind, die in dem Zylinderblock
gebildet sind, und eine Taumelscheibe, welche an einer Antriebswelle in
einem geneigten Zustand in einer Kurbelkammer fixiert oder neigungsbeweglich
an der Antriebswelle bereitgestellt ist. Jeder der Kolben ist mit
dem peripheren Bereich der Taumelscheibe über ein Paar von Schuhen beweglich
verbunden. Die bewegliche Verbindungskonstruktion gestattet es, die
Rotationsbewegung der Antriebswelle und der Taumelscheibe in eine
hin- und hergehende
Bewegung des Kolbens umzuwandeln.
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Für einen
solchen Verdichter vom Taumelscheibentyp ist es wichtig geworden,
ein Fressen zwischen der Taumelscheibe und dem Paar von Schuhen,
die in direktem Kontakt mit beiden Oberflächen des peripheren Bereichs
der Taumelscheibe stehen, zu vermeiden sowie die Reibung zwischen
der Taumelscheibe und den Schuhen zu reduzieren, aus Gründen, die
im Folgenden beschrieben werden. Bei einem Verdichter vom Taumelscheibentyp
wird ein Schmierölnebel
von einem Kühlmittelgas
mitgetragen und jedem der Bereiche des Verdichters zum Zwecke des
Bewirkens von Schmierung zugeführt.
Jedoch wird Schmieröl,
welches in der Gleitfläche
der Taumelscheibe verblieben ist und derselben anhaftet, durch das
Kühlmittelgas
weggewaschen, bevor der Schmierölnebel
die Taumelscheibe erreicht, und es ist damit zu rechnen, dass die
Taumelscheibenoberfläche
trocken wird, wo die Taumelscheibenoberfläche einen Mangel an Schmieröl aufweist.
Eine Folge davon ist, dass die Taumelscheibe und die Schuhe gezwungen
sind, ihre Gleitbewegung unter trockenen Bedingungen zu beginnen.
Die Gleitbedingungen, namentlich die Gleitumgebung, für die Taumelscheibe
sind also sehr widrig. Ferner ist bei einem sogenannten neuen Kältemittel,
z.B. R134a, mit dessen Verwendung an Stelle des konventionellen
Kühl-/Kältemittels
man in jüngerer
Zeit zum Schutz der Ozonschicht begonnen hat, die Wahrscheinlichkeit,
den trockenen Zustand zu manifestieren, noch größer als bei dem konventionellen
Kältemittel.
Der Bedarf nach einer Verbesserung der Lubrizität der Taumelscheibenoberfläche ist
daher noch größer geworden.
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Konventionelle
Techniken, welche dazu gedacht sind, derartige Probleme durch Oberflächenbehandlung
der Taumelscheibe zu lösen,
sind in der Offenlegungsschrift der japanischen Patentanmeldung
(Kokai)
JP 60022080 (japanische
Auslegeschrift (Kokoku)
JP 5010513 ),
in der internationalen Veröffentli chung WO95/25224
und in der Offenlegungsschrift der japanischen Patentanmeldung (Kokai)
JP 8199327 offenbart.
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Von
diesen konventionellen Techniken umfasst beispielsweise die in der
Offenlegungsschrift der japanischen Patentanmeldung (Kokai) Nr.
60-22080 offenbarte das Bilden einer Festschmierstoffschicht, hergestellt
durch Binden von Molybdändisulfid
und Graphit mit einem Adhäsivmaterial,
z.B. einem Phenolharz, auf dem metallischen Basismaterial einer
Taumelscheibe. Die Festschmierstoffschicht verbessert die Lubrizität der Gleitbereichsfläche der
Taumelscheibe, macht die Kontaktgleitfähigkeit der Taumelscheibe und
der Gleitschuhe hervorragend und verbessert den Widerstand gegen
Fressen der beiden Glieder.
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Aus
der US-A-3 723 165 ist das Flammspritzen eines Hochtemperatur-Kunststoffpulvers
in Mischung mit einem Flammspritz-Metallpulver bekannt geworden.
Dieses Dokument spezifiziert eine Schmierbeschichtung, welche auf
Lagerflächen,
die u.a. in Verdichtern verwendet werden sollen, anwendbar ist.
Die Beschichtung umfasst ein sehr feines Metallpulver oder -staub
mit einer Partikelgröße zwischen
ca. 25 μm
und 0,5 μm, welches
an die Oberfläche
eines Kunststoffs gebunden wird, z.B. mittels eines Bindemittels
wie Phenolharz.
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Die
EP-A-0 890 743 offenbart einen Verdichter vom Taumelscheibentyp,
dessen Taumelscheibe einer Gleitbewegung auf Schuhen unterworfen
ist. Die Taumelscheibe ist mit einer oberflächenbehandelten Schicht versehen,
wobei die Schicht eine Zwischenschicht, bestehend aus Cu, Sn oder
Metallphosphat, und eine Gleitkontaktschicht, bestehend aus MoS2 und/oder Graphit und einem härtbaren
Harz, umfasst.
