EP2049796A1 - Vorrichtung zum ankoppeln eines kolbens an eine ringscheibe - Google Patents

Vorrichtung zum ankoppeln eines kolbens an eine ringscheibe

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EP2049796A1
EP2049796A1 EP07722534A EP07722534A EP2049796A1 EP 2049796 A1 EP2049796 A1 EP 2049796A1 EP 07722534 A EP07722534 A EP 07722534A EP 07722534 A EP07722534 A EP 07722534A EP 2049796 A1 EP2049796 A1 EP 2049796A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
sliding
piston
annular disc
sliding surface
shoe
Prior art date
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Application number
EP07722534A
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English (en)
French (fr)
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EP2049796B1 (de
Inventor
Marc Hohmann
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Ixetic Mac GmbH
Original Assignee
Ixetic Mac GmbH
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Filing date
Publication date
Application filed by Ixetic Mac GmbH filed Critical Ixetic Mac GmbH
Publication of EP2049796A1 publication Critical patent/EP2049796A1/de
Application granted granted Critical
Publication of EP2049796B1 publication Critical patent/EP2049796B1/de
Not-in-force legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

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Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04B—POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
    • F04B27/00—Multi-cylinder pumps specially adapted for elastic fluids and characterised by number or arrangement of cylinders
    • F04B27/08—Multi-cylinder pumps specially adapted for elastic fluids and characterised by number or arrangement of cylinders having cylinders coaxial with, or parallel or inclined to, main shaft axis
    • F04B27/0873—Component parts, e.g. sealings; Manufacturing or assembly thereof
    • F04B27/0878—Pistons
    • F04B27/0886—Piston shoes
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04B—POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
    • F04B1/00—Multi-cylinder machines or pumps characterised by number or arrangement of cylinders
    • F04B1/12—Multi-cylinder machines or pumps characterised by number or arrangement of cylinders having cylinder axes coaxial with, or parallel or inclined to, main shaft axis
    • F04B1/122—Details or component parts, e.g. valves, sealings or lubrication means
    • F04B1/124—Pistons
    • F04B1/126—Piston shoe retaining means

Definitions

  • the invention relates to a device for coupling a piston to an annular disc, in particular to a swivel / swash plate or to a swivel ring of the working unit of a reciprocating engine, preferably a compressor of the air conditioning system of a motor vehicle, with a piston associated with the piston bridge and between the annular disc and the piston bridge acting sliding blocks, wherein the piston bridge at least partially encompasses or overlaps the annular disc and is in sliding engagement with the annular disc via the sliding shoes.
  • Such a reciprocating engine can be, for example, a compressor, for example a compressor for the air conditioning system of a motor vehicle.
  • Such compressors are also commonly referred to as air conditioning compressors and include a housing which includes an externally driven compressor unit.
  • the compressor unit designed, for example, as an axial piston machine, in turn, comprises a plurality of pistons, which can be moved back and forth in a cylinder block. Upon rotation of a swash plate usually formed as an annular disc or when pivoting a corresponding swash plate, the pistons are moved back and forth.
  • the housing is usually closed.
  • Schwenkinnkompressoren or swing ring compressors are well known in a variety of designs. For example only, reference is made to DE 4 441 721 A1 and to DE 100 10 142 C 2.
  • a circular, ring-like swash plate also called swivel ring
  • the swashplate is driven for rotation by the machine shaft. This is done via a slide body guided axially on the machine shaft and via a driving pin arranged at a distance from the machine shaft.
  • the pistons have joint arrangements with which the swash plate is in sliding engagement.
  • the known reciprocating engine comprises a working unit with a plurality of correspondingly driven pistons, wherein the pistons are guided in cylinder bores and follow through special coupling elements of the pivoting / tumbling motion of the annular disc and thus perform their stroke.
