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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Gebiet der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung betrifft allgemein ein Verfahren zur Herstellung
eines Körperteils
für einen
Kolben für
einen Verdichter vom Taumelscheibentyp und insbesondere ein Verfahren
zur Herstellung eines derartigen Körperteils mit einem hohlzylindrischen
Kopfbereich durch Formgießen.
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Erörterung des Standes der Technik
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Ein
Verdichter vom Taumelscheibentyp ist ausgebildet zum Komprimieren
eines Gases mittels einer Mehrzahl von Kolben, welche durch eine
Rotationsbewegung einer Taumelscheibe hin- und herbewegt werden.
Allgemein umfasst der Kolben einen Kopfbereich, gleitbeweglich eingepasst
in eine Zylinderbohrung, welche in einem Zylinderblock des Verdichters
gebildet ist, und einen Eingriffsbereich zum Gleiteingriff mit der
Taumelscheibe. Um das Gewicht des Kolbens zu reduzieren, ist vorgeschlagen
worden, den Kolben mit einem hohlzylindrischen Kopfabschnitt auszubilden.
Als ein Beispiel für
das Verfahren zur Herstellung eines derartigen Kolbens hat die Inhaberin
der vorliegenden Erfindung in der
JP-A-11-152239 ein Verfahren vorgeschlagen
zur Herstellung eines Rohlings für
den Kolben, umfassend die Schritte: Herstellen eines Körperteils,
umfassend einen hohlen Kopfabschnitt, welcher an einem seiner ge genüberliegenden
Enden geschlossen und am anderen Ende offen ist, und einen Eingriffsabschnitt,
welcher mit dem Kopfabschnitt integral geformt ist; und Fixieren
eines separat von dem Körperteil
hergestellten Verschlussteils an dem Körperteil, um das offene Ende
des Kopfabschnitts zu verschließen.
Während
das Verschlussteil nach einem beliebigen Verfahren hergestellt werden
kann, wird das Körperteil
vorzugsweise durch Formgießen hergestellt.
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Aus
US-A-5 265 331 ist
ein einfachwirkender Kolben für
einen Verdichter bekannt geworden, der einen Kopfbereich mit einer
Außenumfangsfläche und
einem Eingriffsbereich aufweist. Die Außenumfangsfläche des
Kopfbereichs umfasst eine zylindrische Fläche und eine verjüngte Fläche, deren
Querschnittsgestalt, gesehen in einer Ebene, welche die Mittellinie
der zylindrischen Fläche
einschließt,
eine gerade Linie ist.
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Ein ähnlicher
Kolben ist aus
JP 10159725 bekannt
geworden. Der Kopfbereich des bekannten Kolbens umfasst eine Außenumfangsfläche, umfassend
eine zylindrische Fläche
und eine verjüngte
Fläche,
deren Querschnittsgestalt eine gerade Linie ist.
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Die
EP-A-0 864 787 offenbart
einen Verdichter vom Taumelscheibentyp, umfassend ein Gehäuse mit
einer Mehrzahl von Zylinderbohrungen, eine Drehantriebswelle, welche
von dem Gehäuse
drehbar gehalten ist, eine Taumelscheibe, welche in Bezug zu einer
Achse der Drehantriebswelle geneigt ist, und einen Kolben, umfassend
einen Kopfbereich, welcher gleitbeweglich in jede der Zylinderbohrungen eingepasst
ist, und einen Eingriffsbereich, der mit der Taumelscheibe in Eingriff
steht.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung wurde im Lichte des im Vorstehenden beschriebenen
technischen Hintergrundes erzielt. Ein Gegenstand der vorliegenden
Erfindung ist die Bereitstellung eines einfachwirkenden Kolbens
für einen
Verdichter vom Taumelscheibentyp, der ein vermindertes Betriebsgeräusch aufweist.
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Der
oben angegebene Gegenstand kann gemäß einer der folgenden Formen
oder Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung erreicht werden, welche jeweils so nummeriert
sind wie die beigefügten
Ansprüche
und gegebenenfalls von der oder den anderen Formen abhängen, um
mögliche
Kombinationen von technischen Merkmalen der vorliegenden Erfindung
anzugeben und zu klären,
um das Verständnis
der Erfindung zu erleichtern. Es versteht sich, dass die vorliegende
Erfindung nicht auf die im Folgenden beschriebenen technischen Merkmale und
ihre Kombinationen beschränkt
ist. Es versteht sich ferner, dass ein jedes unten beschriebene
technische Merkmal in Kombination mit anderen technischen Merkmalen
ein Gegenstand der vorliegenden Erfindung sein kann, unabhängig von
jenen anderen technischen Merkmalen.
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(1)
Ein einfachwirkender Kolben für
einen Verdichter vom Taumelscheibentyp, umfassend einen Zylinderblock,
eine in dem Zylinderblock gebildete Zylinderbohrung und eine Taumelscheibe,
wobei der einfachwirkende Kolben ausgebildet ist zum hin- und herbeweglichen
Einpassen in die Zylinderbohrung und umfasst: einen Kopfbereich
mit einer Außenumfangsfläche für Gleitkontakt
mit einer Innenumfangsfläche
der Zylinderbohrung und einen Eingriffsbereich, welcher zum Eingriff
mit der Taumelscheibe ausgebildet ist, wobei:
die Außenumfangsfläche des
Kopfbereichs umfasst: eine zylindrische Fläche und eine gekrümmte Fläche, welche
sich von der zylindrischen Fläche
an einem axialen Ende der zylindrischen Fläche, welches näher zu dem
Eingriffsbereich ist, und/oder an einem axialen Ende der zylindrischen
Fläche,
welches entfernt von dem Eingriffsbereich ist, erstreckt und welche
eine bogenförmige
Querschnittsgestalt aufweist, gesehen in einer Ebene, die eine Mittellinie
der zylindrischen Fläche
umfasst, wobei eine radiale Distanz zwischen der Mittellinie der
zylindrischen Fläche
und der gekrümmten
Fläche
graduell abnimmt in einer Axialrichtung der zylindrischen Fläche von
dem korrespondierenden axialen Ende der zylindrischen Fläche zu dem
korrespondierenden axialen Ende des Kolbens hin, und wobei ein Krümmungsradius
der bogenförmigen
Querschnittsgestalt der gekrümmten Fläche größer ist
als ein Durchmesser der Innenumfangsfläche der Zylinderbohrung.
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Die
gekrümmte
Fläche,
welche benachbart zu mindestens einem der axial gegenüberliegenden Enden
der zylindrischen Fläche
des Kopfbereichs des einfachwirkenden Kolbens gebildet ist, ist
wirksam, das von dem Verdichter vom Taumelscheibentyp während seines
Betriebs erzeugte Geräusch
zu vermindern. Die Gegenwart der gekrümmten Fläche erlaubt dem Kopfbereich
des Kolbens ein glattes Gleiten auf der Innenumfangsfläche der
Zylinderbohrung. Weil die Querschnittsgestalt der gekrümmten Fläche ein
einfacher Bogen ist, kann der Kolben wirtschaftlich gefertigt werden.
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(2)
Ein einfachwirkender Kolben gemäß der obigen
Ausführungsform
(1), wobei die gekrümmte Fläche ausgebildet
ist an dem axialen Ende der zylindrischen Fläche, welches näher zu dem
Eingriffsbereich ist, derart, dass sie sich von einem ersten Umfangsteil
der zylindrischen Fläche
erstreckt, der näher
zu einer Rotationsachse der Taumelscheibe ist, und/oder einem axialen
Ende der zylindrischen Fläche,
welches entfernt von dem Eingriffsbereich ist, derart, dass sie
sich von einem zweiten Umfangsteil der zylindrischen Fläche erstreckt,
der weiter entfernt ist von der Rotationsachse der Taumelscheibe
als der erste Umfangsteil.
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Der
im Vorstehenden angegebene erste und zweite Umfangsteil der zylindrischen
Fläche
des Kopfbereichs des Kolbens leiden allgemein unter einem besonders
großen
Kontaktflächendruck,
wenn der Kopfbereich des Kolbens mit der Innenumfangsfläche der
Zylinderbohrung während
des Betriebs des Verdichters vom Taumelscheibentyp in Kontakt kommt.
Durch Ausbilden der gekrümmten
Flächen
in diesen Umfangsteilen kann der Kolben innerhalb der Zylinderbohrung
glatt hin- und herbewegt werden.
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(3)
Ein einfachwirkender Kolben gemäß der obigen
Ausführungsform
(2), wobei die gekrümmte Fläche an dem
axialen Ende der zylindrischen Fläche gebildet ist, welches entfernt
von dem Eingriffsbereich ist, und sich über einen gesamten Umfang der zylindrischen
Fläche
erstreckt.
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Es
wird bestätigt,
dass die gekrümmte
Fläche,
die an dem axialen Ende des Kopfbereichs des Kolbens gebildet ist,
welches entfernt von dem Eingriffsbereich ist, besonders vorteilhaft
ist. Allgemein weist die axiale Endfläche des Kopfbereichs, welche entfernt
von dem Eingriffsbereich ist, eine einfache kreisförmige Konfiguration
auf. Weil die zylindrische Fläche
und die kreisförmige
Endfläche
einander schneiden, um einen einfachen Kreis zu definieren, ist
es leicht, die gekrümmte
Fläche,
welche sich über den
gesamten Umfang der zylindrischen Fläche des Kopfbereichs erstreckt,
an dem axialen Ende zu bilden, welches entfernt von dem Eingriffsbereich
ist.
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(4)
Ein einfachwirkender Kolben gemäß der obigen
Ausführungsform
(2) oder (3), wobei die gekrümmte
Fläche
an einem der einander gegenüberliegenden
axialen Enden des Kopfbereichs gebildet ist, welches näher zu dem
Eingriffsbereich ist, und sich über
einen gesamten Umfang des axialen Endes des Kopfbereichs erstreckt.
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Wo
der einfachwirkende Kolben einen hohlzylindrischen Kopfbereich aufweist,
weist das axiale Ende der Außenumfangsfläche des
Kopfbereichs, welches näher
zu dem Eingriffsbereich ist, eine einfache kreisförmige Gestalt
auf. Demgemäß ist es
leicht, die gekrümmte
Fläche,
welche sich über
den gesamten Umfang der Außenumfangsfläche erstreckt,
an jenem axialen Ende zu bilden. Die gekrümmte Fläche, welche sich über den
gesamten Umfang der Außenumfangsfläche erstreckt,
kann jedoch auch an demjenigen axialen Endbereich gebildet sein,
dessen Konfiguration kein einfacher Kreis ist.
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(5)
Ein einfachwirkender Kolben gemäß einer
der obigen Ausführungsformen
(1)–(4),
wobei eine Dimension r1 zwischen einer Erstreckungsfläche der
zylindrischen Fläche
und einer geraden Linie, welche parallel zu der Erstreckungsfläche ist
und welche eines der einander gegenüberliegenden Enden der gekrümmten Fläche, das
entfernt von der zylindrischen Fläche ist, passiert, nicht größer ist
als 15 μm.