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Die
U5-A-4 732 818 offenbart einen Komposit-Lagerwerkstoff, umfassend
einen Metallträger,
eine an den Metallträger
gebundene poröse
Metallzwischenschicht und eine Polytetrafluorethylen-(PTFE-)basierte
Zusammenset zung, die mit der porösen
Metallzwischenschicht vermischt ist und diese überlagert. Die poröse Metallzwischenschicht
wird auf den Metallträger
als eine relativ homogene Metallpulvermischung, im Wesentlichen
umfassend Partikel mit zwei distinkten Partikelgrößenbereichen,
nämlich
einen relativ feinen Pulverbereich und einen relativ groben Pulverbereich,
aufgebracht.
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ZUSAMMENFASSUNG
DER ERFINDUNG
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Obschon
erwünschte
Lubrizität
mit jeder der konventionellen Techniken erhalten werden kann, ist
eine ausreichende Dauerhaftigkeit der auf den Gleitflächen der
Taumelscheibe und der Schuhe gebildeten Beschichtungslage noch nicht
erzielt worden. Das heißt,
wenn die Taumelscheibe wiederholt unter trockenen Bedingungen verwendet
wird, kommt es in manchen Fällen
dazu, dass die Beschichtungslage abgenutzt wird oder abblättert, so
dass ein Loch entsteht, was in der Exposition des Basismetalls resultiert.
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Eine
Aufgabe der vorliegenden Erfindung liegt in der Verbesserung der
Dauerhaftigkeit einer Beschichtungslage, gebildet auf der Gleitfläche zwischen
zwei Gliedern, einem ersten und einem zweiten Glied, welche in gleitbeweglichem
Kontakt relativ zueinander stehen und einen Verdichter bilden, und
in der Bereitstellung eines Verdichters, der die Kontaktgleitfähigkeit
zwischen den zwei Gliedern über
einen längeren
Zeitraum hervorragend aufrecht zu erhalten vermag.
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Die
vorliegende Erfindung stellt einen Verdichter bereit, versehen mit
einem ersten und einem zweiten Glied, welche in gleitbeweglichem
Kontakt relativ zueinander stehen, einer Beschichtungslage, die
ein Metallpartikel enthaltendes Harz umfasst, gebildet auf der Gleitfläche des
ersten Gliedes und/oder des zweiten Gliedes, wobei die Beschichtungslage
poliert ist, so dass sie eine Dicke von bis zu einem der Partikelgröße der Metallpartikel
in etwa entsprechenden Wert aufweist: Die in der Harzmatrix der
Beschichtungslage vorhandenen Me tallpartikel tragen eine hierauf
aufgebrachte Last von der Gleitfläche, um die auf das Harz aufgebrachte Last
relativ zu vermindern. Somit erhöht
die Gegenwart der Metallpartikel die Dauerhaftigkeit der Beschichtungslage.
Die Gegenwart der Metallpartikel erhöht die Dauerhaftigkeit der
Beschichtungslage. Die Beschichtungslage ist poliert, so dass sie
eine Dicke von bis zu einem der Partikelgröße der Metallpartikel in etwa
entsprechenden Wert aufweist. Beispielsweise wird eine flüssigkeitsähnliche
Mischung aus Metallpartikeln und einem Harz auf die Basismetalloberfläche der
Glieder aufgebracht und die Beschichtungslage gehärtet. Die Oberfläche der
Beschichtungslage wird dann poliert, bis die Lage eine Dicke von
bis zu einem der Partikelgröße der Metallpartikel
in etwa entsprechenden Wert aufweist. Die an der Oberfläche der
Beschichtungslage exponierten Metallpartikel kommen in direkten
Kontakt oder stehen im Wesentlichen in Kontakt mit dem Basismaterial.
Die auf die Gleitfläche
aufgebrachte Last wird hauptsächlich
von den Metallpartikeln getragen, und als eine Folge davon wird
die auf das Harz aufgebrachte Last relativ vermindert. Die Gleitverschleißfestigkeit der
Beschichtungslage wird daher noch weiter erhöht. Ferner bedeutet "ein der Partikelgröße der Metallpartikel in
etwa entsprechender Wert" ungefähr die Partikelgröße der Metallpartikel
plus 10 % der Partikelgröße.
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Der
Verdichter, auf den die vorliegende Erfindung angewandt wird, ist
vorzugsweise ein Verdichter vom Taumelscheibentyp. Der Verdichter
vom Taumelscheibentyp ist mit einer Taumelscheibe und Schuhen zum
Verbinden des peripheren Bereichs der Taumelscheibe mit einem Kolben
versehen. Das erste und das zweite Glied, welche in gleitbeweglichem
Kontakt relativ zueinander stehen, sind die Schuhe bzw. die Taumelscheibe.
