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GEBIET DER ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung betrifft einen halbkugelförmigen Schuh und insbesondere
einen halbkugelförmigen
Schuh, der vorzugsweise zwischen einem Kolben eines Taumelscheibenkompressors
und einer Taumelscheibe angeordnet ist.
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STAND DER TECHNIK
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Die
Verwendung des halbkugelförmigen Schuhs
in einem Taumelscheibenkompressor, der mit einer halbkugelförmigen Oberfläche und
einer flachen Endfläche
bereitgestellt ist, ist auf dem Gebiet der Erfindung bekannt.
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In
der Praxis nach dem Stand der Technik ist die gesamte halbkugelförmige Oberfläche des
halbkugelförmigen
Schuhs in einer im Wesentlichen einheitlichen Oberflächenrauheit
ausgebildet. Die halbkugelförmige
Oberfläche
des halbkugelförmigen Schuhs
ist in eine im Kolben ausgebildete halbkugelförmige Vertiefung eingepasst,
und ist folglich in Gleitkontakt damit angeordnet. Die gesamte halbkugelförmige Oberfläche ist
jedoch nicht in Gleitkontakt mit der halbkugelförmigen Vertiefung im Kolben,
sondern es ist bekannt, dass ein ringförmiger Bereich, der zum Axialmittelpunkt
des kugelförmigen
Schuhs hin angeordnet ist, in Gleitkontakt mit der halbkugelförmigen Vertiefung
angeordnet ist. Folglich umfasst die halbkugelförmige Oberfläche des
halbkugelförmigen
Schuhs einen Gleitkontaktbereich, der in Gleitkontakt mit der halbkugelförmigen Vertiefung
im Kolben ist und einen Nicht-Gleitkontakt-Bereich, der nicht in Gleitkontakt mit
der halbkugelförmigen
Vertiefung im Kolben ist, wie auf dem Gebiet der Erfindung bekannt
ist.
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In
einem herkömmlichen
halbkugelförmigen Schuh
ist die gesamte halbkugelförmige
Oberfläche, also
sowohl der Gleitkontaktbereich als auch der Nicht-Gleitkontakt-Bereich, in der gleichen
Oberflächenrauheit
ausgebildet. Die Untersuchungen des Erfinders der vorliegenden Erfindung über einen
herkömmlichen
halbkugelförmigen Schuh
ergaben jedoch, dass sich eine leichte Rauheit der halbkugelförmigen Oberfläche in Bezug
auf die Gleitantwort als nützlich
erwiesen hat. Im Gegensatz dazu weist die halbkugelförmige Oberfläche ein
Schmieröl
ab, wenn die halbkugelförmige
Oberfläche
eine geringe Oberflächenrauheit
aufweist, wodurch es zu dem Nachteil kommt, dass das Schmieröl weniger
leicht zum Gleitkontaktbereich hin geführt wird.
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In
der
EP-A-0890742 ist
ein Schuh für
einen Taumelscheibenkompressor offenbart, der eine sich konisch
verjüngende
Oberfläche
aufweist, die zwischen einer kugelförmigen Oberfläche und
einer runden Kante ausgebildet ist, um zur kugelförmigen Oberfläche hin
im Inneren einer imaginären
kugelförmigen
Oberfläche,
einschließlich
der kugelförmigen Oberfläche, zusammenzulaufen.
Die sich konisch verjüngende
Oberfläche
bildet einen relativ großen gebogenen
Spalt zwischen der halbkugelförmigen Wölbung und
der sich konisch verjüngenden
Oberfläche.
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In
der
JP-A-01-162534 ist
ein Kaltverformungsverfahren für
einen Schuh für
einen Kompressor vom Taumelscheibentyp offenbart. Der Schuh weist
eine Oberflächenrauheit
auf, die ausgebildet wird, indem ein kugelförmiger Rohling mit einem geringeren
Radius als die Krümmung
des Schuhs zusammengedrückt
wird, indem dieser durch die untere Formseite des halbkugelförmigen vertieften
Abschnitts, welcher der kugelförmigen
Schuhfläche
entspricht, und die obere Formseite, welche die Taumelscheibe und
die Gleitfläche
des Schuhs bildet, unter Druck gesetzt wird.
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In
der
EP-A-0666419 ist
eine Taumelscheiben-Hydraulikdruck-Vorrichtung zur Verwendung als Hydraulikpumpe
oder Motor offenbart. Die Taumelscheibe aus Metall ist um einen
Zylinderblock zur Drehung in Bezug auf den Zylinderblock angeordnet. Die
Taumelscheibe weist eine Vertiefung eines teils kugelförmigen Querschnitts
auf, und teils kugelförmige
Druckkolben-Spitzenenden greifen mit der Vertiefung ein.