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Wenn
die Dimension r1 übermäßig groß ist, ist
es weniger wahrscheinlich, dass das der Innenumfangsfläche der
Zylinderbohrung anhaftende Schmieröl in einen keilförmigen Spalt
eingeführt
wird, der zwischen der Innenumfangsfläche der Zylinderbohrung und
der Außenumfangsfläche des
Kopfbereichs des Kolbens gebildet ist. In diesem Fall ist der Effekt
der gebildeten gekrümmten
Fläche
reduziert. Angesichts dessen ist die oben angegebene Dimension r1
im Wesentlichen nicht größer als
15 μm, vorzugsweise
nicht größer als
10 μm und
mehr bevorzugt nicht größer als
5 μm. Wenn
dagegen die Dimension r1 übermäßig klein
ist, ist es weniger wahrscheinlich, dass das Schmieröl in den
keil förmigen Spalt
eingeführt
wird. Demgemäß ist die
Dimension r1 vorzugsweise nicht kleiner als 1 μm und mehr bevorzugt nicht kleiner
als 2 μm.
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(6)
Ein einfachwirkender Kolben gemäß einer
der obigen Ausführungsformen
(1)–(5),
wobei ein Quotient, erhalten durch Dividieren einer Dimension r1
zwischen einer Erstreckungsfläche
der zylindrischen Fläche
und der geraden Linie, welche parallel zu der Erstreckungsfläche ist
und welche eines der einander gegenüberliegenden Enden der gekrümmten Fläche, das
entfernt von der zylindrischen Fläche ist, passiert, durch eine
axiale Dimension l1 der gekrümmten
Fläche,
wie in einer Richtung parallel zu der Mittellinie der zylindrischen
Fläche
gemessen, gleich einem Quotienten ist, der erhalten wird durch Dividieren
eines Zwischenraums r2 zwischen der Außenumfangsfläche des
Kopfbereichs des Kolbens und der Innenumfangsfläche der Zylinderbohrung bei in
die Zylinderbohrung eingepasstem Kolben durch eine axiale Dimension
l2 der zylindrischen Fläche, wobei
der Zwischenraum r2 eine Differenz ist zwischen einem Durchmesser
der Außenumfangsfläche des
Kopfbereichs und einem Durchmesser der Innenumfangsfläche der
Zylinderbohrung.
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Wenn
der Kolben innerhalb der Zylinderbohrung geneigt ist infolge einer
Seitenkraft, welche von der Taumelscheibe auf den Kolben in einer
Richtung senkrecht zu seiner Mittellinie ausgeübt wird, kommt ein Zwischenbereich
der gekrümmten
Fläche
des Kopfbereichs, gesehen in einer Richtung parallel zu der Mittellinie
der zylindrischen Fläche,
mit der Innenumfangsfläche
der Zylinderbohrung in Kontakt. Demgemäß gewährleistet die vorliegende Anordnung
ein glattes Gleiten der Außenumfangsfläche des
Kopfbereichs des Kolbens auf der Innenumfangsfläche der Zylinderbohrung. Die
oben angegebene axiale Dimension l2 der zylindrischen Fläche ist
eine axiale Distanz zwischen einer Grenze der zylindrischen Fläche und
der gekrümmten
Fläche,
welche mit der Innenumfangsfläche
der Zylinderbohrung in Kontakt kommt, wenn der Kolben innerhalb
der Zylinderbohrung geneigt ist infolge der oben angegebenen Seitenkraft,
und einem der einander gegenüberliegenden
axialen Enden der zylindrischen Fläche, welches von der oben angegebenen
Grenze in der diametralen Richtung des Kopfbereichs des Kolbens
beabstandet ist und welches entfernt von der Grenze in der Axialrichtung
des Kopfbereichs ist. Der Nei gungswinkel des Kopfbereichs des Kolbens
wird bestimmt in Abhängigkeit
von der axialen Dimension l2 der zylindrischen Fläche des
Kopfbereichs und dem Zwischenraum zwischen der Außenumfangsfläche des
Kopfbereichs des Kolbens und der Innenumfangsfläche der Zylinderbohrung, wenn
der Kopfbereich des Kolbens in die Zylinderbohrung eingepasst ist.
Dieser Zwischenraum wird im Folgenden als ein "Passzwischenraum" bezeichnet. Ferner bestimmt der wie
oben beschrieben bestimmte Neigungswinkel des Kopfbereichs des Kolbens
innerhalb der Zylinderbohrung die Art und Weise, in der die gekrümmte Fläche mit
der Innenumfangsfläche
der Zylinderbohrung in Kontakt kommt. Im Wesentlichen wird die axiale
Dimension l2 der zylindrischen Fläche so bestimmt, dass ein keilförmiger Spalt,
der eine geeignete Größe zum Erleichtern
der Einführung
des Schmieröls
in denselben aufweist, zwischen der gekrümmten Fläche und der Innenumfangsfläche der Zylinderbohrung
gebildet ist, wenn der Kopfbereich des Kolbens in der Zylinderbohrung
geneigt ist.
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Wie
oben beschrieben bestimmt die axiale Dimension l2 der zylindrischen
Fläche
den Neigungswinkel des Kopfbereichs des Kolbens in der Zylinderbohrung.
Auch wenn die zylindrische Fläche
eine oder mehrere Öffnungen
aufweist oder nicht kontinuierlich ausgebildet ist zwischen ihren
gegenüberliegenden
axialen Enden, ist die axiale Dimension l2 der zylindrischen Fläche eine
axiale Distanz zwischen den gegenüberliegenden axialen Enden.
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(7)
Ein einfachwirkender Kolben gemäß der obigen
Ausführungsform
(6), wobei die axiale Dimension l1 der gekrümmten Fläche, welche parallel zur Mittellinie
derselben ist, nicht größer ist
als 1/5 der axialen Dimension l2 der zylindrischen Fläche.
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Mit
einer Zunahme der axialen Dimension l1 der gekrümmten Fläche nimmt die axiale Dimension l2
der zylindrischen Fläche
ab und der Neigungswinkel des Kopfbereichs innerhalb der Zylinderbohrung nimmt
zu. Demgemäß ist es
nicht wünschenswert, wenn
die axiale Dimension l1 der gekrümmten
Fläche
zu groß ist.
Angesichts dessen ist die axiale Dimension l1 der gekrümmten Fläche vorzugsweise nicht
größer als
1/5, nicht größer als
1/8 oder nicht größer als
1/15 der axialen Dimension l2 der zylindrischen Fläche. Es
ist jedoch nicht wünschenswert, wenn
die axiale Dimension l1 der gekrümmten
Fläche
zu klein ist. Angesichts dessen ist die axiale Dimension l1 der
gekrümmten
Fläche
vorzugsweise nicht kleiner als 1/100 der axialen Dimension l2 der zylindrischen
Fläche.
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(8)
Ein einfachwirkender Kolben gemäß einer
der obigen Ausführungsformen
(1)–(7),
wobei die Außenumfangsfläche des
Kopfbereichs eine verjüngte
Fläche
umfasst, welche sich von einem der einander gegenüberliegenden
Enden der gekrümmten
Fläche,
das entfernt von der zylindrischen Fläche ist, derart erstreckt,
dass die verjüngte
Fläche
einen Durchmesser aufweist, der graduell und linear abnimmt in einer
Axialrichtung der zylindrischen Fläche von der gekrümmten Fläche zu dem
korrespondierenden axialen Ende des Kolbens hin, wobei die verjüngte Fläche derart
ausgebildet ist, dass eine Differenz zwischen einem Radius ihres
großdurchmessrigen
Endes und einem Radius ihres kleindurchmessrigen Endes innerhalb
eines Bereichs zwischen 1 μm und
15 μm gewählt ist.
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Die
verjüngte
Fläche
wirkt mit der gekrümmten
Fläche
zusammen, um den keilförmigen
Spalt zu bilden, der das Einführen
des Schmieröls
in denselben erleichtert. Demgemäß ist der
Verjüngungswinkel
der verjüngten
Fläche
beträchtlich
kleiner als derjenige einer Abschrägung, welche benachbart zu
der verjüngten
Fläche
gebildet ist. Demgemäß ist die
verjüngte
Fläche
so gebildet, dass die Differenz zwischen dem Radius des großdurchmessrigen
Endes und dem Radius des kleindurchmessrigen Endes, anders ausgedrückt, eine
Hälfte
einer Differenz zwischen einem Durchmesser D1 des großdurchmessrigen
Endes und einem Durchmesser D2 des kleindurchmessrigen Endes, im
Wesentlichen in einem Bereich zwischen 1 μm und 5 μm angesiedelt ist.
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Die
verjüngte
Fläche,
welche benachbart zu mindestens einem der gegenüberliegenden Enden der zylindrischen
Fläche
des Kopfbereichs des Kolbens gebildet ist, ist wirksam, das Geräusch des
Verdichters während
seines Betriebs zu vermindern, weil der Kopfbereich des Kolbens
glatt innerhalb der Zylinderbohrung gleitet infolge der verjüngten Fläche. Die
Reduzierung des Betriebsgeräuschs
des Verdichters wird erzielt, auch wenn ein Grenzbereich zwischen
der verjüngten
Fläche
und der zylindrischen Fläche
nicht im Wesentlichen gerundet ist, sowie dann, wenn der Grenzbereich
im Wesentlichen gerundet ist.
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Dies
ist so, weil ein Winkel zwischen der verjüngten Fläche und der zylindrischen Fläche erheblich
nahe 180° ist.
Weiter: die Einführung
des Schmieröls
in den keilförmigen
Spalt, welcher zwischen der verjüngten
Fläche
und der Innenumfangsfläche
der Zylinderbohrung gebildet ist, verhindert Kontakt einer Schnittlinie
der verjüngten
Fläche
und der zylindrischen Fläche
mit der Innenumfangsfläche der
Zylinderbohrung oder reduziert den Kontaktflächendruck zwischen der verjüngten Fläche und
der zylindrischen Fläche.
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(9)
Ein einfachwirkender Kolben gemäß einer
der obigen Ausführungsformen
(1)–(8),
wobei der Kopfbereich des Kolbens eine hohlzylindrische Gestalt
aufweist.
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Wenn
der Kopfbereich des Kolbens eine hohlzylindrische Gestalt aufweist,
kann das Gewicht des Kolbens leicht reduziert werden, was in einer Verminderung
des Betriebsgeräuschs
des Verdichters resultiert. Ferner kann die gekrümmte Fläche leicht über den gesamten Umfang an
jedem der gegenüberliegenden
Enden der zylindrischen Fläche gebildet
werden, weil der hohlzylindrische Kopfbereich an seinen gegenüberliegenden
axialen Enden eine einfache kreisförmige Gestalt im transversalen Querschnitt
aufweist.
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(10)
Ein einfachwirkender Kolben gemäß einer
der vorstehenden Ausführungsformen
(1)–(9), wobei
der Kopfbereich des Kolbens einen Dichtabschnitt mit einer runden
Querschnittsgestalt und zwei Hilfsgleitflächen aufweist, welche zwischen
dem Eingriffsbereich des Kolbens und dem Dichtabschnitt lokalisiert
sind und welche aus einer inneren Hilfsgleitfläche, die näher zu einer Rotationsachse
der Taumelscheibe ist, und einer äußeren Hilfsgleitfläche, die
entfernt von der Rotationsachse der Taumelscheibe ist, bestehen,
wobei die zwei Hilfsgleitflächen
mit einer Außenumfangsfläche des
Dichtabschnitts bündig
sind.