Die Beschichtungslage wird auf mindestens einer der Gleitflächen gebildet.
Wenn die Beschichtungslage gebildet wird, weist die auf der Gleitfläche der
Taumelscheibe und der Schuhe gebildete Beschichtungslage eine hohe
Dauerhaftigkeit auf; daher bleibt die Gleitfähigkeit der Taumelscheibe und
der Schuhe über
einen langen Zeitraum hinweg hervorragend erhalten.
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Die
Partikelgröße der Metallpartikel
liegt vorzugsweise in einem Bereich von 10 bis 100 μm. Wenn die Partikelgröße kleiner
ist als 10 μm,
wird die Beschichtungslagendicke zum Tragen der Last dünn. Daher
zeigt die Beschichtungslage eine geringe Gleitverschleißfestigkeit.
Ferner: wenn die Partikelgröße 100 μm überschreitet,
muss die Beschichtungslage dicker gemacht werden als notwendig,
und als eine Folge davon resultiert ein Nachteil betreffend die
Adhäsionsfestigkeit,
z.B. Abblättern
der Beschichtungslage von dem Basismaterial, in der Erfordernis übermäßiger Materialmengen.
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Der
Gehalt der Metallpartikel in der Beschichtungslage beträgt mindestens
30 Vol.%, vorzugsweise bis hin zu dem Volumenverhältnis, oberhalb
dessen das Harz die Lücken
zwischen den Metallpartikeln nicht füllen kann. Weil das Volumenverhältnis der
Metallpartikel so hoch wie mindestens 30 Vol.% ist, kann die Gleitverschleißfestigkeit
der Beschichtungslage erhalten werden. Ferner: weil das Volumenverhältnis der
Metallpartikel bis hin zu dem Volumenverhältnis beträgt, oberhalb dessen das Harz
die Lücken
zwischen den Metallpartikeln nicht füllen kann, gibt es keine Lücken im
Inneren und in der Oberfläche
der Beschichtungslage, verursacht durch einen Mangel an dem Harz,
und die Oberflächenglattheit
wird aufrecht erhalten, was zur Lubrizität beiträgt. Ferner: selbst wenn die
Partikelgröße der Metallpartikel
so klein wie ca. 10 μm
ist und kleiner als ein Wert, der in etwa der Beschichtungsdicke
entspricht, können
die Metallpartikel zwischen der Oberfläche der Beschichtungslage und
dem Basismaterial (oder der Primer-Beschichtung) vorliegen, wobei
sie Gruppen bilden, die jeweils z.B. zwei oder drei Partikel, die
miteinander verbunden sind, umfassen, wenn der Volumenanteil der
Metallpartikel hoch ist. Dementsprechend kann eine Last von dem
Basismaterial durch die Gruppen von einer Mehrzahl von den miteinander
verbundenen Metallpartikeln sicher getragen werden; die auf das Harz
aufgebrachte Last wird aufgrund des gleichen Prinzips vermindert,
und die Beschichtungslage weist eine hohe Gleitverschleißfestigkeit
auf.
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Wenn
die Beschichtungslage auf der Oberfläche von nur einem der beiden
Glieder gebildet wird, ist es bevorzugt, wenn das Material für die Metallpartikel
in der Beschichtungslage so gewählt
wird, dass es von dem Metallmaterial des Gliedes, auf dem die Beschichtungslage
nicht gebildet ist, verschieden ist, so dass die Adhäsion der
Metallpartikel vermindert wird. Folglich werden die an der Oberfläche der
Beschichtungslage exponierten Metallpartikel an einer Adhäsion an
dem Metall des Gegenglieds gehindert.
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Spezifische
Beispiele für
das Material der Metallpartikel umfassen Zinn, Silber, Aluminium,
Kupfer, Zink, Nickel, Silicium, Cobalt, Titan, Wolfram, Molybdän, Magnesium,
Eisen und eine Legierung, welche mindestens eines der oben erwähnten Metalle
enthält.
Es kann nur ein aus der oben erwähnten
Gruppe ausgewähltes
Material verwendet werden. Alternativ kann auch eine Mehrzahl der
Materialien verwendet werden. Ferner können der Beschichtungslage
auch andere Festschmierstoffe hinzugefügt werden. Bei dem Festschmierstoff
handelt es sich um Molybdändisulfid
und/oder Graphit.
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Das
Harz fungiert hauptsächlich
als Binder zum Binden der Metallpartikel in Pulverform an das Basismaterial
etc. des Gliedes. Ferner ist ein Teil des Harzes an der Oberfläche als
eine Matrix der Beschichtungslage exponiert, um die Oberfläche zu glätten, und
trägt zur
Manifestation der Feststofflubrizität der Oberfläche bei.