  • the generic device used in the known reciprocating engine usually includes sliding blocks, which are problematic especially in the use of C0 2 compressors, due to the high pressures and pressure differences occurring there. So most sliding shoes tend to seize on the ring disc or on its sliding surface. In addition, the shoe is insufficiently supplied with lubricant, so that increased wear takes place. In addition, a lack of lubricant leads to increased operating noise.
  • the present invention is therefore based on the object, a device for coupling a piston to an annular disc, in particular to a swivel / swash plate or to a swivel ring of a working unit of a reciprocating engine, preferably a compressor of the air conditioning of a motor vehicle, namely a device of the gattunsbil- denden Art to design and further develop that the problems of lubrication occurring in the prior art are largely eliminated. Furthermore, a shoe for a corresponding device should be specified. Finally, a reciprocating engine to be specified with a corresponding device in which the aforementioned problems are also eliminated.
  • the generic device is characterized in that the sliding blocks on the side facing the annular disc around its actual sliding surface, towards the annular disc out, form an outer, the sliding surface circumferential gap, which serves for receiving or storing lubricant.
  • an outer gap is provided which surrounds or revolves the sliding surface.
  • This gap is made sufficiently flat relative to the surface of the annular disk, so that due to the resulting capillary effect, a lubricant reservoir is formed, in which the lubricant can collect due to capillary forces.
  • sliding surface does not necessarily mean a self-contained surface which comes to rest on the surface of the annular disc. Rather, the sliding surface is defined by regions of the sliding shoe, wherein intermediate spaces can be filled with lubricant ,
  • the shoe is at least slightly resilient. Due to the resilient property of the sliding block, it can be stronger under load or pressed against the surface of the annular disc, thereby increasing the contact area. When springing back lubricant may first flow into the circumferential gap, wherein the volume formed in the gap increases at least slightly.
  • the sliding block may be made of metal, preferably of steel and / or of aluminum. It is also conceivable that the sliding shoe is surface-coated, preferably by means of plastic.
  • the shoe is made of plastic, possibly with additives or inclusions in the sense of a composite material, in an ideal manner by means of injection molding.
  • a sliding shoe made of plastic has the great advantage that - per se - it has a lower mass than a sliding block made of metal, in particular of steel.
  • a plastic shoe already considered by itself reduces the noise generated during operation due to the low mass.
  • the injection molding production of a sliding shoe made of plastic has the further advantage that no machining is required for its production.
  • the shoe can be manufactured by injection molding to final dimensions. It is possible to increase the margin of tolerance for the game between shoe, swivel ring and piston, namely by using a termoplastischen material.
  • the sliding surface of the circumferential gap is designed as an annular gap.
  • a rotationally symmetrical design would be created on the one hand of the annular gap and on the other hand, the sliding surface.
  • the gap surrounding the sliding surface-annular gap- can be formed by a shoulder protruding from the sliding shoe or from the sliding surface or by a corresponding elevation, wherein this shoulder or the elevation can likewise be annular.
  • the annular gap is predetermined on the one hand by the outer contour of the shoe and on the other hand by the paragraph.
  • the sliding surface has an at least slightly inwardly directed recess, a recess or the like, wherein the sliding surface may be concave thereto.
  • an inwardly directed curvature which forms an inner depot for lubricants.
  • the concavity that is, the inward chamfer, can range from 0.01 mm to 0.05 mm. This ensures that sufficient lubricant is collected or stored in the region of the annular gap using the outer capillary effect.
  • an inner capillary effect acts with a concavity in the range of preferably 0.01 mm to 0.05 mm, so that springs back in the suction phase of the shoe and increases the inner volume in the sliding surface. Lubricant is sucked in from the outer annular gap and passes directly into the area of the sliding surface.
  • lubrication grooves are formed in the sliding surface, which extend inwards from the outer annular gap and are at least partially open in the sliding surface.
  • the provision of the lubrication grooves also avoids seizing the sliding surface on the surface of the sliding ring.
  • a sufficient amount of lubricant is transported through the lubrication grooves in the inner region of the sliding surface.