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Bei
dem Kolben gemäß dieser
Anordnung wirken die Hilfsgleitflächen mit der Außenumfangsfläche des
Dichtabschnitts zusammen, um die Außenumfangsfläche des
Kopfbereichs des Kolbens zu bilden. Wenn also die gekrümmte Fläche an einem
der gegenüberliegenden
Enden der Außenumfangsfläche des
Kopfbereichs auf der Seite des Eingriffsbereichs gebildet ist, so
ist die ge krümmte
Fläche
an einem der gegenüberliegenden
Enden jeder der Hilfsgleitflächen
gebildet, welche auf der Seite des Eingriffsbereichs lokalisiert
sind.
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(11)
Ein Verdichter vom Taumelscheibentyp, umfassend ein Gehäuse mit
einer Mehrzahl von Zylinderbohrungen, einer Drehantriebswelle, welche von
dem Gehäuse
drehbar gehalten ist, einer Taumelscheibe, welche an einer Rotation
relativ zu der Drehantriebswelle gehindert ist und welche in Bezug zu
einer Achse der Drehantriebswelle geneigt ist; und einen Kolben,
umfassend einen Kopfbereich, gleitbeweglich eingepasst in jede der
Zylinderbohrungen, und einen Eingriffsbereich zum Gleiteingriff
mit der Taumelscheibe durch ein Paar von Schuhen, welche mit einander
gegenüberliegenden
Flächen
der Taumelscheibe in einem radial äußeren Bereich der Taumelscheibe
in Kontakt gehalten werden, und wobei der Kolben eine Struktur aufweist
wie in einer der vorstehenden Ausführungsformen (1)–(10) definiert.
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(12)
Ein Verdichter vom Taumelscheibentyp gemäß der obigen Ausführungsform
(11), ferner umfassend eine Taumelscheibenwinkeleinstellvorrichtung
zum Einstellen eines Neigungswinkels der Taumelscheibe in Bezug
zu der Achse der Drehantriebswelle.
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Ein
Verdichter vom Taumelscheibentyp, bei dem der Neigungswinkel der
Taumelscheibe variabel ist, insbesondere ein Taumelscheibenverdichter
vom leistungsveränderlichen
Typ, der die im Vorstehenden angegebene Taumelscheibenwinkeleinstellvorrichtung
aufweist, welche ausgebildet ist zum Steuern des Neigungswinkels
der Taumelscheibe durch Steuern des Drucks in der Kurbelkammer,
leidet unter einem ernsthaften Betriebsgeräuschproblem. Der Kolben, welcher
gemäß der vorliegenden
Erfindung wie oben beschrieben konstruiert ist, ist wirksam, ein derartiges
Problem zu lösen,
wenn er auf den im Vorstehenden beschriebenen Taumelscheibenverdichter
vom leistungsveränderlichen
Typ, welcher die Neigungswinkeleinstellvorrichtung aufweist, angewendet
wird.
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KURZBESCHREIBUNG DER FIGUREN
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Die
obigen und optionale Gegenstände, Merkmale,
Vorteile und die technische und industrielle Bedeutung der vorliegenden
Erfindung werden durch Lektüre der
nachfolgenden Detailbeschreibung von derzeit bevorzugten Ausführungsformen
der Erfindung in Verbindung mit der beigefügten Zeichnung noch besser
verstanden und erkannt; in der Zeichnung zeigen:
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1 eine
im Querschnitt ausgeführte
Vorderansicht eines Verdichters vom Taumelscheibentyp, ausgestattet
mit einem einfachwirkenden Kolben, der gemäß einer Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung konstruiert ist;
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2 eine
perspektivische Darstellung eines einfachwirkenden Kolbens, welcher
in dem Verdichter vom Taumelscheibentyp von 1 enthalten ist;
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3 eine
Vorderansicht des Kolbens von 2;
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4 eine
vergrößerte Vorderansicht,
welche einen Bereich des Kolbens von 2 zeigt;
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5A und 5B Darstellungen,
von denen jede den Kolben zeigt, der innerhalb der Zylinderbohrung
des Zylinderblocks des Verdichters geneigt ist;
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6 eine
im Querschnitt ausgeführte
vergrößerte fragmentarische
Darstellung, welche den Kolben zeigt, der an seiner gekrümmten Fläche mit der
Innenumfangsfläche
der Zylinderbohrung in 5A in Kontakt kommt;
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7 eine
vergrößerte Vorderansicht,
welche einen Bereich eines Kolbens zeigt, der gemäß einer
weiteren Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung konstruiert ist; und
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8 eine
Vorderansicht, welche einen einfachwirkenden Kolben zeigt, der gemäß einer
weiteren Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung konstruiert ist.
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DETAILBESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Unter
Bezugnahme auf die beigefügte
Zeichnung werden derzeit bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden
Erfindung beschrieben, wie sie auf einen einfachwirkenden Kolben
für einen
Verdichter vom Taumelscheibentyp, der für ein Klimatisierungssystem
eines Kraftfahrzeugs verwendet wird, angewendet werden.
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Es
wird zunächst
auf 1 Bezug genommen, welche einen Verdichter vom
Taumelscheibentyp zeigt, der eine Mehrzahl von einfachwirkenden Kolben
(im Folgenden einfach als "Kolben" bezeichnet) umfasst,
jeweils konstruiert gemäß einer
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung.
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In 1 bezeichnet
die Bezugsziffer 10 einen Zylinderblock mit einer Mehrzahl
von Zylinderbohrungen 12, welche so gebildet sind, dass
sie sich in der Axialrichtung desselben erstrecken, derart, dass
die Zylinderbohrungen 12 entlang einem Kreis angeordnet
sind, dessen Zentrum auf einer Mittellinie M des Zylinderblocks 10 liegt.
Der Kolben, insgesamt mit 14 bezeichnet, ist in jeder der
Zylinderbohrungen 12 hin- und herbeweglich aufgenommen.
An einer der einander axial gegenüberliegenden Endflächen des
Zylinderblocks 10 (der linken Endfläche in 1, die als "vordere Endfläche" bezeichnet wird)
ist ein vorderes Gehäuse 16 befestigt.
An der anderen Endfläche
(der rechten Endfläche
in 1, die als "hintere
Endfläche" bezeichnet wird)
ist ein hinteres Gehäuse 18 über eine
Ventilplatte 20 befestigt. Das vordere Gehäuse 16,
das hintere Gehäuse 18 und
der Zylinderblock 10 wirken zusammen, um eine Gehäuseanordnung
des Verdichters vom Taumelscheibentyp zu bilden.
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Das
hintere Gehäuse 18 und
die Ventilplatte 20 wirken zusammen, um eine Saugkammer 22 und eine
Ausstoßkammer 24 zu
definieren, welche mit einem Kältekreislauf
(nicht gezeigt) über
einen Einlass 26 bzw. einen Auslass 28 verbunden
sind. Die Ventilplatte 20 weist Saugöffnungen 40, Saugventile 42, Ausstoßöffnungen 46 und
Ausstoßventile 48 auf.
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Eine
Drehantriebswelle 50 ist in dem Zylinderblock 10 und
dem vorderen Gehäuse 16 derart angeordnet,
dass die Rotationsachse der Antriebswelle 50 mit der Mittellinie
M des Zylinderblocks 10 ausgerichtet ist. Die Antriebswelle 50 ist
an ihren gegenüberliegenden
Endbereichen von dem vorderen Gehäuse 16 bzw. dem Zylinderblock 10 via
respektive Lager gehalten. Der Zylinderblock 10 weist ein zentrales
Lagerloch 56 auf, welches in einem zentralen Be reich desselben
gebildet ist, und das Lager ist in diesem zentralen Lagerloch 56 angeordnet
zum Halten der Antriebswelle 50 an ihrem hinteren Endbereich.
Der vordere Endbereich der Antriebswelle 50 ist über einen
Kupplungsmechanismus, z. B. eine elektromagnetische Kupplung, mit
einer externen Antriebsquelle (nicht gezeigt) in Form eines Motors
eines Kraftfahrzeugs verbunden. Im Verdichterbetrieb ist die Antriebswelle 50 über den
Kupplungsmechanismus mit dem in Betrieb befindlichen Fahrzeugmotor
verbunden, so dass die Antriebswelle 50 um ihre Achse rotiert.
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Die
Drehantriebswelle 50 trägt
eine Taumelscheibe 60, derart, dass die Taumelscheibe 60 axial beweglich
und neigbar relativ zu der Antriebswelle 50 ist. An der
Antriebswelle 50 ist ein Drehglied 62 als ein
Drehmomentübertragungsglied
befestigt, welches mit dem vorderen Gehäuse 16 über ein
Drucklager 66 in Eingriff gehalten wird. Die Taumelscheibe 60 rotiert
mit der Antriebswelle 50 über einen Gelenkmechanismus 68 während der
Rotation der Antriebswelle 50. Der Gelenkmechanismus 68 führt die
Taumelscheibe 60 für
ihre Axial- und Neigungsbewegungen. Der Gelenkmechanismus 68 umfasst
ein Paar von Stützarmen 70,
welche an dem Drehglied 62 fixiert sind, Führungsstifte 72,
welche an der Taumelscheibe 60 gebildet sind und in Gleiteingriff
mit Führungslöchern 74 stehen,
welche in den Stützarmen 70 gebildet
sind.
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Der
im Vorstehenden angegebene Kolben 14 umfasst einen Eingriffsbereich
in Form eines Halsbereichs 80, der mit der Taumelscheibe 60 in
Eingriff ist, einen Kopfbereich 82, welcher in die korrespondierende
Zylinderbohrung 12 eingepasst ist, und einen Verbindungsbereich 83,
der den Halsbereich 80 und den Kopfbereich 82 verbindet.
Der Halsbereich 80 weist eine darin gebildete Nut 84 auf,
und die Taumelscheibe 60 wird mittels eines Paares von
halbkugelförmigen
Schuhen 86 in Eingriff mit der Nut 84 gehalten.
Die halbkugelförmigen
Schuhe 86 sind so in der Nut 84 gehalten, dass
die Schuhe 86 an ihren halbkugelförmigen Flächen in Gleiteingriff mit dem Halsbereich 80 sind,
und dass die Schuhe 86 an ihren flachen Flächen mit
den radial äußeren Bereichen
der einander gegenüberliegenden
Flächen
der Taumelscheibe 60 in Gleiteingriff sind. Die Konfiguration
des Kolbens 14 wird im Detail beschrieben.
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Eine
Drehbewegung der Taumelscheibe 60 wird mittels der Schuhe 86 in
eine hin- und hergehende Linearbewegung des Kolbens 14 umgewandelt. Ein
Kältemittelgas
in der Saugkammer 22 wird durch die Saugöffnung 40 und
das Saugventil 42 in die Druckkammer 79 eingesaugt,
wenn der Kolben 14 sich von seinem oberen Totpunkt zu seinem
unteren Totpunkt bewegt, d. h. wenn der Kolben 14 sich
im Saughub befindet. Das Kältemittelgas
in der Druckkammer 79 wird mittels des Kolbens 14 unter
Druck gesetzt, wenn der Kolben 14 von seinem unteren Totpunkt
zu seinem oberen Totpunkt bewegt wird, d. h. wenn der Kolben 14 sich
im Verdichtungshub befindet. Das unter Druck gesetzte Kältemittelgas
wird durch die Ausstoßöffnung 46 und
das Ausstoßventil 48 in
die Ausstoßkammer 24 ausgestoßen. Eine
Reaktionskraft wirkt auf den Kolben 14 in der Axialrichtung
als eine Folge der Kompression des Kältemittelgases in der Druckkammer 79.