Das Verfahren zum Bilden einer Beschichtungslage umfasst z.B. das
Aufbringen einer flüssigkeitsähnlichen
Mischung aus den Metallpartikeln und dem Harz auf die Gleitfläche des
Gliedes, gefolgt von Backen der Beschichtungslage bei einer geeigneten
Temperatur. Es kann eine beliebige der folgenden Vorgehensweisen als
Applikationsverfahren verwendet werden: Sprühen; Tumbling; Transferbeschichten;
und Aufbürsten.
Beispiele für
das Harzmaterial umfassen Expoxidharz, Phenolharz, Furanharz, Polyamidimidharz,
Polyimidharz, Polyamidharz, Polyacetalharz, Fluorharz wie PTFE und
ungesättigtes
Polyesterharz. Es kann eines oder eine Kombination von mehreren
solcher Harze verwendet werden. Ferner kann die Beschichtungslage
auf dem Basismaterial durch eine Primer-Beschichtung gebildet sein
(Primer-Beschichtung kann weggelassen werden).
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KURZBESCHREIBUNG
DER FIGUREN
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1
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1 ist
eine Darstellung im Längsschnitt
eines Verdichters vom Taumelscheibentyp mit einfachwirkendem Kolben,
auf den die vorliegende Erfindung angewandt wird.
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2
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2 ist
eine vergrößerte Schnittdarstellung,
die die Beziehung zwischen einer Taumelscheibe und Schuhen umreißt.
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BESCHREIBUNG
BEVORZUGTER AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Zunächst wird
eine Ausführungsform
eines volumenveränderlichen
Verdichters vom Taumelscheibentyp, der der Gegenstand der vorliegenden
Erfindung ist, kurz erläutert.
Gemäß 1 ist
der Verdichter vom Taumelscheibentyp mit einem Zylinderblock 1,
einem vorderen Gehäuse 2,
welches mit dem vorderen Ende des Zylinderblocks 1 verbunden
ist, und einem hinteren Gehäuse 4,
welches mit dem hinteren Ende des Zylinderblocks 1 über eine
Ventilplatte 3 verbunden ist, versehen. Diese sind mittels
einer Mehrzahl von Durchgangsbolzen (in der Figur weggelassen) miteinander
zusammengefügt,
um das Gehäuse
des Verdichters zu bilden. Das Innere des Gehäuses ist in eine Kurbelkammer 5,
eine Einlasskammer 6 und eine Auslasskammer 7 geteilt.
Eine Mehrzahl von Zylinderbohrungen 1a (von denen nur eine
gezeigt ist) sind in dem Zylin derblock 1 gebildet. Ein
einfachwirkender Kolben 8 ist in jeder Bohrung 1a hin- und herbeweglich
angeordnet. Die Einlasskammer 6 und die Auslasskammer 7 sind
in der Lage, über
Klappenventile, mit denen die Ventilplatte 3 versehen ist,
selektiv mit jeder Bohrung 1a in Verbindung zu treten.
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Eine
Antriebswelle 9 ist in der Kurbelkammer 5 drehbeweglich
gehalten, und eine Taumelscheibe 10, die als erstes Glied
angesehen wird, ist darin angeordnet. Es ist eine Wellenbohrung 10a bereitgestellt,
welche den zentralen Bereich der Taumelscheibe 10 durchdringt,
und die Antriebswelle 9 ist durch die Wellenbohrung 10a hindurchgeführt. Die
Taumelscheibe 10 ist mit der Antriebswelle 9 über einen
Gelenkmechanismus 13 und eine Stützplatte 11 beweglich
verbunden und ist mit einer Neigung gegenüber der Antriebswelle 9 beweglich, während sie
synchron mit der Antriebswelle 9 rotiert und in der Axialrichtung
der Antriebswelle 9 gleitet; ein peripherer Bereich 10d der
Taumelscheibe 10 ist mit einem Basisende 8a jedes
Kolbens 8 frei gleitbeweglich verbunden durch ein Paar
von Schuhen (als Kurvenscheibe wirkender Folger) 20, 20,
wodurch alle Kolben 8 mit der Taumelscheibe 10 beweglich
verbunden sind. Wenn die in einem gegebenen Winkel geneigte Taumelscheibe 10 zusammen
mit der Antriebswelle 9 rotiert, wird jeder Kolben 8 mit
einem Hub gemäß einem
Neigungswinkel der Taumelscheibe hin- und herbewegt. In jeder Zylinderbohrung 1a werden
Einlass und Kompression eines Kühlmittelgases
aus der Einlasskammer 6 (Gebiet des Einlassdrucks Ps) und
Auslass des komprimierten Kältemittelgases
in die Auslasskammer 7 (Gebiet des Auslassdrucks Pd) aufeinanderfolgend
wiederholt.