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Im
US-Patent 4.732.047 ist
ein Schuh für
einen Kompressor vom Taumelscheibentyp zur Übertragung einer Antriebskraft
aus einer drehbaren Taumelscheibe und einem Gegenkolben offenbart.
Der Schuh weist ein erstes Element auf, das aus einem Material besteht,
welches beständig
ist gegenüber Festsitzen,
wie z. B. Keramik und har tes Metall, und das eine abgeflachte Kontaktfläche in Gleitkontakt mit
der Taumelscheibe aufweist, sowie ein zweites Element, das aus einem
Material besteht, welches gegenüber
Festsitzen weniger beständig
ist, aber maschinell einfach zu bearbeiten ist und eine kugelförmige Lagerfläche aufweist,
die mit dem Kolben gleitbar eingreift.
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OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung stellt einen halbkugelförmigen Schuh gemäß Anspruch
1 bereit.
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In
dieser Anordnung verhindert die Oberflächenrauheit des Nicht-Gleitkontakt-Bereichs,
die größer ist
als die Oberflächenrauheit
des Gleitkontakt-Bereichs der halbkugelförmigen Oberfläche, dass
Schmieröl
vom Nicht-Gleitkontakt-Bereich abgewiesen wird und ermöglicht,
dass das Schmieröl durch
den Nicht-Gleitkontakt-Bereich reibungslos zum Gleitkontakt-Bereich
zugeführt
wird. Da der Gleitkontakt-Bereich eine feine Oberflächenrauheit aufweist,
wird ein halbkugelförmiger
Schuh bereitgestellt, der eine ausgezeichnete Gleitantwort zeigt.
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KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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1 ist
ein Querschnitt einer Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung;
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2 ist
eine Vorderansicht des in 1 gezeigten
halbkugelförmigen
Schuhs;
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3 ist
eine vergrößerte Ansicht
des in 1 gezeigten halbkugelförmigen Schuhs;
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4 zeigt
die Anordnung des in 1 gezeigten halbkugelförmigen Schuhs
während
der Taumelscheibenkompressor in Betrieb ist;
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5 ist
ein Querschnitt einer zweiten Ausführungsform der Erfindung;
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6 ist
ein Querschnitt einer dritten Ausführungsform der Erfindung; und
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7 ist
ein Querschnitt einer vierten Ausführungsform der Erfindung.
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BESTE ART DER DURCHFÜHRUNG DER
ERFINDUNG
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Nachstehend
sind mehrere in den Zeichnungen gezeigte Ausführungsformen der Erfindung
beschrieben. Bezugnehmend auf die 1 bis 3 ist
ein halbkugelförmiger
Schuh 1 dargestellt, der in einem Taumelscheibenkompressor
angeordnet ist, welcher auf dem Gebiet der Erfindung bekannt ist.
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Ein
Taumelscheibenkompressor umfasst einen Kolben 2, der für Hin- und
Her-Bewegungen in Vertikalrichtung,
wie in 1 zu sehen ist, angeordnet ist, sowie eine flache
Taumelscheibe 3, die zur Drehung mittels Drehwelle angeordnet
ist. Der Kolben 2 weist eine Endfläche 2A auf, in welcher
eine halbkugelförmige
Vertiefung 2B ausgebildet ist. In dieser Ausführungsform
ist die halbkugelförmige
Vertiefung 2B ausgebildet, um eine einheitliche Krümmung über dem
gesamten Bereich davon auszubilden.
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Der
halbkugelförmige
Schuh 1 umfasst eine halbkugelförmige Oberfläche 1A und
eine flache Endfläche 1B.
An ihrem obersten Ende ist die halbkugelförmige Oberfläche 1A,
wie in 1 gezeigt, in einer zu einer Achse C senkrechten
Richtung leicht eingekerbt, um eine flache Vertiefung 1C,
die im Querschnitt gekrümmt
ist, zu definieren. Die Endfläche 1B ist
mit einer im Wesentlichen konischen Öffnung 1D zum Mittelpunkt
hin oder mit der Achse fluchtend ausgebildet. Die am obersten Ende
ausgebildete Vertiefung 1C weist eine Tiefe auf, die ausgewählt ist,
etwa ein Drittel der Tiefe der Öffnung 1D in der
Endfläche 1B zu
betragen.
