DE60203837T2

DE60203837T2 - Verdichterbeschichtung

Info

Publication number: DE60203837T2
Application number: DE60203837T
Authority: DE
Inventors: Manabu Kariya-shi Aichi-ken Sugiura; Takahiro Kariya-shi Aichi-ken Sugioka; Akira Kariya-shi Aichi-ken Onoda; Shino Kariya-shi Aichi-ken Okubo; Tomohiro Kariya-shi Aichi-ken Murakami
Original assignee: Toyota Industries Corp
Current assignee: Toyota Industries Corp
Priority date: 2001-02-28
Filing date: 2002-02-13
Publication date: 2006-01-26
Anticipated expiration: 2022-02-14
Also published as: EP1236897B1; EP1236897A3; US6829980B2; DE60203837D1; US20020159895A1; JP2002257042A; EP1236897A2

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
1. Bereich der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Komponente mit einer darin gebildeten Schmierfläche für einen Verdichter.
2. Beschreibung des Standes der Technik
Ein Taumelscheibenverdichter weist Kolben auf, die eine hin und her gehende Bewegung ausführen infolge der Rotation einer Taumelscheibe, die mit einer Drehwelle rotiert, wie in den Offenlegungsschriften der japanischen Patentanmeldungen Nr. 59-231181, Nr. 8-199327, Nr. 9-209926 und Nr. 10-153169 offenbart. Schuhe sind zwischen der vorderen Endfläche der Taumelscheibe und dem Kolben und zwischen der hinteren Endfläche der Taumelscheibe und dem Kolben angeordnet, so dass eine Rotationskraft der Taumelscheibe über die Schuhe auf die Kolben übertragen wird. Die Schuhe sind aus einem eisenbasierten Material hergestellt und treten in Gleitkontakt mit der rotierenden Taumelscheibe, so dass der Gleitkontaktbereich zwischen Schuh und Taumelscheibe möglicherweise abgenutzt wird oder Fresserscheinungen zwischen Schuh und Taumelscheibe auftreten können. Aus diesem Grund ist es notwendig, die Gleitkontaktcharakteristik der Taumelscheibe gegenüber den Schuhen zu verbessern.
Beim Stand der Technik, der in den oben beschriebenen jeweiligen Schriften und in der Offenlegungsschrift der japanischen Patentanmeldung Nr. 10-8230 offenbart ist, ist der Gleitkontaktbereich der Taumelscheibe mit einer Schmierfläche versehen, die aus einem kupferbasierten Material gebildet ist, welches überwiegend Kupfer enthält. Eine derartige Schmierfläche verbessert die Gleitkontaktcharakteristik der Taumelscheibe gegenüber den Schuhen.
Um die Gleiteigenschaft der Taumelscheibe gegenüber den Schuhen weiter zu verbessern, enthält beim Stand der Technik, der in den Offenlegungsschriften der japanischen Patentanmeldungen Nr. 59-231181 und Nr. 10-153169 offenbart ist, das kupferbasierte Material Blei, welches einen niedrigen Schmelzpunkt aufweist. Das in dem kupferbasierten Material enthaltene Blei wird aufgrund der hohen Temperatur, welche durch die Reibung zwischen der Taumelscheibe und den Schuhen hervorgerufen wird, erweicht und das erweichte Blei erscheint an den Gleitkontaktflächen zwischen der Taumelscheibe und den Schuhen, um die Schmierfähigkeit der Gleitkontaktfläche zu erhöhen. Im Falle der Taumelscheibe, welche in der Offenlegungsschrift der japanischen Patentanmeldung Nr. 10-8230 offenbart ist, existiert eine kleine Menge Blei als Verunreinigungen.
Die Verwendung von Blei, die zu Bleivergiftung führen würde, ist jedoch nicht zu bevorzugen, und es ist erforderlich, die zum Einsatz kommende Bleimenge zu begrenzen.
Aus der EP 0 890 743 A ist eine Taumelscheibe eines Taumelscheibenverdichters bekannt geworden, welche mit einer oberflächenbehandelten Schicht versehen ist, die aus einer Zwischenschicht und einer Gleitkontaktschicht besteht. Bevorzugte Materialien für die Zwischenschicht sind u.a. eine elektrolytisch plattierte Kupferlegierung mit Legierungselementen zur Verbesserung der Gleitcharakteristika, z.B. Pb, Sn, In und Ag, flammgespritzte(s) Kupfer(legierung), plattiertes) Kupferlegierung) und gesintertes) Kupfer(legierung). Die Zwischenschicht ist zwischen dem Substrat der Taumelscheibe und der Gleitkontaktschicht vorgesehen, welche aus MoS₂ und/oder Graphit und warmhärtendem Harz besteht.
In einem Versuch, bleifreie Materialien zu verwenden, offenbart die EP 1 010 771 A eine Taumelscheibe, die mit einer flammgespritzten Schicht versehen ist, welche aus einer Aluminiumlegierung und mindestens einer dispergierenden Phase aus Graphitkohlenstoff, amorphem Kohlenstoff, Kohlenstoff mit einem Kristallisationsgrad zwischen dem des Graphitkohlenstoffs und des amorphen Kohlenstoffs und MoS₂ besteht.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung liegt in der Bereitstellung einer Komponente für einen Verdichter, welche einen Schmierflächenbereich in einer Gleitkontaktfläche aufweist und wobei eine gute Gleitkontaktcharakteristik erhalten werden kann, ohne dabei Blei zu verwenden.