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Die
Taumelscheibe 10 wird zu einer Position (neigungswinkelverkleinernden
Position) in der Nähe
des Zylinderblocks 1 hin bewegt mittels einer Feder 14 (eine
Feder zum Treiben der Taumelscheibe in Richtung der Position, in
der sie ihren minimalen Neigungswinkel einnimmt). Jedoch wird der
minimale Neigungswinkel (z.B. 3 bis 5°) der Taumelscheibe 10 begrenzt
durch Regulierung der Gleitbewegung der Taumelscheibe 10 zu ihrer
neigungswinkelverkleinernden Position hin, z.B. durch einen an der
Antriebswelle 9 fixierten Sicherungsring 1. Auf
der anderen Seite wird der maximale Neigungswinkel der Taumelscheibe 10 z.B.
dadurch begrenzt, dass ein Gegengewichtsbereich 10b der
Taumelscheibe 10 mit einem definierenden Bereich 11a einer
Stützplatte 11 zur
Anlage kommt.
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Für den Verdichter
vom Taumelscheibentyp gemäß 1 kann
der Neigungswinkel der Taumelscheibe 10 frei eingestellt
werden auf einen Winkel zwischen dem minimalen Neigungswinkel und
dem maximalen Neigungswinkel durch Anpassen des Kurbelkammerdrucks
Pc (Rückdruck
des Kolbens), der den Innendruck der Kurbelkammer 5 darstellt,
unter Verwendung eines Leistungssteuerventils 16.
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Die
Taumelscheibe 10 weist eine Fläche 10c auf, die in
dem zentralen Bereich der Taumelscheibe angeordnet ist, und einen
ringförmigen
peripheren Bereich 10d, der die Fläche 10c umgibt. Die
Fläche 10c ist relativ
dick verglichen mit dem peripheren Bereich 10d, und sowohl
die Wellenbohrung 10a als auch der Gegengewichtsbereich 10b sind
in der Fläche 10c gebildet.
Ferner ist das Basisende 8a des Kolbens 8 mit
einem konkaven Bereich 8b versehen zum Aufnehmen des peripheren
Bereichs 10d der Taumelscheibe 10 und eines Paares
von Schuhen 20, 20, die als das zweite Glied angesehen
werden.
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Als
nächstes
wird die Oberflächenstruktur
etc. der Taumelscheibe, die das Merkmal der vorliegenden Erfindung
darstellt, unter Bezugnahme auf 2 erläutert. Wie
in 2 gezeigt, weist jedes Paar von Schuhen 20 eine
sphärische
konvexe Oberfläche 20a und
eine flache Ebene 20b auf. Ein Paar von sphärischen konkaven
Oberflächen 8c,
die auf einander gegenüberliegenden
Seiten mit den respektiven sphärischen
konvexen Oberflächen 20a der
Schuhe 20 in Kontakt gebracht werden sollen, sind an der
Innenfläche
des konkaven Bereichs 8b des Kolbens 8 gebildet.
Die Schuhe des Paars von Schuhen 20 sind gleitbeweglich
an den sphärischen
konkaven Oberflächen 8c geführt. Die
Taumelscheibe 10 ist durch das Paar von Schuhen 20 von der
vorderen und hinteren Seite gehalten, während die vordere und die hintere
Oberfläche 22 des
peripheren Bereichs 10d mit den respektiven flachen Ebenen 20b der
Schuhe 20 in Kontakt sind. Das heißt, das Paar von Schuhen 20,
die zwischen dem Paar von sphärischen
konkaven Oberflächen 8c und
dem peripheren Bereich 10d der Taumelscheibe 10 angeordnet
sind, sind von dem Basisende 8a des Kolbens 8 drehbar
gehalten, wodurch das Basisende 8a des Kolbens 8 mit
dem peripheren Bereich 10d der Taumelscheibe 10 über das
Paar von Schuhen 20 verbunden ist. Ferner wird die Oberfläche 22 des
peripheren Bereichs 10d der Taumelscheibe 10,
der Bereich, der über
die flache Ebene 20b der Schuhe 20 gleitet, die
Gleitfläche
der Taumelscheibenseite, und die flachen Ebenen 20b der
Schuhe 20 werden die Gleitflächen der Schuhseiten.
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Der
Kolben 8 ist aus einer Aluminiumlegierung hergestellt (z.B.
aus einer Al-Si-Legierung),
und die Taumelscheibe 10 ist aus einem Material der Eisenreihe
hergestellt (z.B. Gusseisen). Ferner sind die Schuhe 20 aus
einem Lagerstahl hergestellt, der ein Material der Eisenreihe ist.
Um die Kolben 8 leichtgewichtiger zu machen, wird hierfür ein Material
der Aluminiumreihe verwendet. Um das Trägheitsmoment der Taumelscheibe 10 zu
erhöhen,
wird hierfür
ein Material der Eisenreihe mit einer relativ hohen Dichte verwendet.