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Der
halbkugelförmige
Schuh 1 ist so angeordnet, dass die halbkugelförmige Oberfläche 1A in die
halbkugelförmige
Vertiefung 2B im Kolben 2 eingepasst ist, während die
Endfläche 1B gegen
die Taumelscheibe 3 stößt. Wenn
der halbkugelförmige Schuh 1 zwischen
der halbkugelförmigen
Vertiefung 2B und der Taumelscheibe 3 angeordnet
ist, wird ein Bereich der halbkugelförmigen Oberfläche 1A freigelegt,
der zu einer Grenzfläche 1E zwischen
der halbkugelförmigen
Oberfläche 1A und
der Endfläche 1B angrenzend
in einem Raum zwischen der Endfläche 2A des
Kolbens 2 und der Taumelscheibe 3 (siehe 1)
angeordnet ist.
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Ein
Raum 4 ist durch die Vertiefung 1C und die halbkugelförmige Vertiefung 2B im
Kolben 2 definiert, während
ein Raum 5 durch die Öffnung 1D und die
Taumelscheibe 3 definiert ist. Diese Räume 4 und 5 fungieren
als temporäre
Aufbewahrungskammern für
das Schmieröl.
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Wenn
sich die Taumelscheibe 3 dreht, wird der Kolben 2 durch
den halbkugelförmigen
Schuh 1 für
eine Hin- und Her-Bewegung angetrieben. Zu diesem Zeitpunkt gleitet
die Endfläche 1B des
halbkugelförmigen
Schuhs 1 relativ zur Taumelscheibe 3, während die
halbkugelförmige
Oberfläche 1A relativ zur
halbkugelförmigen
Vertiefung 2B gleitet. Während dieses Vorgangs dringt
das Schmieröl,
welches in den Räumen 4 und 5 gelagert
ist, in Gleitkontaktbereiche der halbkugelförmigen Oberfläche 1A und der
Endfläche 1B,
wodurch diese Bereiche geschmiert und abgekühlt werden.
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In
der vorliegenden Ausführungsform
umfasst die halbkugelförmige
Oberfläche 1A einen Gleitkontaktbereich 1a und
Nicht-Gleitkontakt-Bereiche 1b, 1b' mit unterschiedlichen Oberflächenrauheiten.
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Insbesondere
ist die halbkugelförmige
Oberfläche 1A des
halbkugelförmigen
Schuhs 1 nicht vollständig
in Gleitkontakt mit der halbkugelförmigen Vertiefung 2B im
Kolben 2, sondern nur der ringförmige Bereich, der an die oberste
Vertiefung 1C angrenzt, oder der Gleitkontakt-Bereich 1a ist
in Gleitkontakt mit der halbkugelförmigen Vertiefung 2B angeordnet.
Anders gesagt, gibt es Bereiche der halbkugelförmigen Oberfläche 1A mit
Ausnahme des Gleitkontakt-Bereichs 1a, nämlich einen
Bereich zwischen dem Gleitkontakt-Bereich 1a und der Vertiefung 1C (oder
Nicht-Gleitkontakt-Bereich 1b) und einem Bereich zwischen
der Grenzfläche 1E und
dem Gleitkontakt-Bereich 1a (oder Nicht-Gleitkontakt-Bereich 1b'), die nicht
in Gleitkontakt mit der halbkugelförmigen Vertiefung 2B sind.
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In
der vorliegenden Ausführungsform
weist der Gleitkontaktbereich 1a der halbkugelförmigen Oberfläche 1A eine
Rauheit auf, die feiner ist als jene der Nicht-Gleitkontakt-Bereiche 1b, 1b'. Anders gesagt,
ist die Rauheit der Nicht-Gleitkontakt-Bereiche 1b, 1b' größer als
die Rauheit des Gleitkontaktbereichs 1a.
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Genauer
gesagt ist die Oberflächenrauheit des
Gleitkontaktbereichs 1a in der vorliegenden Ausführungsform
so gewählt,
dass sie 0,8 μmRz
(oder noch bevorzugter 0,2 μmRz)
oder weniger ist. Im Gegensatz dazu ist die Oberflächenrauheit
der Nicht-Gleitkontakt-Bereiche 1b, 1b' so gewählt, dass sie
1,6 μmRz
(oder noch bevorzugter 0,4 μmRz)
oder weniger ist. Es ist erwünscht,
dass die Rauheit des Gleitkontaktbereichs 1a so gewählt ist,
dass sie 1,6 μmRz
oder weniger ist, während
die Rauheit der Nicht-Gleitkontakt-Bereiche 1b, 1b' so gewählt sind, dass
sie 3,2 μmRz
sind.