  • the lubrication grooves can be partially open or closed.
  • An overall open design of the lubrication grooves is particularly advantageous with regard to a simple construction / production, so that the lubrication grooves open overall in the sliding surface or are designed to be open from the outset.
  • the lubrication grooves may extend radially inwardly from the annular gap, it being conceivable that they end at a distance from the center, so that they do not influence one another. It is also conceivable that the lubrication grooves have an H-shaped arrangement in the sliding surface. Any other embodiments are possible, it being ensured that sufficient lubricant passes through the Schmiemuten in the region of the sliding surface of the shoe.
  • the lubrication grooves may have an approximately rectangular cross section with a substantially flat groove bottom. It is also conceivable that the lubrication grooves about V-shaped cross-section have tapered groove bottom. A part-circle or part-type core-like cross section with a curved or arcuate groove bottom is also conceivable.
  • a continuous bore is formed in the sliding shoe, which produces a flow connection between the sliding surface and the piston bridge or the pan facing surface of the sliding shoe.
  • Such a continuous bore if possible arranged centrally, effectively avoids a fixed eye of the shoe on the surface of the annular disc, in particular during spring back of the shoe.
  • the through hole communicates with both sides of the shoe, which also in this respect a transport of lubricant is possible.
  • the sliding shoe On the side facing the piston bridge, the sliding shoe is equipped in a further advantageous manner with a spherical segment surface for engagement in a pan associated with the piston bridge with correspondingly adapted geometry.
  • lubricant is used, and it is of far-reaching advantage if the radius of the spherical segment surface deviates at least slightly from the radius of the inner wall of the cup.
  • the radius of the spherical segment surface may be at least slightly smaller or slightly larger than the radius of the pan, resulting in different systems and power relationships between the shoe and the piston bridge or the pan. A firm eye between the two components is effectively avoided due to the different radii.
  • a shoe according to the above statements is claimed, which is for use in a device for coupling a piston to an annular disc, in particular to a swivel / swash plate or to a swivel ring of the working unit of a reciprocating engine, is used.
  • a reciprocating engine comprising a device according to the invention and thus also a sliding shoe according to the invention.
  • a reciprocating engine comprising a device according to the invention and thus also a sliding shoe according to the invention.
  • FIG. 2 shows a schematic side view, cut away, of a second embodiment of a device according to the invention
  • Fig. 3 is a schematic view, from below, an embodiment of a shoe and
  • Fig. 4 in a schematic view, from below, another embodiment of a shoe.
  • annular disc 1 and 2 show two different embodiments of a device for coupling a piston, not shown in the figures, to an annular disc 1, which is merely indicated in FIGS. 1 and 2.
  • the annular disc 1 is a swivel / swash plate or a swivel ring of the working unit of a reciprocating piston engine, as is known, for example, from DE 197 49 727 C2. With regard to details relating to this, reference is expressly made to DE 19749 727 C2.
  • the device comprises a piston bridge 2 assigned to the piston, and sliding shoes 3 acting between the annular disc 1 and the piston bridges 2, wherein for the sake of simplicity only a part of the piston bridge 2 and a single sliding block 3 are shown. It should be noted in addition that the piston bridge 2, the annular disc 1 partially engages over and that the piston is not shown on the sliding blocks 3 in sliding engagement with the annular disc 1.
  • the sliding blocks 3 on the side facing the annular discs 1, to the actual sliding surface 4 around, to the annular disc 1 out, an outer, the sliding surface 4 circumferential gap 5, which serves for receiving or storing lubricant.
  • the shoe 3 is made of plastic in the embodiments chosen here and has resilient properties. Specifically, the shoe 4 is produced by injection molding.
  • FIGS. 3 and 4 show this particularly clearly.
  • the sliding surface circumferential gap 5 has a projecting from the shoe 3 and the sliding surface 4 paragraph 6, wherein the paragraph 6 also has annular configuration.