Weil sowohl die Taumelscheibe 10 als auch die Schuhe 20 aus
einem Material der Eisenreihe hergestellt sind und sich aus gleichartigen
Metallwerkstoffen zusammensetzen, ist mit dem Auftreten von Adhäsion an
der Gleitfläche
zu rechnen. Demgemäß wird ein
Film 23, der als eine Beschichtungslage zur Adhäsionsverhinderung
angesehen wird, auf den Oberflächen 22 des
peripheren Bereichs 10d der Taumelscheibe 10 gebildet.
Der Film 23 wird auf dem Basismaterial 24 der
Taumelscheibe 10 gebildet. Ferner ist das Basismaterial 24 der
Taumel scheibe 10, auf dem der Film 23 gebildet
werden soll, nicht auf ein Material der Eisenreihe begrenzt; es
kann auch z.B. ein Material der Aluminiumreihe sein.
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Auf
den Oberflächen 22 des
peripheren Bereichs 10d der Taumelscheibe 10 ist
der Film 23 auf einer Fläche gebildet, die mindestens
die gesamte Gleitfläche
der Schuhe 20 umfasst. Als eine Folge davon gleiten die
Schuhe 20 über
den Film 23 der Taumelscheibe 10. Die innere Struktur
des Films 23 und die Verfahren zu seiner Herstellung werden
detailliert in den folgenden Beispielen 1 bis 2 erläutert.
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[Beispiel]
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Als
nächstes
werden die Beispiele 1 bis 2, die spezifische Beispiele für einen
auf der Oberfläche
einer Taumelscheibe 10 gebildeten Film 23 zeigen,
und ein Vergleichsbeispiel, welches in die Kategorie der konventionellen
Technik gehört,
erläutert.
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Beispiel 1
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Eine
Aluminiumlegierung (12 % Si-Al) mit einer Partikelgröße von ca.
70 μm wurde
als metallische Partikel verwendet. Das Aluminiumlegierungspulver
und ein Polyimidharz, welches als ein Harz angesehen wird, wurden
in einem Mischungsverhältnis
der Legierung zu dem Harz von 65 Gew.% zu 35 Gew.% gemischt, um eine
flüssigkeitsähnliche
Mischung zu erhalten. Die Oberfläche
des Basismaterials einer Taumelscheibe, gebildet aus einem Material
der Eisenreihe, wurde gereinigt und entfettet. Die flüssigkeitsähnliche
Mischung aus einem Polyimidharz mit darin dispergierten Aluminiumlegierungspartikeln
wurde auf beide periphere Oberflächen
des Basismaterials der Taumelscheibe durch Sprühen aufgebracht. Nach der Aufbringung
wurde die Beschichtung bei 200 °C
gebacken, um die Filmbildung zu vervollständigen. Die Filmoberfläche wurde
poliert, um einen Film 23 mit einer Dicke von ca. 50 μm zu bilden.
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Beispiel 2
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Als
metallische Partikel wurde Zinn (Sn) mit einer Partikelgröße von ca.
40 bis 50 μm
verwendet. Das Zinnpulver und ein Polyimidharz, welches als ein
Harz angesehen wird, wurden in einem Mischungsverhältnis des
Zinns zu dem Harz von 80 Gew.% zu 20 Gew.% gemischt, um eine flüssigkeitsähnliche
Mischung zu erhalten. Die Oberfläche
des Basismaterials einer Taumelscheibe, gebildet aus einem Material
der Eisenreihe, wurde gereinigt und entfettet. Die flüssigkeitsähnliche
Mischung aus einem Polyimidharz mit darin dispergierten Zinnpartikeln
wurde auf beide periphere Oberflächen
des Basismaterials der Taumelscheibe durch Sprühen aufgebracht. Nach der Aufbringung
wurde die Beschichtung bei 200 °C
gebacken, um die Filmbildung zu vervollständigen. Die Filmoberfläche wurde
poliert, um einen Film 23 mit einer Dicke von ca. 50 μm zu bilden.
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Vergleichsbeispiel
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Molybdändisulfid
mit einer Partikelgröße von ca.
1 μm wurde
als Festschmierstoff verwendet. Das Molybdändisulfidpulver und ein Polyimidharz,
welches als ein Harz angesehen wird, wurden in einem Mischungsverhältnis des
Molybdändisulfids
zu dem Harz von 60 Gew.% zu 40 Gew.% gemischt, um eine flüssigkeitsähnliche
Mischung zu erhalten. Die Oberfläche
des Basismaterials einer Taumelscheibe, gebildet aus einem Material
der Eisenreihe, wurde gereinigt und entfettet. Die flüssigkeitsähnliche
Mischung aus einem Polyimidharz mit darin dispergierten Molybdändisulfidpartikeln
wurde auf beide periphere Oberflächen
des Basismaterials der Taumelscheibe durch Sprühen aufgebracht. Nach der Aufbringung
wurde die Beschichtung bei 200 °C
gebacken, um die Filmbildung zu vervollständigen. Die Filmoberfläche wurde
poliert, um einen Film 23 mit einer Dicke von ca. 50 μm zu bilden.