Diese Kompressionsreaktionskraft wird von dem vorderen Gehäuse 16 durch
den Kolben 14, die Taumelscheibe 60, das Drehglied 62 und
das Drucklager 66 aufgenommen.
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Wie
in 2 gezeigt, weist der Halsbereich 80 des
Kolbens 14 ein integral geformtes Rotationsverhinderungsteil 88 auf,
welches zum Kontakt mit der Innenumfangsfläche des vorderen Gehäuses 16 angeordnet
ist, um dadurch eine Rotationsbewegung des Kolbens 14 um
seine Mittellinie N zu verhindern.
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Der
Zylinderblock 10 weist einen durch ihn hindurch gebildeten
Zuführkanal 94 auf
für eine
Kommunikation zwischen der Ausstoßkammer 24 und einer
Kurbelkammer 96, welche zwischen dem vorderen Gehäuse 16 und
dem Zylinderblock 10 definiert ist. Der Zuführkanal 94 ist
mit einem Solenoid-betätigten
Steuerventil 100 verbunden, welches bereitgestellt ist,
um den Druck in der Kurbelkammer 96 zu steuern. Das Solenoid-betätigte Steuerventil 100 umfasst
eine Solenoidspule 102 und ein Absperrventil 104,
welches durch Erregung und Entregung der Solenoidspule 102 selektiv
geschlossen und geöffnet wird.
Namentlich wird das Absperrventil 104 bei Erregung der
Solenoidspule 102 in seinen geschlossenen Zustand gebracht
und bei Entregung der Spule 102 in seinen offenen Zustand
gebracht.
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Die
Drehantriebswelle 50 weist einen durch sie hindurch gebildeten
Abzweigkanal 110 auf. Der Abzweigkanal 110 ist
an einem seiner gegenüberliegenden Enden
zu dem zentralen Lagerloch 56 hin offen und ist am anderen
Ende zu der Kurbelkammer 96 hin offen. Das zentrale Lagerloch 56 steht
in seinem unteren Bereich über
eine Verbindungsöffnung 114 mit
der Saugkammer 22 in Verbindung.
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Wenn
die Solenoidspule 102 des Solenoid-betätigten Steuerventils 100 erregt
wird, wird der Zuführkanal 94 geschlossen,
so dass das unter Druck gesetzte Kältemittelgas in der Ausstoßkammer 24 nicht
in die Kurbelkammer 96 abgegeben wird. Unter dieser Bedingung
strömt
das Kältemittelgas
in der Kurbelkammer 96 durch den Abzweigkanal 110 und
die Verbindungsöffnung 114 in
die Saugkammer 22, so dass der Druck in der Kurbelkammer 96 gesenkt
wird, um dadurch den Neigungswinkel der Taumelscheibe 60 in
Bezug zu einer Ebene senkrecht zu der Rotationsachse M der Antriebswelle 50 zu
erhöhen.
Der Hinundherbewegungshub des Kolbens 14, der über die
Rotation der Taumelscheibe 60 hin- und herbewegt wird,
wird mit Erhöhung
des Neigungswinkels der Taumelscheibe 60 größer, um
ein Ausmaß an
Veränderung
des Volumens der Druckkammer 79 zu vergrößern, wodurch
die Förderleistung
des Verdichters erhöht
wird. Wenn die Solenoidspule 102 entregt wird, wird der
Zuführkanal 94 geöffnet, so dass
das unter Druck gesetzte Kältemittelgas
von der Ausstoßkammer 24 in
die Kurbelkammer 96 abgegeben werden kann, was in einer
Erhöhung
des Drucks in der Kurbelkammer 96 und einer Reduzierung
des Neigungswinkels der Taumelscheibe 60 resultiert, so dass
die Förderleistung
des Verdichters demgemäß reduziert
wird.
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Der
maximale Neigungswinkel der Taumelscheibe 60 ist begrenzt
durch Anlagekontakt eines an der Taumelscheibe 60 gebildeten
Anschlags 62 mit dem Drehglied 62, während der
minimale Neigungswinkel der Taumelscheibe 60 durch Anlagekontakt der
Taumelscheibe 60 mit einem Anschlag 122 in Form
eines fest auf der Antriebswelle 50 sitzenden Rings begrenzt
ist.
-
Wie
im Vorstehenden beschrieben wird der Druck in der Kurbelkammer 96 gesteuert
durch Steuern des Solenoid-betätigten
Steuerventils 100 zum selektiven Verbinden und Trennen
der Kurbelkammer 96 mit der bzw. von der Ausstoßkammer 24. Durch
Steuern des Drucks in der Kurbelkammer 96 durch Ausnutzung
einer Differenz zwischen dem Druck in der Ausstoßkammer 24 als eine
Hochdruckquelle und dem Druck in der Saugkammer 22 als
eine Niederdruckquelle, wird eine Differenz zwischen dem Druck in
der Kurbelkammer 96, der auf die Vorderseiten des Kolbens 14 wirkt,
und dem Druck in der Druckkammer 79 reguliert, um den Neigungswinkel der
Taumelscheibe 60 in Bezug zu einer Ebene senkrecht zu der
Rotationsachse M der Antriebswelle 50 zu ändern, um
dadurch den Hinundherbewegungshub (Saug- und Verdichtungshub) des
Kolbens 14 zu verändern,
wodurch die Förderleistung
des Verdichters eingestellt werden kann.
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Die
Solenoidspule 102 des Solenoid-betätigten Steuerventils 100 wird
mittels einer – nicht
dargestellten – Steuereinrichtung
gesteuert in Abhängigkeit
von einer auf das Klimatisierungssystem wirkenden Last, welche den
vorliegenden Verdichter einschließt. Die Steuereinrichtung ist
in der Hauptsache von einem Computer gebildet. Der Verdichter vom Taumelscheibentyp
gemäß vorliegender
Ausführungsform
ist vom leistungsveränderlichen
Typ. In der vorliegenden Ausführungsform
wirken der Zuführkanal 94,
die Kurbelkammer 96, das Solenoid-betätigte Steuerventil 100,
der Abzweigkanal 110, die Verbindungsöffnung 114 und die
Steuereinrichtung für
das Steuerventil 100 zusammen, um einen größeren Teil
einer Winkeleinstellvorrichtung zum Steuern des Neigungswinkels
der Taumelscheibe 60 in Abhängigkeit von dem Druck in der
Kurbelkammer 86 zu bilden.
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Der
Zylinderblock 10 und jeder Kolben 14 sind aus
einer Aluminiumlegierung gebildet. Der Kolben 14 ist auf
seiner Außenumfangsfläche mit
einer Fluorharzschicht überzogen,
die einen direkten Kontakt der Aluminiumlegierung des Kolbens 14 mit
der Aluminiumlegierung des Zylinderblocks 10 verhindert und
es ermöglicht,
das Ausmaß an
Zwischenraum zwischen dem Kolben 14 und der Zylinderbohrung 12 auf
ein Minimum zu reduzieren. Der Zylinderblock 10 und der
Kolben 14 können
ferner aus einer Aluminium-Silicium-Legierung hergestellt sein.
Es können auch
andere Materialien für
den Zylinderblock 10, den Kolben 14 und die Überzugsschicht
Verwendung finden.
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Als
nächstes
wird die Konfiguration des Kolbens 14 beschrieben.
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Wie
in den 2 und 3 gezeigt, umfasst der Kopfbereich 82 des
Kolbens 14 einen Körperbereich 124,
einen äußeren Gleitbereich 126 und
einen inneren Gleitbereich 128, welche zu einem radial äußeren bzw.
inneren Bereich des Zylinderblocks 10 korrespondieren.
Der radial äußere Bereich
des Zylinderblocks 10 ist weiter entfernt von der Mittellinie
M als der radial innere Bereich des Zylinderblocks 10. Der
Kopfbereich 124 weist eine kreisförmige Gestalt im Querschnitt
auf. Der äußere und
der innere Gleitbereich 126, 128 stehen zu dem
Halsbereich 80 hin von jeweiligen Umfangsteilen des kreisförmigen Körperbereichs 124 vor,
welche Teile zu dem radial äußeren und
inneren Bereich des Zylinderblocks 10 korrespondieren.
Eine Außenumfangsfläche 130 des Körperbereichs 124 und
eine Teilumfangsfläche 132 des äußeren Gleitbereichs 126 und
eine Teilumfangsfläche 134 des
inneren Gleitbereichs 128 sind benachbart zu einander oder
bündig
miteinander. Der äußere und
der innere Gleitbereich 126, 128 sind ausgebildet,
auf den respektiven Umfangsbereichen der Innenumfangsfläche der
Zylinderbohrung 12 zu gleiten, welche Bereiche zu dem radial äußeren und inneren
Bereich des Zylinderblocks 10 korrespondieren. Der Verbindungsbereich 83 des
Kolbens 14 umfasst eine Rippe 137, welche den äußeren Gleitbereich 126 und
den Halsbereich 80 verbindet, und eine Rippe 138,
welche den inneren Gleitbereich 128 und den Halsbereich 80 verbindet.
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In
der vorliegenden Ausführungsform
ist eine Gesamtlänge
L1 des Körperbereichs 124 und
des inneren Gleitbereichs 138 (als "innere Kopflänge" bezeichnet, welche eine Länge des
Kopfbereichs 82 ist, wie an dem inneren Gleitbereich 138 gemessen)
größer gemacht
als eine Gesamtlänge
L2 des Körperbereichs 124 und
des äußeren Gleitbereichs 137 (als "äußere Kopflänge" bezeichnet, welche eine Länge des
Kopfbereichs 82 ist, wie an dem äußeren Gleitbereich 137 gemessen).
Anders ausgedrückt,
die Länge
L1 von einer Endfläche 136 des
Körperbereichs 124 (welche
entfernt von dem Halsbereich 80 ist) zu dem Ende des inneren
Gleitbereichs 128, welches entfernt von der Endfläche 136 ist,
ist größer gemacht
als die Länge
L2 von der Endfläche 136 zu dem
Ende des äußeren Gleitbereichs 137.
Durch Erhöhen
der Länge
des inneren Gleitbereichs 128 kann der Gleitflächendruck
in dem inneren Gleitbereich 128 am Ende des Verdichtungshubs
des Kolbens gesenkt werden, was in einer verbesserten Dauerhaftigkeit
des Kolbens 14 resultiert. Namentlich können der Verschleiß und die
Entfernung der Fluorharzbeschichtung des Kolbens 14 verhindert
werden. Allerdings wird eine Erhöhung
der inneren Kopflänge
L1 in einer Gewichtserhöhung
des Kolbens 14 resultieren. Es sei angemerkt, dass der
Kolben 14 einen gegebenen Arbeitshub aufweist. Daher wird
die innere Kopflänge
L1 wünschenswerterweise
unter Berücksichtigung
jener Faktoren bestimmt. Es sei angemerkt, dass der Kolben 14 gebildet
werden kann entweder durch Zusammenfügen des Kopfbereichs 82, des
Halsbereichs 80 und des Verbindungsbereichs 83,
die als separate Glieder gefertigt worden sind, oder durch integrales
Formen dieser Bereiche 82, 80, 83 miteinander.