  • the annular gap 5 is defined or limited by the outer contour of the sliding block 3 and by the annular shoulder 6.
  • the sliding surface 4 has a concave configuration, that is, an inwardly directed curvature.
  • This curvature also serves as a lubricant reservoir, wherein the inner space 7 thus formed during the unloading of the shoe 3, that is, the spring back of the shoe 3, fully sucks with lubricant, which is sucked from the region of the annular gap 5 in the inner space 7.
  • the concavity is for example in the range between 0.01 mm to 0.05 mm.
  • the sliding surface 4 is convex, thus enclosing an outward curvature. Regardless, the sliding surface 4 is surrounded even in the embodiment shown in FIG. 2 by an annular gap 5 from which lubricant can flow into the area below the sliding surface 4 or laterally of the sliding surface 4, namely in particular when the sliding block 3 relieves is and the gap increases laterally or under the sliding surface 4 during the return spring of the shoe 3.
  • FIGS. 3 and 4 show exemplary embodiments of a sliding shoe 3, namely in a view from below, that is to say seen from the annular disk 1.
  • lubrication grooves 8 extend into the region of the sliding surface 4, so that a sufficiently good supply of lubricant is ensured.
  • the lubricating grooves 8 ensure that a firm eye of the shoe 3 is effectively avoided.
  • the lubrication grooves 8 extend radially toward the center, the lubrication grooves 8 shown in Fig. 4 are arranged in an H-shape. Any other arrangements are conceivable, with always a flow connection to the annular gap 5 is provided.
  • the lubrication grooves 8 may have a different cross section, for example rectangular cross sections, rounded walls, V-shaped cross sections, etc.
  • the sliding block 3 comprises, on the side facing the piston bridge 2, a spherical segment surface 9 for engagement in a cup 10 assigned to the piston bridge 2 with a correspondingly adapted geometry.
  • the radius of the spherical segment surface 9 is slightly smaller than the radius of the pan 10, so that a small gap 11 is in the unloaded state.
  • the spherical segment surface 9 has a slightly larger radius than the pan 10, so that a clearance between the piston bridge 2 and the shoe 3 is made, also in the unloaded state.
  • a spring back of the shoe 3 in relief of the shoe 3 avoids a mutual suction of the components, so that even in so far the sliding property is favored quite considerably.

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Description

Vorrichtung zum Ankoppeln eines Kolbens an eine Ringscheibe
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Ankoppeln eines Kolbens an eine Ringscheibe, insbesondere an eine Schwenk-/Schrägscheibe oder an einen Schwenkring der Arbeitseinheit einer Hubkolbenmaschine, vorzugsweise eines Kompressors der Klimaanlage eines Kraftfahrzeugs, mit einer dem Kolben zugeordneten Kolbenbrücke und zwischen der Ringscheibe und der Kolbenbrücke wirkenden Gleitschuhen, wobei die Kolbenbrücke die Ringscheibe zumindest teilweise um- bzw. übergreift und über die Gleitschuhe in Gleiteingriff mit der Ringscheibe steht.
Die gattungsbildende Vorrichtung wird üblicherweise in Hubkolbenmaschinen verwendet, die seit vielen Jahren in den unterschiedlichsten Ausführungen und zu unterschiedlichsten Verwendungszwecken bekannt sind. Bei einer solchen Hubkolbenmaschine kann es sich beispielsweise um einen Kompressor handeln, so beispielsweise um einen Kompressor für die Klimaanlage eines Kraftfahrzeugs. Solche Kompressoren werden meist auch als Klimakompressoren bezeichnet und umfassen ein Gehäuse, welches eine von außerhalb angetriebene Verdichter- bzw. Pumpeneinheit einschließt. Die beispielsweise als Axialkolbenmaschine ausgebildete Verdichtereinheit umfasst wiederum mehrere Kolben, die in einem Zylinderblock hin und her bewegbar sind. Bei Drehung einer meist als Ringscheibe ausgebildeten Schrägscheibe oder beim Schwenken einer entsprechenden Schwenkscheibe werden die Kolben hin und her bewegt. Das Gehäuse ist üblicherweise geschlossen.