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Verfahren
und Evaluierung des Dauerhaftigkeitstests
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Unter
der Annahme, dass die wirkliche Maschine ein Verdichter vom Taumelscheibentyp
ist, in den eine Taumelscheibe wie die in einem der oben erwähnten Beispiele
und Vergleichsbeispiel angegebene eingebaut ist, wie in 1 gezeigt,
wurde eine Beschleunigungstestmaschine verwendet und ein kontinuierlicher Gleitverschleißfestigkeitstest
zwischen der Taumelscheibe und den Schuhen durchgeführt. In
der Testmaschine wurden zwei Paare von Schuhen an der peripheren
Oberfläche
der Taumelscheibe an zwei respektiven Orten an beiden respektiven
Endbereichen eines Durchmessers der Taumelscheibe angeordnet, derart,
dass die respektiven Endflächen
der Schuhe mit der peripheren Oberfläche in Kontakt kamen, und wurden
in einen Zustand versetzt, in dem die Schuhe infolge der Kräfte von
zwei Federn einen Druckkontakt auf die Taumelscheibenoberfläche ausübten. In
diesem Zustand wurde die Taumelscheibe mit hoher Geschwindigkeit
rotieren gelassen. Der Kontaktdruck zwischen den Schuhen und der
Taumelscheibe wurde gemäß der wirklichen
Maschine eingestellt. Ferner wurde in dem Test ein Zustand unmittelbar
nach dem Starten der wirklichen Maschine beurteilt, und es wurden
Schmierölbedingungen
(Fluidschmierbedingungen) in einer öllosen Umgebung (unter der
Annahme, dass die Menge des Schmieröls ca. 10 % des üblichen
beträgt)
verwendet. Die Drehzahl der Taumelscheibe wurde zu 9200 U/min bestimmt,
was in etwa dem Doppelten der üblichen
Drehzahl der wirklichen Maschine entspricht, und bei dieser Drehzahl
wurde die Taumelscheibe für
8 Stunden rotieren gelassen.
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Tabelle
1 fasst den Materialaufbau der Taumelscheiben der Beispiele 1 bis
2 und des Vergleichsbeispiels sowie die Testergebnisse zusammen.
Das Auftreten von Problemen, wie Fressen zwischen den Schuhen und
der Taumelscheibe wurde nach dem Test visuell beobachtet. In jedem
der Beispiele 1 bis 2, in dem ein Film 23, der eine Mischung
von Aluminiumlegierungspartikeln oder Zinnpartikeln und einem Polyimidharz umfasst,
auf der peripheren Oberfläche
einer Taumelscheibe gebildet war, zeigte weder die Gleitfläche der Taumelscheibe
noch die der Schuhe Anormalitäten.
Dagegen wurde bei dem Vergleichsbeispiel, bei dem eine Festschmierstoffschicht
auf der peripheren Oberfläche
einer Taumelscheibe gebildet ist, eine Anormalität betreffend Fressen bis zu
einem gewissen Grad auf der Oberfläche beobachtet. Weil die Festschmierstoffschicht Effekte
bis zu einem gewissen Grad in der wirklichen Maschine erzeugt, wurde
bestätigt,
dass die Filme der Beispiele 1 bis 2 hinsichtlich der Gleitverschleißfestigkeit
exzellenter sind als die Festschmierstoffschicht.
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Ferner
ist die Realisierung der vorliegenden Erfindung nicht auf die oben
erwähnte
begrenzt. Die vorliegende Erfindung kann auch mit den Ausführungsformen
(A) bis (F) realisiert werden.
- (A) Der Beschichtungslage
kann ferner ein Festschmierstoff hinzugefügt werden. Beispiele für den Festschmierstoff
umfassen Molybdändisulfid,
Wolframdisulfid, Graphit, Bornitrid, Antimonoxid, Bleioxid, Blei (Pb),
Indium (In), Zinn (Sn) und PTFE. Die Festschmierstoff-Komponente,
die zur Verwendung kommt, ist bevorzugt mindestens eine Substanz,
die aus der oben erwähnten
Gruppe ausgewählt
ist. Ferner können mehrere
der Substanzen in Mischung als die Festschmierstoff-Komponente verwendet
werden.
Ferner umfasst die Festschmierstoff-Komponente zwar
ein Metall, jedoch unterscheidet sich dieses Metall von den Metallpartikeln
gemäß vorliegender
Erfindung insofern, als die Metallpartikel Partikel (partikelförmig) sind.