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Wie
in 2 gezeigt, ist die Konfiguration des inneren Gleitbereichs 128 im
transversalen Querschnitt in der Axialrichtung nicht gleichförmig. Das
heißt,
die Umfangsdimension des inneren Gleitbereichs 128, wie
durch einen Mittenwinkel (zwischen zwei Linien, welche die Mittellinie
des Körperbereichs 124 und
umfänglich
gegenüberliegende
Enden des inneren Gleitbereichs 128, in der Umfangsrichtung
des Körperbereichs 124 gesehen,
verbinden) ist an einem distalen Teil des inneren Gleitbereichs 128,
der näher
zu dem Halsbereich 80 ist, kleiner gemacht als an einem
proximalen Teil, der näher zu
dem Körperbereich 124 ist.
Gemäß dieser
Anordnung kann das Ausmaß der
Gewichtszunahme des Kolbens 14 kleiner gemacht werden als
in einer Anordnung, wo dieser distale und dieser proximale Teil des
inneren Gleitbereichs 128 den gleichen Mittenwinkel oder
die gleiche Umfangsdimension aufweisen. Zwar nimmt der Gleitflächendruck
des inneren Gleitbereichs 126 an seinem distalen Teil mit
einer Erhöhung
des Mittenwinkels ab, aber das Gewicht des Kolbens 14 nimmt
mit dem Mittenwinkel zu. Daher werden die Mittenwinkel an dem distalen
und dem proximalen Teil des inneren Gleitbereichs 128 wünschenswerterweise
unter Berücksichtigung
jener Faktoren bestimmt.
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Die
respektiven Außenumfangsflächen 130, 132, 134 des
Körperbereichs 124,
des äußeren Gleitbereichs 126 und
des inneren Gleitbereichs 128 wirken zusammen, um eine
zylindrische Fläche 152 und gekrümmte Flächen 146, 148, 150 bereitzustellen. Die
gekrümmte
Fläche 146 erstreckt
sich glatt und kontinuierlich (in einem mathematischen Sinne) von einem
der einander gegenüberliegenden
axialen Enden der zylindrischen Fläche 152, während die
gekrümmten
Flächen 148, 150 sich
glatt und kontinuierlich von dem anderen axialen Ende erstrecken.
Der Ausdruck "glatt
und kontinuierlich" wird
so gedeutet, dass er eine Art der Verbindung der gekrümmten Flächen 146, 148, 150 mit
der zylindrischen Fläche 152 bedeutet,
die so gestaltet ist, dass keine Biegung oder abrupte Winkeländerung
zwischen der zylindrischen Fläche 152 und
den gekrümmten
Flächen 146, 148, 150 vorliegt.
Die zylindrische Fläche 152 ist
teilzylindrisch an ihren Umfangsbereichen korrespondierend zu dem äußeren Gleitbereich 126 bzw.
dem inneren Gleitbereich 128. Abschrägungen 140, 142, 144 sind
an einem der gegenüberliegenden
Enden der respektiven gekrümmten
Flächen 146, 148, 150 auf
der von der zylindrischen Fläche 152 entfernten Seite
gebildet. Wie beispielhaft in einer vergrößerten Darstellung von 4 gezeigt,
welche die gekrümmte
Fläche 146,
gebildet an einem axialen Ende der zylindrischen Fläche 152 auf
der Seite des Körperbereichs 124 zeigt,
ist die gekrümmte
Fläche 146 so
gebildet, dass eine radiale Distanz zwischen der gekrümmten Fläche 146 und
der Mittellinie der zylindrischen Fläche 152 graduell abnimmt
in einer Axialrichtung der zylindrischen Fläche 152 von dem korrespondierenden
axialen Ende der zylindrischen Fläche 152 zu der Endfläche 136 hin,
und dass eine Querschnittsgestalt der gekrümmten Fläche 146, gesehen in
einer Ebene, welche die Mittellinie der zylindrischen Fläche 152 einschließt, ein
Bogen mit einem konstanten Krümmungsradius
ist. Der Krümmungsradius
des Bogens ist größer als
der Durchmesser der Innenumfangsfläche der Zylinderbohrung 12 und beträgt ca. 1000
mm in der vorliegenden Ausführungsform.
Die zylindrische Fläche 152 und
die gekrümmten
Flächen 146, 148, 150 wirken
zusammen, um eine Außenumfangsfläche des
Kopfbereichs 82 des Kolbens 14 bereitzustellen.
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Jede
der gekrümmten
Flächen 146, 148, 150 ist
so geformt, dass ein Quotient r1/l1 im Wesentlichen gleich einem
Quotienten r2/l2 ist, worin r1 eine Dimension jeder gekrümmten Fläche 146, 148, 150 zwischen
einer Erstreckungsfläche
der zylindrischen Fläche 152 und
einer geraden Linie ist, welche parallel zu der Erstreckungsfläche ist
und welche eines der gegenüberliegen den
Enden jeder gekrümmten Fläche, das
entfernt von der zylindrischen Fläche 152 ist, passiert,
worin l1 eine axiale Dimension jeder gekrümmten Fläche 146, 148, 150 ist,
wie in einer Richtung parallel zu der Mittellinie der zylindrischen
Fläche 152 gemessen,
worin r2 ein Zwischenraum ist, welcher eine Differenz zwischen einem
Durchmesser d1 der Innenumfangsfläche der Zylinderbohrung 12 und
einem Durchmesser d2 der zylindrischen Fläche 152 des Kopfbereichs 82 des
Kolbens 14 ist. Dieser Zwischenraum wird im Folgenden als "Passzwischenraum" bezeichnet, und
l2 ist eine axiale Dimension der zylindrischen Fläche 152.
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In
der vorliegenden Ausführungsform
ist die im Vorstehenden angegebene axiale Dimension l2 der zylindrischen
Fläche 152 eine
axiale Distanz zwischen (1) einer Grenze zwischen der zylindrischen Fläche 152 und
jeder gekrümmten
Fläche 146, 148, 150,
welche mit der Innenumfangsfläche
der Zylinderbohrung 12 in Kontakt kommt, wenn der Kopfbereich 82 des
Kolbens 14 innerhalb der Zylinderbohrung 12 geneigt
ist infolge der Seitenkraft, welche von der Taumelscheibe 60 auf
den Kolben 14 in seiner Radialrichtung ausgeübt wird,
und (2) einem der einander gegenüberliegenden
axialen Enden der zylindrischen Fläche 152, welches von
der oben angegebenen Grenze in der diametralen Richtung des Kopfbereichs 82 des
Kolbens 14 beabstandet ist und welches entfernt von der
Grenze in der Axialrichtung des Kopfbereichs 82 ist.
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In
der vorliegenden Ausführungsform,
worin die innere Kopflänge
L1 (d. h. die Länge
des Kopfbereichs 82, wie an dem inneren Gleitbereich 128 gemessen)
größer gemacht
ist als die äußere Kopflänge L2 (d.
h. die Länge
des Kopfbereichs 82, wie an dem äußeren Gleitbereich 126 gemessen),
wie im Vorstehenden beschrieben, ist die axiale Dimension l2 der
zylindrischen Fläche 152,
wenn der Kolben 14 innerhalb der Zylinderbohrung 12 derart
geneigt ist, dass das axiale Ende des Kopfbereichs 82 auf
der Seite der Endfläche 136 des
Kolbens 14 (welches die Druckkammer 79 teilweise
definiert) mit einem radial äußeren Bereich
der Innenumfangsfläche
der Zylinderbohrung 12 in Kontakt kommt, wie in 5A gezeigt,
verschieden von derjenigen, wenn der Kolben 14 innerhalb
der Zylinderbohrung 12 derart geneigt ist, dass das oben
angegebene axiale Ende des Kopfbereichs 82 mit einem radial
inneren Bereich der Innenumfangsfläche der Zylinderbohrung 12 in
Kontakt kommt, wie in 5B gezeigt. Für ein leichteres Verständnis ist
nur der Kopfbereich 82 des Kolbens 14 in den 5A und 5B schematisch
gezeigt, ohne Angabe der Abschrägungen 140, 142, 144,
und die Neigung des Kopfbereichs 82 ist übertrieben.
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Wenn
der Kolben 14 innerhalb der Zylinderbohrung 12 derart
geneigt ist, dass das axiale Ende des Kopfbereichs 82 auf
der Seite der Endfläche 136 des
Kolbens 14 mit dem radial äußeren Bereich der Innenumfangsfläche der
Zylinderbohrung 12 in Kontakt kommt, wie in 5A gezeigt,
ist die axiale Dimension l2 der zylindrischen Fläche 152 eine axiale Distanz
zwischen (1) einer Grenze zwischen der zylindrischen Fläche 152 und
der gekrümmten
Fläche 146,
welche mit dem radial äußeren Bereich
der Innenumfangsfläche
der Zylinderbohrung 12 des Zylinderblocks 10 in
Kontakt gehalten wird, und (2) einer Grenze zwischen der zylindrischen
Fläche 152 und der
gekrümmten
Fläche 150,
welche auf der Seite des inneren Gleitbereichs 128 gebildet
ist und welche mit dem radial inneren Bereich der Innenumfangsfläche der
Zylinderbohrung 12 des Zylinderblocks 10 in Kontakt
gehalten wird.
-
Wenn
der Kolben 14 innerhalb der Zylinderbohrung 12 derart
geneigt ist, dass das oben angegebene axiale Ende des Kopfbereichs 82 mit
einem radial inneren Bereich der Innenumfangsfläche der Zylinderbohrung 12 in
Kontakt kommt, wie in 5B gezeigt, ist die axiale Dimension
l2 der zylindrischen Fläche 152 eine
axiale Distanz zwischen (1) einer Grenze zwischen der zylindrischen
Fläche 152 und der
gekrümmten
Fläche 146,
welche mit dem radial inneren Bereich der Innenumfangsfläche der
Zylinderbohrung 12 in Kontakt gehalten wird, und (2) einer Grenze
zwischen der zylindrischen Fläche 152 und der
gekrümmten
Fläche 148,
welche auf der Seite des äußeren Gleitbereichs 126 gebildet
ist und welche mit dem radial äußeren Bereich
der Innenumfangsfläche
der Zylinderbohrung 12 in Kontakt gehalten wird.
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Es
wird nun auf 6 Bezug genommen, anhand welcher
eine Bedeutung des Quotienten r1/l1 beschrieben wird, der im Wesentlichen
gleich dem Quotienten r2/l2 gemacht ist. 6 zeigt
schematisch einen Bereich des Körperbereichs 124 des Kopfbereichs 82 in
einer übertriebenen
Weise. Zum leichteren Verständnis
wird eine imaginäre
verjüngte Fläche 156 (angegeben
durch eine Strich-Zweipunktlinie in 6) an Stelle
der gekrümmten
Fläche 146 festgelegt.
Die imaginäre
verjüngte
Fläche 156 weist die
gleichen Dimensionen r1 und l1 auf wie die gekrümmte Fläche 146. Der Quotient
r2/l2, erhalten durch Dividieren des Passzwischenraums r2 durch die
axiale Dimension 12 der zylindrischen Fläche 152,
ist gleich einem Neigungswinkel δ1
des Kopfbereichs 82 innerhalb der Zylinderbohrung 12.