Zur Lösung der obengenannten Aufgabe stellt die vorliegende Erfindung eine Komponente für einen Verdichter bereit, wobei die Komponente einen Schmierflächenbereich in einer Gleitkontaktfläche aufweist, wobei der Schmierflächenbereich gebildet ist durch einen Schmierfilm, hergestellt aus einem kupferbasierten oder aluminiumbasierten Material, welches kein Blei enthält, aber einen von Blei verschiedenen Festschmierstoff enthält, wobei der Schmierfilm auf einem Basismaterial durch Sintern hergestellt ist. Die Oberfläche des aus dem kupferbasierten oder aluminiumbasierten Material hergestellten Schmierfilms wird die Schmierfläche.
Zur Lösung der obengenannten Aufgabe stellt die vorliegende Erfindung ferner eine Komponente für einen Verdichter bereit, wobei die Komponente einen Schmierflächenbereich in einer Gleitkontaktfläche aufweist, wobei der Schmierflächenbereich gebildet ist von einem kupferbasierten oder aluminiumbasierten Material, welches kein Blei enthält, aber einen von Blei verschiedenen Festschmierstoff enthält, wobei die Komponente selbst hergestellt ist durch Sintern des Pulvers eines kupferbasierten oder aluminiumbasierten Materials, welches einen von Blei verschiedenen Festschmierstoff enthält.
Der in dem kupferbasierten oder aluminiumbasierten Material enthaltene Festschmierstoff verbessert die Gleitkontaktcharakteristik des Schmierflächenbe reichs, wenn an der Schmierfläche freiliegend. Da der von Blei verschiedene Festschmierstoff in dem kupferbasierten oder aluminiumbasierten Material, welches kein Blei enthält, enthalten ist, wird die Verwendung von Blei vermieden.
Bevorzugt umfasst der Verdichter einen Taumelscheibenverdichter, welcher aufweist: eine Taumelscheibe, die mit einer Drehwelle drehbar ist, einen Kolben und einen Schuh, welcher zwischen der Taumelscheibe und dem Kolben angeordnet ist, um Gleitkontakt mit der Taumelscheibe und dem Kolben herzustellen, wodurch eine Rotationsbewegung der Taumelscheibe über den Schuh auf den Kolben übertragen wird, um den Kolben hin und her zu bewegen, und wobei die Komponente die Taumelscheibe ist, wobei die Taumelscheibe eine Schmierfläche aufweist und der Schuh eine Schmierfläche zum Herstellen von Gleitkontakt mit der Schmierfläche der Taumelscheibe aufweist.
Die Gleitkontaktfläche der Taumelscheibe, welche in Gleitkontakt mit dem Schuh tritt, ist geeignet als die Fläche, wo eine Schmierfläche gebildet wird.
KURZBESCHREIBUNG DER FIGUREN
Die vorliegende Erfindung wird anhand der folgenden Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung näher beschrieben; in der Zeichnung zeigen:
1A eine querschnittliche Darstellung eines kompletten Verdichters gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
1B eine vergrößerte querschnittliche Darstellung eines Teils des Verdichters von 1A;
1C eine weiter vergrößerte querschnittliche Darstellung eines Teils des Verdichters von 1A;
2A eine vergrößerte querschnittliche Darstellung eines Teils eines Verdichters gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; und
2B eine weiter vergrößerte querschnittliche Darstellung eines Teils des Verdichters von 2A.
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Eine spezifische Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf die 1A bis 1C erläutert.
1A zeigt den inneren Aufbau eines Verdichters mit veränderlichem Verdrängungsvolumen. Ein vorderes Gehäuse 12 und ein Zylinderblock 11, die eine Drucksteuerkammer 121 bilden, halten eine Drehwelle 13. Die Drehwelle 13 wird von einer externen Antriebsquelle (z.B. ein Fahrzeugmotor) mit einer rotatorischen Antriebskraft versorgt. Eine Drehstütze 14 ist an der Drehwelle 13 befestigt, und eine Taumelscheibe 15 ist von der Drehwelle 13 gehalten, so dass sie in Axialrichtung der Drehwelle 13 eine Gleitbewegung ausführen kann und bezüglich der Axialrichtung neigbar ist. Eine Stütze 151 ist integral geformt mit der Taumelscheibe 15 ausgebildet, welche aus einem eisenbasierten Material hergestellt ist, und Führungsstifte 16 sind an der Stütze 151 befestigt. Die Führungsstifte 16 sind gleitbeweglich in Führungslöcher 141 eingeführt, welche in der Drehstütze 14 ausgebildet sind. Durch die Verkopplung der Führungsstifte 16 mit den Führungslöchern 141 kann sich die Taumelscheibe 15 in Axialrichtung der Drehwelle 13 neigen und mit der Drehwelle 13 rotieren. Die Neigungsbewegung der Taumelscheibe 15 wird durch die Gleitführungsbeziehung zwischen den Führungslöchern 141 und den Führungsstiften 16 und der Gleitstützwirkung der Drehwelle 13 geführt.