Ferner ist die Partikelgröße der Metallpartikel
vorzugsweise mindestens ein Wert, der in etwa der Dicke der Beschichtungslage
entspricht und der größer ist
als die Partikelgröße des Festschmierstoffs
in Pulverform. Ferner ist die Morphologie der Metallpartikel vorzugsweise
isotrop. Wenn die Morphologie der Metallpartikel anisotrop ist,
z.B. schuppenartig (flockenartig) oder nadelartig, erfahren die
Metallpartikel eine Orientierung in der Beschichtungslage (Film 23)
in der Lagenrichtung. Die Beschichtungslage zeigt also keine Gleitverschleißfestigkeit.
Weiter ist der Gehalt der Metallpartikel vorzugsweise hoch. Beispielsweise
liegt der Gehalt vorzugsweise bei mindestens 30 Vol.%, mehr bevorzugt
mindestens 40 Vol.%, besonders bevorzugt mindestens 50 Vol.%. Wenn
der Volumenanteil der Metallpartikel hoch ist, d.h. wenn der Füllfaktor
hoch ist, tragen die Metallpartikel die Last leicht und tragen zu
der Verbesserung der Gleitverschleißfestigkeit der Beschichtungslage
bei.
- (B) Die Partikelgröße der Metallpartikel
kann kleiner sein als eine Größe, die
in etwa der Dicke der Beschichtungslage (Film 23) entspricht.
Beispielsweise wird die Partikelgröße der Metallpartikel so bestimmt, dass
sie in einem Bereich von 10 bis 20 μm angesiedelt ist, und die Dicke
der Beschichtungslage kann so ausgeführt sein, dass sie etwa das
Doppelte ihrer Partikelgröße beträgt. In diesem
Fall, wenn das Volumenverhältnis
der Metallpartikel groß ist,
liegen die Metallpartikel zwischen der Be schichtungslagenoberfläche und
der Basismaterialoberfläche
vor, wobei sie miteinander verknüpft
sind. Als eine Folge hiervon tragen die Metallpartikel die Last
effektiv, um die Gleitverschleißfestigkeit
der Beschichtungslage zu erhöhen.
- (C) Ferner kann eine Primer-Beschichtung, die von dem Basismaterial
verschieden ist, unter dem Film 23 gebildet sein. Beispielsweise
kann eine Kupferlegierungsschicht als Primer-Beschichtung nach einem
Verfahren wie Thermospritzen gebildet sein.
- (D) Die Oberfläche
des Basismaterials 24 der Taumelscheibe 10 kann
oberflächenaufgeraut
sein (wobei die Oberflächenrauheit
z.B. 3 bis 10 μm
beträgt),
um die Adhäsion
des Films 23 an dem Basismaterial 24 zu verbessern.
- (E) Der Bereich, auf den die Erfindung Anwendung finden kann,
ist nicht auf den Gleitbereich zwischen der Taumelscheibe und den
Schuhen begrenzt; die vorliegende Erfindung kann auch auf die nachfolgend
aufgezeigten Kontaktgleitbereiche (a) bis (c) Anwendung finden.
Das heißt,
Beispiele für
eine Kombination des ersten und zweiten Gliedes lauten wie folgt:
(a)
ein Bereich zwischen den Schuhen 20 und dem Kolben 8;
(b)
ein Bereich zwischen der Antriebswelle 9 und der Taumelscheibe 10;
und
(c) ein Bereich zwischen der peripheren Oberfläche des
Kolbens 8 und der inneren Oberfläche der Zylinderbohrung 1a des
Zylinderblocks 1
- (F) Die Anwendung der vorliegenden Erfindung ist nicht auf den
Verdichter vom Taumelscheibentyp begrenzt; sie kann auch auf andere
Arten von Verdichter Anwendung finden, z.B. für einen Scrollkompressor.
-
Die
technischen Ideen, welche von denjenigen der Ansprüche verschieden
sind, aber in den obigen Ausführungsformen
aufgezeigt sind, sowie weitere Beispiele werden im Folgenden beschrieben.
- (1) In Anspruch 5 beträgt der Gehalt der Metallpartikel
mindestens 40 Vol.%.
- (2) Bei der in (1) erwähnten
technischen Idee beträgt
der Gehalt derselben mindestens 50 Vol.%.
- (3) In Anspruch 4 liegt die Partikelgröße (mittlere Partikelgröße) der
Metallpartikel in einem Bereich von 30 bis 80 μm. In diesem Fall wird die Gleitverschleißfestigkeit
der Beschichtungslage erhöht
und die Dickenkontrolle der Beschichtungslage kann leicht realisiert
werden.
-
Wie
im Vorstehenden detailliert beschrieben, verbessert die vorliegende
Erfindung die Dauerhaftigkeit der Beschichtungslage, die auf der
Gleitfläche
zwischen zwei Gliedern, welche einen Verdichter bilden, gebildet
ist, und kann die Kontaktgleitfähigkeit
zwischen den zwei Gliedern über
einen langen Zeitraum hervorragend aufrechterhalten.