Der Quotient r1/l1, erhalten durch Dividieren der Dimension r1 der
imaginären
verjüngten
Fläche 156 (d.
h. einer Dimension zwischen der Erstreckungsfläche der zylindrischen Fläche 152 und
einem der gegenüberliegenden
Enden der imaginären
verjüngten
Fläche 156,
welches entfernt von der zylindrischen Fläche 152 ist), durch
die axiale Dimension l1 der imaginären verjüngten Fläche 156 (d. h. einer
axialen Dimension der imaginären
verjüngten
Fläche 156,
wie in der Richtung parallel zu der Mittellinie der zylindrischen Fläche 152 gemessen),
ist gleich einem Neigungswinkel δ2
der imaginären
verjüngten
Fläche 156 in Bezug
zu der Erstreckungsfläche
der zylindrischen Fläche 152.
Die Tatsache, dass die Neigungswinkel δ1 und δ2 einander gleich gemacht sind,
zeigt an, dass die imaginäre
verjüngte
Fläche 156 parallel
und in engem Kontakt mit der Innenumfangsfläche der Zylinderbohrung 12 gehalten
wird, wenn der Kopfbereich 82 des Kolbens 14 innerhalb
der Zylinderbohrung 12 in dem Winkel δ1 geneigt ist. Tatsächlich wird die
gekrümmte
Fläche 146 an
Stelle der imaginären verjüngten Fläche 156 mit
der Innenumfangsfläche der
Zylinderbohrung 12 in Kontakt gebracht. Der tatsächliche
Neigungswinkel des Kopfbereichs 82, angegeben durch eine
ausgezogene Linie in 6, ist kleiner als der Neigungswinkel
des Kopfbereichs 82, wie durch die Strich-Zweipunktlinie
angegeben, da die gekrümmte
Fläche 146 radial
außen
von der imaginären
verjüngten
Fläche 156 lokalisiert
ist. Demgemäß wird die
gekrümmte
Fläche 146 mit
der Innenumfangsfläche
der Zylinderbohrung 12 an ihrem axial dazwischenliegenden
Bereich in Kontakt gehalten, um dadurch einen keilförmigen Spalt
zwischen der gekrümmten
Fläche 146 und
der Innenumfangsfläche
der Zylinderbohrung 12 zu bilden. Der Effekt des keilförmigen Spalts
wird ausführlicher
beschrieben. Die obige Erläuterung
gilt für
die gekrümmte
Fläche 146 des
Körperbereichs 124,
welche mit dem radial inneren Bereich der Innenumfangsfläche der Zylinderbohrung 12 des
Zylinderblocks 10 in Kontakt gehalten wird, und die gekrümmten Flächen 148, 150. Es
ist wünschenswert,
die verschiedenen, im Vorstehenden beschriebenen Dimensionen derart
zu bestimmen, dass jede gekrümmte
Fläche 146, 148, 150 in
ihrem axialen Bereich, der näher
zu der Grenze zwischen der zylindrischen Fläche 152 und dem Ende
der gekrümmten
Fläche
ist als ihr axial dazwischenliegender Bereich, mit der Innenumfangsfläche der
Zylinderbohrung 12 in Kontakt gehalten wird. In der vorliegenden
Ausführungsform
ist die Dimension r1 jeder gekrümmten
Fläche 146, 148, 150 in
einem Bereich von 2~4 μm
angesiedelt, während
die axiale Dimension l1 der gekrümmten
Fläche
in einem Bereich von 1,8~2,8 mm angesiedelt ist. Die axiale Dimension
l1 beträgt
1/8~1/13 der axialen Dimension l2 der zylindrischen Fläche 152.
Der keilförmige
Spalt, der gebildet wird, wenn der axial dazwischenliegende Bereich
jeder gekrümmten
Fläche 146, 148, 150 mit der
Innenumfangsfläche
der Zylinderbohrung 12 in Kontakt gehalten wird als eine
Folge der Neigung des Kopfbereichs 82 des Kolbens innerhalb
der Zylinderbohrung 12, weist eine Dimension von 2~8 μm auf, wie
in der Richtung von r1 gemessen. Anders ausgedrückt, die im Vorstehenden angegebene
Dimension des keilförmigen
Spalts ist eine Distanz zwischen der Innenumfangsfläche der
Zylinderbohrung 12 und einem der gegenüberliegenden Enden jeder gekrümmten Fläche 146, 148, 150,
welches entfernt von der zylindrischen Fläche 152 ist, welches
eine Ende eine Grenze ist zwischen jeder gekrümmten Fläche 146, 148, 150 und
der korrespondierenden Abschrägung 140, 142, 144.
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Bei
Verwendung des so konstruierten Kolbens 14 für den Verdichter
vom Taumelscheibentyp wurde durch das folgende Experiment bestätigt, dass das
Geräusch
des Verdichters während
seines Betriebs vermindert war. In dem Experiment wurden zwei Taumelscheibenverdichter
vom leistungsveränderlichen
Typ verwendet, welche sieben Zylinderbohrungen aufwiesen, in die
jeweils ein einfachwirkender Kolben 14 mit einem Durchmesser
von 32 mm eingepasst war. Der einfachwirkende Kolben, der für einen der
Verdichter vom Taumelscheibentyp verwendet wird, weist die gekrümmten Flächen wie
oben beschrieben nicht auf, während
der einfachwirkende Kolben 14, der für den anderen Verdichter vom
Taumelscheibentyp verwendet wird, die gekrümmten Flächen 146, 148, 150 gemäß der vorliegenden
Erfindung aufweist. Unter gleichen Zirkulationsbedingungen des Kältemittelgases
wurden die zwei Verdichter vom Taumelscheibentyp bei 1000 U/min
und einem Ausstoßdruck
von 1,5 MPa betrieben, so dass die von den beiden Verdichtern erzeugten
Geräuschpegel
miteinander verglichen wurden. Der Vergleich zeigte, dass das Geräusch, welches
von demjenigen Verdichter vom Taumelscheibentyp erzeugt wurde, der
mit den einfachwirkenden Kolben ausgestattet war, welche die gekrümmten Flächen 146, 148, 150 aufwiesen,
um 3~4 dB geringer war als dasjenige, welches von dem Verdichter
vom Taumelscheibentyp erzeugt wurde, der mit den einfachwirkenden
Kolben ohne die gekrümmten
Flächen 146, 148, 150 ausgestattet
war.
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Es
wird davon ausgegangen, dass die Geräuschminderung bei dem Verdichter
vom Taumelscheibentyp, der mit den einfachwirkenden Kolben mit den
gekrümmten
Flächen 146, 148, 150 ausgestattet
ist, auf einen verminderten Gleitwiderstand des Kolbens 14 während seiner
Hin- und Herbewegung innerhalb der Zylinderbohrung 12 zurückzuführen ist.
Wenn der Kopfbereich 82 des Kolbens 14 in der
Zylinderbohrung 12 gleitbeweglich bewegt wird, wird der
Kolben 14 in der Zylinderbohrung 12 infolge eines
Rotationsmoments, basierend auf der Seitenkraft, welche von der
Taumelscheibe 60 auf den Kolben 14 ausgeübt wird,
geneigt. In dem Verdichtungshub des Kolbens 14 werden insbesondere
der Umfangsbereich des Körperbereichs 124,
der zu dem radial äußeren Bereich
des Zylinderblocks 10 korrespondiert, und der innere Gleitbereich 128 mit
der Innenumfangsfläche
der Zylinderbohrung 12 bei einem großen Kontaktdruck in Kontakt
gebracht, wie in 5A gezeigt. In der vorliegenden
Ausführungsform
wird der Kontaktflächendruck
zwischen dem Kopfbereich 82 des Kolbens 14 und
der Innenumfangsfläche
der Zylinderbohrung 12 infolge der gekrümmten Flächen 146, 148, 150 reduziert.
Namentlich ist der Kopfbereich 82 des Kolbens 14 so
dimensioniert, dass der Kopfbereich 82 mit der Innenumfangsfläche der
Zylinderbohrung 12 an den gekrümmten Flächen 146, 148, 150 in
Kontakt gebracht wird, wenn der Kopfbereich 82 des Kolbens 14 in
der Zylinderbohrung 12 geneigt ist, so dass der Kontaktflächendruck
zwischen dem Kopfbereich 82 des Kolbens 14 und
der Innenumfangsfläche
der Zylinderbohrung 12 reduziert wird. Wäre die Außen umfangsflache
des Kopfbereichs 82 eine komplette zylindrische Fläche ohne
die erfindungsgemäß bereitgestellten
gekrümmten
Flächen 146, 148, 150,
so würde
der Kopfbereich 82 an seiner Peripherie bei einem großen Kontaktdruck
an die Innenumfangsfläche
der Zylinderbohrung 12 gepresst, auch wenn der Kolben 14 leicht
geneigt ist. In diesem Fall wird ein Film eines Schmieröls, welches
der Innenumfangsfläche
der Zylinderbohrung 12 anhaftet, von dem peripheren Rand des
Kopfbereichs 82 unerwünschterweise
abgekratzt, wodurch Fressen zwischen dem Kopfbereich 82 und
der Innenumfangsfläche
der Zylinderbohrung 12 verursacht wird. Im Gegensatz dazu
leidet der Kolben 14 gemäß vorliegender Erfindung, der
die gekrümmte
Flächen 146, 148, 150 aufweist,
nicht unter einem derartigen Problem, infolge eines reduzierten Gleitwiderstandes
des Kolbens 14. In der vorliegenden Ausführungsform
wirken die gekrümmten
Flächen 146, 148, 150 und
die Innenumfangsfläche
der Zylinderbohrung 12 zusammen, um den keilförmigen Spalt
hierzwischen zu bilden, derart, dass ein Winkel zwischen der Innenumfangsfläche der
Zylinderbohrung 12 und jeder gekrümmten Fläche 146, 148, 150 glatt
abnimmt in einer Richtung hin zu dem Kontaktpunkt jeder gekrümmten Fläche 146, 148, 150 mit
der Innenumfangsfläche
der Zylinderbohrung 12. Wenn also der Kolben 14 in
der Zylinderbohrung 12 gleitbeweglich bewegt wird, werden
das Schmieröl,
welches der Innenumfangsfläche
der Zylinderbohrung 12 anhaftet, und das Schmieröl, welches
in der Form eines Nebels in dem Kältemittelgas dispergiert ist,
in den keilförmigen
Spalt eingeführt,
mit dem Ergebnis, dass sich ein Ölfilm
zwischen den gekrümmten
Flächen 146, 148, 150 und
der Innenumfangsfläche
der Zylinderbohrung 12 bildet, der Fluidschmierung erlaubt,
um einen direkten Kontakt der gekrümmten Flächen 146, 148, 150 und
der Innenumfangsfläche der
Zylinderbohrung 12 zu verhindern. Demgemäß kann der
Kolben 14 in der Zylinderbohrung 12 glatt bewegt
werden, weil der Kolben 14 an einem direkten Kontakt mit
der Innenumfangsfläche
der Zylinderbohrung 12 gehindert wird oder der Kontaktflächendruck hierzwischen
reduziert wird.
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Wenn
der Kolben 14 ein Rotationsmoment erfährt, wie in 5A gezeigt,
wird dem Kolben 14 erlaubt, um einen kleinen Winkel zu
rotieren. Mit dieser Rotation des Kolbens 14 nähern sich
die gekrümmten
Flächen 146, 148, 150 der Innenumfangsfläche der
Zylinderbohrung 12, und die Größe des hierzwischen gebildeten
keilförmigen
Spalts wird reduziert. Weil die Größe des keilförmigen Spalts
klein genug ist, um ein Ausströmen
des Schmieröls
aus dem Spalt zu hemmen, wird ein relativ hoher Ölfilmdruck zwischen den gekrümmten Flächen 146, 148, 150 und
den Innenumfangsflächen
der Zylinderbohrung 12 erzeugt, wenn der Kolben 14 rotiert
wird. Der hohe Druck des Ölfilms
ist wirksam, eine weitere Neigung des Kolbens 14 zu verhindern.