Der Neigungswinkel der Taumelscheibe 15 kann über den Druck in der Drucksteuerkammer 121 verändert werden. Mit zunehmendem Druck in der Drucksteuerkammer 121 wird der Neigungswinkel der Taumelscheibe 15 kleiner, und mit abnehmendem Druck in der Drucksteuerkammer 121 wird der Neigungswinkel der Taumelscheibe größer. Das Kühlmittel in der Drucksteuerkammer 121 strömt durch einen Druckausstoßkanal (nicht gezeigt) zu einer Saugkammer 191 in einem hinteren Gehäuse 19 aus, und das Kühlmittel in einer Ausstoßkammer 192 in dem hinteren Gehäuse 19 wird durch einen Druckzuführungskanal (nicht gezeigt) in die Drucksteuerkammer 121 eingeführt. Ein Leistungssteuerventil 25 ist in dem Druckzuführungskanal angeordnet, und die Fließrate des Kühlmittels, welches von der Ausstoßkammer 192 zu der Drucksteuerkammer 121 zugeführt wird, wird durch das Leistungssteuerventil 25 gesteuert. Mit zunehmender Fließrate des Kühlmittels, welches von der Ausstoßkammer 192 zu der Drucksteuerkammer 121 zugeführt wird, nimmt der Druck in der Drucksteuerkammer 121 zu, und mit abnehmender Fließrate des Kühlmittels, welches von der Ausstoßkammer 192 zu der Drucksteuerkammer 121 zugeführt wird, nimmt der Druck in der Drucksteuerkammer 121 ab. Das heißt, der Neigungswinkel der Taumelscheibe 15 wird durch das Leistungssteuerventil 25 gesteuert.
Der maximale Neigungswinkel der Taumelscheibe 15 ist definiert als der Winkel, bei dem die Taumelscheibe 15 mit der Drehstütze 14 in Anlage ist. Der minimale Neigungswinkel der Taumelscheibe 15 ist definiert als der Winkel, bei dem die Taumelscheibe 15 mit dem Sicherungsring 24 an der Drehwelle 13 in Kontakt ist.
Der Zylinderblock 11 weist eine Mehrzahl von Zylinderbohrungen 111 auf (von denen nur zwei in 1A gezeigt sind), welche um die Drehwelle 13 herum angeordnet sind. Jede Zylinderbohrung 111 nimmt einen Kolben 17 auf. Die Rotationsbewegung der Taumelscheibe 15, welche sich mit der Drehwelle 13 dreht, wird über halbkugelige Schuhe 18A und 18B in eine longitudinale, hin und her gehende Bewegung der Kolben 17 übertragen, wodurch sich der Kolben 17 in der Zylinderbohrung 111 vor und zurück bewegt. Der Schuh 18A, hergestellt aus Lagerstahl, kommt in Gleitkontakt mit einer Schmierfläche der Taumelscheibe 15, und der Schuh 18B, hergestellt aus Lagerstahl, kommt in Gleitkontakt mit der anderen Schmierfläche der Taumelscheibe 15.
Infolge der Rückwärtsbewegung (die Bewegung von rechts nach links in 1A) des Kolbens 17 strömt das Kühlmittel in der Saugkammer 191 durch eine Saugöffnung 201 in einer Ventilplatte 20 in die Zylinderbohrung 111, wobei ein Saugventil 211 in einer ventilbildenden Platte 21 aufgestoßen wird. Das in die Zylinderbohrung 111 strömende Kühlmittel wird dann infolge der Vorwärtsbewegung (die Bewegung von links nach rechts in 1A) des Kolbens 17 durch eine Ausstoßöffnung 202 in der Ventilplatte 20 in die Ausstoßkammer 192 ausgestoßen, wobei das Ausstoßventil 221 in der ventilbildenden Platte 22 aufgestoßen wird.
Das Öffnen des Ausstoßventils 221 wird durch einen Begrenzer 231 in einer begrenzerbildenden Platte 23 begrenzt.
Wie in den 1A und 1B gezeigt sind Schmierfilme 28 und 29 an den Endflächen 26 bzw. 27 der Taumelscheibe 15 gebildet, welche Gleitkontaktflächen darstellen. Die Schmierfilme 28 und 29 sind thermisch gespritzte Schichten aus einem Kupfer-(Cu-)basierten Material M, welches Kupfer als eine Hauptkomponente enthält. Das kupferbasierte Material M enthält Festschmierstoff SL. 1C zeigt schematisch den Zustand, dass das kupferbasierte Material M den Festschmierstoff SL enthält. Oberflächen der Schmiefilme 28 und 29 sind Schmierflächen 281 und 291, die in Gleitkontakt mit den Schuhen 18A bzw. 18B treten. Tabelle 1 zeigt die Gewichtsprozente der Komponenten der Schmierfilme 28 und 29. Zwei Beispiele sind in Tabelle 1 aufgezeigt. Bei allen Beispielen ist Festschmierstoff SL in dem kupferbasierten Material M enthalten. Als "andere" Komponenten des kupferbasierten Materials M werden Phosphor (P) und Eisen (Fe) verwendet. Als "andere" Komponenten des Festschmierstoffs SL werden Wolfram (W) und Chrom (Cr) eingesetzt. Tabelle 1
Bei der ersten Ausführungsform kann der folgende Effekt erzielt werden.