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Die
Rauheit der Nicht-Gleitkontakt-Bereiche 1b, 1b' wird durch einen
Schnittvorgang erzielt. Zusätzlich
zum Schnittvorgang kann ein Schmiedeverfahren oder eine Bearbeitung
mittels Laser angewandt werden, um eine größere Oberflächenrauheit der Nicht-Gleitkontakt-Bereiche 1b, 1b' zu erzielen als
die Oberflächenrauheit
des Gleitkontaktbereichs 1a.
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In
der vorliegenden Ausführungsform
ist ein Bereich der Endfläche 1B des
halbkugelförmigen Schuhs 1,
der in Richtung der Achse (oder Öffnung 1D)
angeordnet ist, ausgebildet, um sich, verglichen mit der Grenzfläche 1E,
die den Außenumfang
des halbkugelförmigen
Schuhs definiert, in die Taumelscheibe 3 auszubeulen. Eine
flache Oberfläche,
die in Richtung der Achse angeordnet ist, definiert einen Bereich,
der als Gleitkontakt-Bereich 1F verwendet wird, welcher
in Gleitkontakt mit der Taumelscheibe 3 angeordnet ist.
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Andererseits
ist ein Bereich ausgebildet, der sich von einem äußeren Rand 1F' des Gleitführungs-Bereichs 1F zur
Grenzfläche 1E erstreckt,
um einen leichten Bogen im Querschnitt darzustellen, wodurch ein
Nicht-Gleitkontakt-Bereich 1G definiert wird, der nicht
in Gleitkontakt mit der Taumelscheibe 3 angeordnet ist.
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In
der vorliegenden Ausführungsform
ist der äußere Rand 1F' des Gleitkontakt-Bereichs 1F bei der
Bildung des Nicht-Gleitkontakt-Bereichs 1G, verglichen
mit dem Abstand R (oder Radius), durch welchen ein oberster Rand 1a' oder der Rand, welcher zur
Vertiefung 1C des Gleitkontakt-Bereichs 1a der kugelförmigen Oberfläche 1a hin
angeordnet ist, von der Achse C (siehe 3) beabstandet
ist, näher
an der Achse C angeordnet.
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Wird
eine gedachte Linie L parallel zur Achse C gezogen, um sich mit
dem Rand 1a' zu
schneiden, werden ein Punkt X, an dem sich die Linie L mit dem Nicht-Gleitkontakt-Bereich 1G schneidet,
der Gleitkontakt-Bereich 1F und die Grenzfläche 1E so
gewählt,
dass dadurch ein Abstand, durch welchen der Gleitkontakt-Bereich 1F und
die Grenzfläche 1E (oder
eine Auswölbung
des Gleitkontakt-Bereichs 1F) durch C1 axial voneinander
beabstandet sind, und ein Abstand, durch welchen der Gleitkontakt-Bereich 1F und
der Punkt X durch C2 vertikal voneinander beabstandet sind, gekennzeichnet
wird, und es gilt die Ungleichung C2/C1 ≦ 0,3.
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Auf
diese Weise beult sich in der vorliegenden Erfindung ein Bereich
der Endfläche 1B,
der zur Achse (oder Gleitkontakt-Bereich 1F) hin angeordnet ist, über die
Grenzfläche 1E hinaus,
die den Außenumfang
definiert.
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Bei
der eigentlichen Anwendung des halbkugelförmigen Schuhs 1 wird
die auf den Kolben 2 entlang der Achse desselben angelegte
maximale Last P von der Taumelscheibe 3, die ihre schrägste Position
annimmt, und dem in 4 gezeigten Gleitkontakt-Bereich 1F der
Endfläche 1B getragen.
Folglich nimmt der halbkugelförmige
Schuh 1, der zwischen der halbkugelförmigen Vertiefung 2B des
Kolbens 2 und der Taumelscheibe 3 angeordnet ist,
eine sehr stabile Position an. In dem in 4 ge zeigten
Zustand wird ein Teil des Gleitkontakt-Bereichs 1a der halbkugelförmigen Oberfläche 1A in
einem Raum zwischen der Endfläche 2A des
Kolbens 2 und der Taumelscheibe 3 freigelegt,
wodurch das Schmieröl in
den Gleitkontakt-Bereich zwischen dem Gleitkontakt-Bereich 1a und
der halbkugelförmigen
Vertiefung 2B zugeführt
wird.