Insbesondere, wenn der Kolben 14 zu seinem oberen Totpunkt
hin bewegt wird (nach rechts in 5A), während der Kolben 14 geneigt
ist, wird ein relativ großer Öldruck zwischen
der gekrümmten
Fläche 146 und
der Innenumfangsfläche
der Zylinderbohrung 12 infolge eines Keileffekts erzeugt,
so dass die gekrümmte
Fläche 146 durch
den hohen Öldruck
von der Innenumfangsfläche
der Zylinderbohrung 12 weg gedrückt wird. Die Aluminiumlegierung
des Kolbens 14 wird also an einem direkten Kontakt mit
der Aluminiumlegierung des Zylinderblocks 10 gehindert,
wodurch der Gleitwiderstand des Kopfbereichs 82 des Kolbens 14 in der
Zylinderbohrung 12 reduziert wird.
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Bei
dem vorliegenden Verdichter vom Taumelscheibentyp, bei dem die Neigung
des Kolbens 14 in der Zylinderbohrung 12 eingeschränkt oder
begrenzt ist und der Kolben 14 in der Zylinderbohrung 12 glatt
beweglich ist, können
lokaler Verschleiß und Entfernung
der Fluorharzbeschichtung an der Außenumfangsfläche des
Kopfbereichs 82 des Kolbens 14 minimiert werden.
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Weil
die Endfläche
des Körperbereichs 124, welche
die Druckkammer 79 teilweise definiert, eine einfache kreisförmige Konfiguration
aufweist, kann die gekrümmte
Fläche 146 leicht über den
gesamten Umfang der Endfläche
des Körperbereichs 82 gebildet
werden.
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In
der vorliegenden Ausführungsform
stellt der Körperbereich 124 einen
Dichtabschnitt bereit, und die Außenumfangsflächen 132, 134 des äußeren und
des inneren Gleitbereichs 126, 128 stellen Hilfsgleitflächen bereit.
Es ist möglich,
die gekrümmten Flächen nur
an dem Umfangsteil des Körperbereichs 124,
welcher zu dem radial äußeren Bereich
des Zylinderblocks 10 korrespondiert, und an dem inneren Gleitbereich 128 zu
bilden, angesichts der Tatsache, dass der im Vorstehenden angegebene
Umfangsteil des Körperbe reichs 124 und
der innere Gleitbereich 128 dazu neigen, in einem Druckkontakt
mit der Innenumfangsfläche
der Zylinderbohrung 12 gehalten zu werden in dem Verdichtungshub
des Kolbens 14 infolge der von der Taumelscheibe 60 auf
den Kolben 14 ausgeübten
Seitenkraft. Alternativ kann die gekrümmte Fläche an der Außenumfangsfläche des Endbereichs
von mindestens einem der Bereiche, welche sind Körperbereich 124, innerer
Gleitbereich 128 und äußerer Gleitbereich 126,
gebildet werden. Ferner ist es möglich,
die gekrümmte
Fläche
nur an einem Teil der Außenumfangsfläche jedes
dieser Bereiche 124, 128, 126 zu bilden,
welcher Teil in Kontakt mit der Innenumfangsfläche der Zylinderbohrung 12 gehalten
wird, oder nur an dem oben angegebenen Teil, welcher mit der Innenumfangsfläche der
Zylinderbohrung 12 oder einem dazu benachbarten Bereich
in Kontakt kommt.
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Die
Querschnittsgestalt der gekrümmten
Fläche
ist nicht auf eine Bogenform mit einem konstanten Krümmungsradius
in der vorliegenden Ausführungsform
begrenzt, sondern kann eine beliebige andere Konfiguration sein,
welche eine glatte konvexe Kurve aufweist. Beispielsweise kann die
Querschnittsgestalt der gekrümmten
Fläche
von einer Mehrzahl von Bögen
gebildet sein, deren Krümmungsradien
graduell abnehmen in einer Längsrichtung
des Kolbens 14, welche von der zylindrischen Fläche weg
gerichtet ist.
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Es
wird nun auf 7 Bezug genommen, welche einen
Kolben zeigt, der gemäß einer
anderen Ausführungsform
konstruiert ist, wobei die Außenumfangsfläche des
Kopfbereichs 82 des Kolbens eine Gestalt aufweist, die
verschieden ist von derjenigen des Kolbens in der vorhergehenden
Ausführungsform
von 1–6.
In 7 werden die gleichen Bezugsziffern verwendet
wie in der Ausführungsform von 1–6,
um die korrespondierenden Komponenten zu identifizieren, auf deren
detaillierte Beschreibung verzichtet wird. Wie in 7 gezeigt,
umfasst die Außenumfangsfläche des
Kopfbereichs 82 auf der Seite des Körperbereichs 124 die
zylindrische Fläche 152,
eine gekrümmte
Fläche 200,
welche sich glatt und kontinuierlich (in einem mathematischen Sinne)
von der zylindrischen Fläche 152 erstreckt, und
eine verjüngte
Fläche 202,
welche sich glatt und kontinuierlich von einem der gegenüberliegenden Enden
der gekrümmten
Fläche 200 auf
der von der zylindrischen Fläche 152 ent fernten
Seite erstreckt. Der Ausdruck "glatt
und kontinuierlich" wird
in derselben Art und Weise gedeutet, wie im Vorstehenden bezüglich der
zylindrischen Fläche 152 und
der gekrümmten
Flächen 146, 148, 150 erläutert. Die
gekrümmte
Fläche 200 und
die verjüngte
Fläche 202 sind über den
gesamten Umfang des Körperbereichs 124 gebildet.
In 7 ist ein Umfangsbereich des Körperbereichs 124 gezeigt,
der zu dem radial äußeren Bereich
des Zylinderblocks 10 korrespondiert. Wie die gekrümmte Fläche 146 in
der vorhergehenden Ausführungsform
nach 1–6,
ist die gekrümmte
Fläche 200 der
vorliegenden Ausführungsform
so gebildet, dass eine radiale Distanz von der Mittellinie der zylindrischen
Fläche 152 graduell
abnimmt in einer Längsrichtung
des Kolbens 14, welche von der zylindrischen Fläche 152 weg
gerichtet ist, und dass die Querschnittsgestalt der gekrümmten Fläche 200,
gesehen in einer Ebene, welche die Mittellinie der zylindrischen
Fläche 152 einschließt, ein Bogen
mit einem konstanten Krümmungsradius
ist. Die verjüngte
Fläche 202 weist
einen Durchmesser auf, der linear abnimmt in der Axialrichtung der
zylindrischen Fläche 152 von
der gekrümmten
Fläche 200 zu
der Endfläche 136 hin.
Die Abschrägung 140 ist benachbart
zu einem der gegenüberliegenden
Enden der verjüngten
Fläche 202 gebildet,
welches entfernt von der gekrümmten
Fläche 200 ist.
Der Verjüngungswinkel
der verjüngten
Fläche 202 ist
kleiner als derjenige der Abschrägung 140.
Die verjüngte
Fläche 202 ist
so gebildet, dass eine Differenz A (7) zwischen
einem Radius ihres großdurchmessrigen Endes
und einem Radius ihres kleindurchmessrigen Endes vorzugsweise in
einem Bereich von 1~15 μm angesiedelt
ist. Infolge eines Keileffekts eines keilförmigen Spalts, der zwischen
der verjüngten
Fläche 202 und
der Innenumfangsfläche
der Zylinderbohrung 12 gebildet ist, werden das Schmieröl, welches der
Innenumfangsfläche
der Zylinderbohrung 12 anhaftet, und das nebelförmige Schmieröl, welches
in dem Kältemittelgas
dispergiert ist, effektiv in den keilförmigen Spalt eingeführt. Betreffend
die Außenumfangsflächen des äußeren und
des inneren Gleitbereichs 126, 128 kann die verjüngte Fläche so gebildet sein,
dass sie sich glatt erstreckt von einem der gegenüberliegenden
Enden der gekrümmten
Fläche 200,
wie oben beschrieben. Wenn der Kopfbereich 82 des Kolbens 14 ausgebildet
ist, an seiner gekrümmten
Fläche 200 in
Kontakt mit der Innenumfangsfläche
der Zylinderbohrung 12 gehalten zu werden, wie in der vorhergehenden
Ausführungsform, kann
der Kontaktflächendruck
hierzwischen reduziert werden. Demgemäß wird der Kopfbereich 82 des Kolbens 14 an
einem direkten Kontakt mit der Innenumfangsfläche der Zylinderbohrung 12 gehindert oder
der Kontaktflächendruck
zwischen der Außenumfangsfläche des
Kopfbereichs 82 und der Innenumfangsfläche der Zylinderbohrung 12 wird
reduziert, so dass der Gleitwiderstand des Kolbens 14 vermindert
wird.
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Die
Außenumfangsfläche des
Kopfbereichs 82 kann aus einer zylindrischen Fläche und
einer verjüngten
Fläche
bestehen, die sich von einem der gegenüberliegenden Enden der zylindrischen
Fläche erstreckt.
Wie die verjüngte
Fläche 202 von 7, weist
diese verjüngte
Fläche
einen Durchmesser auf, der linear abnimmt in der Axialrichtung der
zylindrischen Fläche 152 von
dieser Fläche 152 zu
der axialen Endfläche 136 hin.
Der Verjüngungswinkel
dieser verjüngten
Fläche
ist kleiner als derjenige der benachbart dazu gebildeten Abschrägung. Die
verjüngte
Fläche
ist so gebildet, dass eine Differenz zwischen einem Radius ihres
großdurchmessrigen
Endes und einem Radius ihres kleindurchmessrigen Endes vorzugsweise
in einem Bereich von 1~15 μm angesiedelt
ist. Das von dem Verdichter erzeugte Betriebsgeräusch wird reduziert infolge
des zwischen der verjüngten
Fläche
und der Innenumfangsfläche der
Zylinderbohrung erzeugten Keileffekts. Um vorteilhaft in den Genuss
des Keileffekts zu kommen, werden die Dimensionen der zylindrischen
Fläche, der
verjüngten
Fläche
und des Zwischenraums in Bezug zu der Zylinderbohrung 12 vorzugsweise
so bestimmt, dass der keilförmige
Spalt eine Dimension von 1~5 μm
aufweist, auch wenn der Kopfbereich 82 des Kolbens in der
Zylinderbohrung 12 in einem maximalen Ausmaß geneigt
ist. Die im Vorstehenden angegebene Dimension des keilförmigen Spalts
ist eine Distanz zwischen dem kleindurchmessrigen Ende der verjüngten Fläche und
der Innenumfangsfläche
der Zylinderbohrung 12.
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Die
Konfiguration des Kolbens
14 ist nicht speziell auf diejenige
der illustrierten Ausführungsform
begrenzt. Beispielsweise muss der Verbindungsbereich
83 nicht
beide Rippen
137,
138 umfassen, sondern kann aus
nur einer von diesen beiden Rippen
137,
138 bestehen.