(1-1) Bei keinem der Beispiele Nr. 1 und Nr. 2 nach Tabelle 1 ist Blei (Pb) enthalten. Der Festschmierstoff SL, welcher an Stelle von Blei verwendet wird, verbessert die Gleitkontaktcharakteristik der Schmierflächen 281 und 291, wenn an den Schmierflächen 281 und 291 freiliegend. Ein Teil des Festschmierstoffs SL, der in den Schmierfilmen 28 und 29 enthalten ist, liegt mit Herstellung der Schmierfilme 28 und 29 an den Schmierflächen 281 und 291. Und der Festschmierstoff SL in den Schmierfilmen 28 und 29 wird an den Oberflächen der Schmierfilme 28 und 29, d.h. den Schmierflächen 281 und 291, zu Tage treten infolge des Abriebs, welcher durch den Gleitkontakt zwischen den Schmierfilmen 28 und 29 und den Schuhen 18A und 18B verursacht wird. Das heißt, der in den Schmierfilmen 28 und 29 enthaltene Festschmierstoff SL verbessert die Schmierfähigkeit der Schmierfläche 281, 291. In beiden Beispielen demonstrieren die Schmierfilme 28 und 29 den gleichen Grad an guter Gleitkontaktcharakteristik wie der Schmierfilm, der aus dem kupferbasierten Material hergestellt ist, welches Blei enthält. Hinzu kommt, dass es keine Umweltprobleme gibt, da ja die zum Einsatz kommende Menge an Blei Null ist.
(1-2) Die Endflächen 26 und 27 der Taumelscheibe 15, an denen die Schmierflächenbereiche gebildet sind, unterliegen den schweren Gleitbedingungen, und von den Endflächen 26 und 27 der Taumelscheibe 15 wird ein besonders gutes Gleitverhalten verlangt. Aus diesem Grunde sind die Endflächen 26 und 27, welche die Gleitbereiche der Taumelscheibe 15 sind, wo diese in Gleitkontakt mit den Schuhen 18A und 18B kommt, geeignet als die Bereiche, wo die Schmierfilme 28 und 29 hergestellt werden.