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Wie
oben angeführt,
weisen die Nicht-Gleitkontakt-Bereiche 1b, 1b' im halbkugelförmigen Schuh 1 der
vorliegenden Ausführungsform
eine Oberflächenrauheit
auf, die größer als
die Oberflächenrauheit
des Gleitkontakt-Bereichs 1a ist, womit die Nicht-Gleitkontakt-Bereiche 1b, 1b' weniger dazu tendieren,
das Schmieröl
abzuweisen. Folglich kann das Schmieröl durch die Nicht-Gleitkontakt-Bereiche 1b, 1b' reibungslos
zum Gleitkontakt-Bereich 1a zugeführt werden.
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Andererseits
wird durch die reduzierte Oberflächenrauheit
des Gleitkontakt-Bereichs 1a eine ausgezeichnete Gleitantwort
erzielt, wenn dieser in Bezug zur halbkugelförmigen Vertiefung 2B im
Kolben 2 gleitet.
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Da
die Nicht-Gleitkontakt-Bereiche 1b, 1b' mit einer größeren Oberflächenrauheit
dazu geeignet sind, das Schmieröl
in den Gleitkontakt-Bereich 1a in der vorliegenden Ausführungsform
zu ziehen, ergibt es sich somit, dass ein halbkugelförmiger Schuh 1 mit
ausgezeichneter Gleitantwort bereitgestellt wird, verglichen mit
dem herkömmlichen
halbkugelförmigen
Schuh 1, bei welchem der halbkugelförmige Schuh 1A über dem
gesamten Bereich eine einheitliche Rauheit aufweist.
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Wie
oben angeführt,
beult sich in der vorliegenden Ausführungsform ein Bereich der
Endfläche 1B,
die zur Achse (oder zum Gleitkontakt-Bereich 1F) hin angeordnet
ist, zu einem größeren Grad
aus als am Außenumfang
(dem Nicht-Gleitkontakt-Bereich 1G). Daraus ergibt sich,
dass die Position des halbkugelförmigen
Schuhs 1 während
der Taumelscheibenkompressor betrieben wird, stabilisiert wird,
womit durch das Schmieröl
eine gute Schmier- und Kühlungswirkung
auf die Gleitbereiche ausgeübt
wird.
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Zweite Ausführungsform
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5 zeigt
eine zweite Ausführungsform
der Erfindung, in welcher die in der Endfläche ausgebildete Öffnung 1D,
welche in der ersten Ausführungsform
angeführt
ist, weggelassen ist. Ansonsten gleicht die Anordnung der ersten
Ausführungsform. Es
können
auch einen ähnliche
Funktion und Wirkung wie in der ersten Ausführungsform erzielt werden.
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Dritte Ausführungsform
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6 zeigt
eine dritte Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung, bei welcher die in der zweiten Ausführungsform
gezeigte Vertiefung 1C durch eine Öffnung 1C mit größerer Tiefe
bereitgestellt ist. Ansonsten gleicht die Anordnung der zweiten
Ausführungsform.
Es können
auch eine ähnliche
Funktion und Wirkung wie in der ersten Ausführungsform erzielt werden.
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Vierte Ausführungsform
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7 zeigt
eine vierte Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung, in welcher die in der zweiten Ausführungsform
gezeigte Vertiefung durch eine flache Oberfläche 1C ersetzt ist,
die sich senkrecht zur Achse erstreckt. Ansonsten gleicht die Anordnung der
zweiten Ausführungsform.
Es können
auch eine ähnliche
Funktion und Wirkung wie in der ersten Ausführungsform erzielt werden.
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Die
oben beschriebenen Ausführungsformen veranschaulichen
die Anwendung der vorliegenden Erfindung in Bezug auf einen halbkugelförmigen Schuh
eines Taumelscheibenkompressors, wobei es sich versteht, dass der
Schuh der vorliegenden Erfindung auch bei einer Taumelscheibenpumpe
verwendet werden kann. Darüber
hinaus kann der erfindungsgemäße Schuh
auch mit einer mechanischen Komponente mit einer halbkugelförmigen Vertiefung verwendet
werden, in welche der halbkugelförmige Schuh
eingepasst wird.
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Wie
oben beschrieben, wird gemäß der vorliegenden
Erfindung der Vorteil erzielt, dass ein halbkugelförmiger Schuh
mit einer, verglichen mit dem Stand der Technik, verbesserten Gleitantwort
erhalten wird.