In ähnlicher
Weise sind die Kon figuration und Größe des distalen Gleitteils des äußeren sowie
des inneren Gleitbereichs
126,
128 (der auf der
Seite des Halsbereichs
80 ist) nicht auf die Details beschränkt, die
im Vorstehenden bezüglich
der illustrierten Ausführungsform
beschrieben wurden. Der distale Gleitteil des äußeren sowie des inneren Gleitbereichs
126,
128 kann
eine beliebige Konfiguration und Größe aufweisen, vorausgesetzt,
dass die Konfiguration und Größe eine
Verbesserung der Dauerhaftigkeit des Kolbens
14 gewährleisten.
Beispielsweise kann der distale Gleitteil des inneren Gleitbereichs
128 eine
Umfangsdimension und einen Mittenwinkel (zwischen zwei geraden Linien,
welche die Mittellinie des Körperbereichs
124 und umfänglich gegenüberliegende
Enden des inneren Gleitbereichs
128, wie in der Umfangsrichtung
des Körperbereichs
124 gesehen,
verbinden) aufweisen, welche kontinuierlich und glatt abnehmen mit
Erstreckung des distalen Gleitteils des inneren Gleitbereichs
128 in
der Längsrichtung
des Kolbens
14 von dem Körperbereich
124 zu
dem Halsbereich
80 hin. In diesem Fall kann die gekrümmte Fläche
150 so
gebildet sein, dass sie sich vollständig zwischen dem entsprechenden
Ende der zylindrischen Fläche
152 und
der Abschrägung
144 erstreckt.
Alternativ kann die gekrümmte
Fläche
150 so
gebildet sein, dass sie sich teilweise zwischen der zylindrischen
Fläche
152 und
der Abschrägung
144 erstreckt,
d. h. in einem Bereich, der mit der Innenumfangsfläche der
Zylinderbohrung
12 in Kontakt kommt. Die Konfiguration des äußeren und
des inneren Gleitbereichs
126,
128 kann symmetrisch
oder asymmetrisch sein in Bezug zu einer Ebene, welche die Mittellinie
N des Kolbens
14 und die Mittellinie M des Zylinderblocks
10 passiert.
Der Kolben
14 kann verschiedene andere Konfigurationen
aufweisen, z. B. eine Konfiguration, wie sie in der
japanischen Patentanmeldung Nr. 11-150448 ,
eingereicht von der Inhaberin der vorliegenden Erfindung, offenbart
ist.
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Die
Kolben der illustrierten Ausführungsformen
weisen ein Durchgangsloch auf, welches durch den umfänglich dazwischenliegenden
Bereich des Kolbens gebildet ist, um dadurch das Gewicht des Kolbens
zu vermindern. Diesbezüglich
sei angemerkt, dass die Außenumfangsfläche des
Kopfbereichs des Kolbens unter einem besonders hohen Gleitflächendruck
leidet an ihren Umfangsteilen, welche zu den respektiven radial äußeren und
inneren Bereichen des Zylinderblocks 10 korrespondieren, und
dass die anderen Umfangsteile (zwischen dem äußeren und dem inneren Gleitbereich 137, 138) nicht
unter einem hohen Gleitflächendruck
leiden. Das Durchgangsloch kann also in dem umfänglich dazwischenliegenden
Bereich des Kolbens gebildet werden, um das Gewicht desselben zu
reduzieren.
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Das
Gewicht des Kolbens kann reduziert werden durch Ausbilden des Kolbens
mit einem hohlzylindrischen Kopfbereich. 8 zeigt
einen einfachwirkenden Kolben 300, welcher gemäß einer
weiteren Ausführungsform
der Erfindung konstruiert ist. Die Struktur des Verdichters vom
Taumelscheibentyp, welcher den Kolben 300 verwendet, ist
die gleiche wie diejenige des Verdichters in der Ausführungsform
nach 1–6,
und auf eine detaillierte Beschreibung derselben wird verzichtet.
Der Kolben 300 umfasst einen Kopfbereich 302 und
einen Eingriffsbereich in Form eines Halsbereichs 304,
der mit dem Kopfbereich 302 integral geformt ist. Der Kopfbereich 302 umfasst
einen hohlzylindrischen Körperbereich 306 mit
einem offenen Ende auf der von dem Halsbereich 304 entfernten
Seite und ein Verschlussglied 308, welches an dem Körperbereich 306 fixiert
ist und welches das offene Ende des Körperbereichs 306 verschließt. Der
Kopfbereich 306 weist eine Innenumfangsfläche 310 mit
einem konstanten Durchmesser über
die gesamte axiale Länge desselben
auf. Das Verschlussglied 308 umfasst einen Kreisplattenbereich 312 und
einen ringförmigen Passvorsprung 314,
der von einer inneren Endfläche des
Plattenbereichs 312 vorsteht und der einen Durchmesser
aufweist, der kleiner ist als der Kreisplattenbereich 312.
Eine Schulter 316 ist zwischen dem Kreisplattenbereich 312 und
dem ringförmigen Passvorsprung 314 gebildet.
Das Verschlussglied 308 ist in den Körperbereich 306 so
eingepasst, dass der Passvorsprung 314 des Verschlussgliedes 308 mit
der Innenumfangsfläche 310 des
Körperbereichs 306 in
Kontakt kommt und dass die Schulter 316 des Verschlussgliedes 308 in
Anlagekontakt gehalten wird mit einer Endfläche 318 des Körperbereichs 306 an
seinem offenen Ende. Mit in den Körperbereich 306 eingepasstem
Verschlussglied 308 werden diese zwei Glieder z. B. durch
Schweißen
miteinander verbunden.
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Die
Außenumfangsfläche des
Kopfbereichs 302 des Kolbens 300 umfasst eine
zylindrische Fläche 324 und
gekrümmte
Flächen 326, 328,
welche sich von den respektiven axial gegenüberliegenden Enden der zylindrischen
Fläche 324 glatt
erstrecken. Abschrägungen 330, 332 sind
an einem der gegenüberliegenden
Enden der respektiven gekrümmten Flächen 326, 328 gebildet,
welches Ende entfernt von der zylindrischen Fläche 324 ist. Jede
der gekrümmten
Flächen 326, 328 ist
so gebildet, dass eine radiale Distanz von der Mittellinie der zylindrischen Fläche 324 graduell
abnimmt in einer von der zylindrischen Fläche 324 weg gerichteten
Richtung und dass die Querschnittsgestalt jeder gekrümmten Fläche 326, 328,
geschnitten entlang einer Ebene, welche die Mittellinie der zylindrischen
Fläche 324 einschließt, ein
Bogen mit einem konstanten Krümmungsradius
ist. Die gekrümmten
Flächen 326, 328 sind über den
gesamten Umfang an respektiven gegenüberliegenden Enden des Körperbereichs 306 gebildet.
Die Dimensionen und die Konfigurationen der gekrümmten Flächen 326, 328 sind
die gleichen wie diejenigen der gekrümmten Flächen 146, 148, 150 der
vorausgehenden Ausführungsform,
und auf eine detaillierte Beschreibung derselben wird verzichtet.
Jedoch ist in der vorliegenden Ausführungsform die axiale Dimension 12 der
zylindrischen Fläche 324,
wenn der Kopfbereich 302 des Kolbens 300 in der
Zylinderbohrung 12 zu dem radial äußeren Bereich des Zylinderblocks 10 hin
geneigt ist, nicht verschieden von derjenigen, wenn der Kopfbereich 302 in
der Zylinderbohrung 12 zu dem radial inneren Bereich des
Zylinderblocks 10 hin geneigt ist. Die Dimensionen der
gekrümmten
Flächen 326, 328 werden
unter Berücksichtigung
der oben angegebenen Tatsache bestimmt. Wie bei dem Verdichter vom
Taumelscheibentyp, der mit dem Kolben 14 gemäß der vorausgehenden
Ausführungsform
ausgestattet ist, kann der Gleitwiderstand des Kolbens 300 der
vorliegenden Ausführungsform
während
seiner Hin- und Herbewegung in der Zylinderbohrung 12 vermindert werden
und das Betriebsgeräusch
des Verdichters kann reduziert werden. Infolge der gekrümmten Fläche 328,
welche an einem der gegenüberliegenden Enden
des Kopfbereichs 302 gebildet ist, welches Ende auf der
Seite des Halsbereichs 304 liegt, kann der Kontaktflächendruck
zwischen dem Kopfbereich 302 des Kolbens 300 und
der Innenumfangsfläche der
Zylinderbohrung 12, wenn der Kolben 300 in der Zylinderbohrung 12 geneigt
ist, reduziert werden, so dass der Kolben 300 eine ausgezeichnete
Dauerhaftigkeit zeigt. Weil die gegenüberliegenden Enden der zylindrischen
Fläche
des Kopfbereichs 302 eine einfache kreisförmige Konfiguration
aufweisen, ist es leicht, die gekrümmten Flächen 326, 328 über den gesamten
Umfang an den gegenüberliegenden
Enden des Kopfbereichs 302 zu bilden. Wie bei der vorhergehenden
Ausführungsform,
welche in 1–6 gezeigt
ist, ist es möglich,
die gekrümmte
Fläche
an nur einem der einander gegenüberliegenden
axialen Enden des Kopfbereichs 302 zu bilden. Ferner kann
die gekrümmte
Fläche
an einem ausgewählten
Umfangsteil der gegenüberliegenden
Enden des Kopfbereichs 302 gebildet sein, ohne sich über den
gesamten Umfang zu erstrecken. Eine verjüngte Fläche ähnlich der verjüngten Fläche 202 von 7 kann
so gebildet sein, dass sie sich von jeder gekrümmten Flächen 326, 328 glatt
erstreckt. Die gekrümmten
Flächen 326, 328 können eine
beliebige Querschnittsgestalt haben, welche eine glatte konvexe
Kurve aufweist.
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Die
Konstruktion des Verdichters vom Taumelscheibentyp, der die Kolben 14, 300 umfasst,
ist nicht auf diejenige von 1 beschränkt. Beispielsweise
ist das Solenoid-betätigte
Steuerventil 100 nicht unbedingt erforderlich, und der
Verdichter kann ein Absperrventil verwenden, welches mechanisch geöffnet und
geschlossen wird in Abhängigkeit
von einer Differenz zwischen den Drücken in der Kurbelkammer 96 und
in der Ausstoßkammer 24.
An Stelle oder zusätzlich
zu dem Solenoid-betätigten
Steuerventil 100 kann ein Solenoid-betätigtes Steuerventil ähnlich dem
Steuerventil 100 in dem Abzweigkanal 110 bereitgestellt
werden. Alternativ kann ein Absperrventil bereitgestellt werden,
welches mechanisch geöffnet
oder geschlossen wird in Abhängigkeit von
einer Differenz zwischen den Drücken
in der Kurbelkammer 96 und in der Saugkammer 22.
Die Kolben gemäß vorliegender
Erfindung können
für einen Taumelscheibenverdichter
vom leistungsunveränderlichen
Typ verwendet werden, bei dem der Neigungswinkel der Taumelscheibe
fest ist.
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Im
Vorstehenden wurden einige derzeit bevorzugte Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung zu rein beispielhaften Zwecken beschrieben;
es versteht sich, dass die vorliegende Erfindung mit verschiedenen Änderungen
und Verbesserungen realisiert werden kann, wie z. B. im Bereich
der beigefügten
Ansprüche
beschrieben.