Erfindungsgemäß ist auch die zweite Ausführungsform denkbar, welche in den 2A und 2B dargestellt ist. Bei der zweiten Ausführungsform gemäß den 2A und 2B ist die Taumelscheibe 15A selbst aus einem kupferbasierten Material hergestellt, welches kein Blei enthält, und das kupferbasierte Material enthält einen Festschmierstoff SL, welcher von Blei verschieden ist. Die Endflächen 26 und 27 der Taumelscheibe 15A selbst sind Schmierflächen. Die Taumelscheibe 15A ist hergestellt durch Sintern des Pulvers des kupferbasierten Materials, welches den Festschmierstoff SL enthält.
Erfindungsgemäß sind auch folgende Ausführungsformen denkbar.

(1) Eine Ausführungsform, bei der mindestens ein Mitglied der Gruppe, bestehend aus Graphit, Molybdändisulfid, Bornitrid, Wolframdisulfid, Kohlenstofffluorid, Calciumfluorid, Bariumfluorid, Boroxid, Indium etc., als Festschmierstoff verwendet wird.
(2) Eine Ausführungsform, bei der Schmierfilme 28 und 29 auf einem Basismaterial durch Sintern hergestellt sind.
(3) Eine Ausführungsform, bei der eine Komponente für einen Verdichter als Gegenstand der Erfindung hergestellt ist aus einem aluminiumbasierten Material an Stelle eines kupferbasierten Materials. Ein Schmierflächenbereich der Komponente wird durch die Mischung eines aluminiumbasierten Materials, welches kein Blei enthält, und eines Festschmierstoffs, welcher von Blei verschieden ist, gebildet.
(4) Eine Ausführungsform, bei der die vorliegende Erfindung auf die Taumelscheibe eines Taumelscheibenverdichters mit konstantem Verdrängungsvolumen angewendet wird.
(5) Eine Ausführungsform, bei der der Kolben 17 eine Komponente ist, an der eine Schmierfläche gebildet ist, und wobei die Peripherie des Kolbens, welche in Gleitkontakt mit der Innenfläche der Zylinderbohrung tritt, der Bereich ist, wo die Schmierfläche gebildet ist.

Die folgenden Merkmale sind aus den obenerwähnten Ausführungsformen erkennbar.

(6) Die Komponente für den Verdichter, wobei die Komponente selbst aus einem kupferbasierten oder aluminiumbasierten Material hergestellt ist, welches einen Festschmierstoff enthält.
(7) Die Komponente für den Verdichter, wobei die Komponente selbst hergestellt ist durch Sintern des Pulvers eines kupferbasierten oder aluminiumbasierten Materials, welches den Festschmierstoff enthält.

Wie im Vorstehenden im Detail beschrieben, ist erfindungsgemäß ein Festschmierstoff, welcher von Blei verschieden ist, in einem kupferbasierten oder aluminiumbasierten Material, welches kein Blei enthält, enthalten, um einen Schmierflächenbereich in der Gleitkontaktfläche einer Komponente für einen Verdichter zu bilden, wobei der gute Effekt erzielt werden kann, dass die Gleitkontaktcharakteristik gut ist und dabei kein Blei verwendet wird.

Claims

Komponente für einen Verdichter, wobei die Komponente einen Schmierflächenbereich (281, 291) in einer Gleitkontaktfläche aufweist, wobei der Schmierflächenbereich (281, 291) gebildet ist durch einen Schmierfilm (28, 29), hergestellt aus einem kupferbasierten oder aluminiumbasierten Material, welches kein Blei enthält, aber einen von Blei verschiedenen Festschmierstoff (SL) enthält, dadurch gekennzeichnet, dass der Schmierfilm (28, 29) auf einem Basismaterial durch Sintern hergestellt ist.
Komponente für einen Verdichter, wobei die Komponente einen Schmierflächenbereich (281, 291) in einer Gleitkontaktfläche aufweist, wobei der Schmierflächenbereich (281, 291) von einem kupferbasierten oder aluminiumbasierten Material gebildet ist, welches kein Blei enthält, aber einen von Blei verschiedenen Festschmierstoff enthält, dadurch gekennzeichnet, dass die Komponente (15A) selbst hergestellt ist durch Sintern des Pulvers eines kupferbasierten oder aluminiumbasierten Materials, welches einen von Blei verschiedenen Festschmierstoff enthält.
Komponente nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Verdichter einen Taumelscheibenverdichter umfasst, welcher aufweist: eine Taumelscheibe (15), die mit einer Drehwelle (13) drehbar ist, einen Kolben (17) und einen Schuh (18A, 18B), welcher zwischen der Taumelscheibe (15) und dem Kolben (17) angeordnet ist, um Gleitkontakt mit der Taumelscheibe (15) und dem Kolben (17) herzustellen, wodurch eine Rotationsbewegung der Taumelscheibe (15) über den Schuh (18A, 18B) auf den Kolben (17) übertragen wird, um den Kolben (17) hin und her zu bewegen, und wobei die Komponente die Taumelscheibe (15) ist, wobei die Taumelscheibe (15) eine Schmierfläche (281, 291) aufweist und der Schuh (18A, 18B) eine Schmierfläche zum Herstellen von Gleitkontakt mit der Schmierfläche (281, 291) der Taumelscheibe (15) aufweist.