Schwenkscheibenkompressoren oder Schwenkringkompressoren sind in den unterschiedlichsten Ausführungen hinlänglich bekannt. Lediglich beispielhaft wird dazu auf die DE 4 441 721 A1 sowie auf die DE 100 10 142 C 2 verwiesen.
Hinsichtlich weiterer konstruktiver Details sei auf die DE 197 49 727 C2 verwiesen.
Bei der aus der DE 197 49 727 C2 bekannten Hubkolbenmaschine ist eine kreisrunde, ringartige Schwenkscheibe, auch Schwenkring genannt, vorgesehen, die in ihrer Neigung zur Maschinenwelle verstellbar ist. Die Schwenkscheibe wird über die Maschinenwelle zur Drehung angetrieben. Dies erfolgt über einen auf der Maschinenwelle axial geführten Schiebekörper sowie über einen mit Abstand von der Maschinenwelle angeordneten Mitnehmerbolzen. Die Kolben weisen Gelenkanordnungen auf, mit denen die Schwenkscheibe in Gleiteingriff steht. Im Konkreten umfasst die bekannte Hubkolbenmaschine eine Arbeitseinheit mit mehreren entsprechend angetriebenen Kolben, wobei die Kolben in Zylinderbohrungen geführt sind und über besondere Kopplungselemente der Schwenk-/Taumelbewegung der Ringscheibe folgen und so ihren Hub ausführen.
Die in der bekannten Hubkolbenmaschine verwendete gattungsbildende Vorrichtung umfasst üblicherweise Gleitschuhe, die insbesondere im Einsatz von C02-Kompressoren, aufgrund der dort auftretenden hohen Drücke und Druckunterschiede, problematisch sind. So neigen die meisten Gleitschuhe zum Festsaugen auf der Ringscheibe oder auf deren Gleitfläche. Außerdem ist der Gleitschuh nur unzureichend mit Schmiermittel versorgt, so dass ein erhöhter Verschleiß stattfindet. Außerdem führt ein Mangel an Schmiermittel zu erhöhten Betriebsgeräuschen.
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zum Ankoppeln eines Kolbens an eine Ringscheibe, insbesondere an eine Schwenk-/Schrägscheibe oder an einen Schwenkring einer Arbeitseinheit einer Hubkolbenmaschine, vorzugsweise eines Kompressors der Klimaanlage eines Kraftfahrzeugs, nämlich eine Vorrichtung der gattunsbil- denden Art, derart auszugestalten und weiterzubilden, dass die im Stand der Technik auftretenden Probleme der Schmierung weitestgehend eliminiert sind. Des Weiteren soll ein Gleitschuh für eine entsprechende Vorrichtung angegeben werden. Schließlich soll eine Hubkolbenmaschine mit einer entsprechenden Vorrichtung angegeben werden, bei der die vorgenannten Probleme ebenfalls beseitig sind.
Die voranstehende Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst. Danach ist die gattungsbildende Vorrichtung dadurch gekennzeichnet, dass die Gleitschuhe auf der der Ringscheibe zugewandten Seite um ihre eigentliche Gleitfläche herum, zur Ringscheibe hin, einen äußeren, die Gleitfläche umlaufenden Spalt bilden, der zur Aufnahme bzw. Speicherung von Schmiermittel dient.
Des Weiteren ist die voranstehende Aufgabe durch die Merkmale der nebengeordneten Patentansprüche 26 und 27 gelöst, und zwar unter Nutzung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung. Erfindungsgemäß ist erkannt worden, dass es für die Gleiteigenschaft des Gleitschuhs von Vorteil ist, wenn dort eine besondere Maßnahme zur Aufnahme bzw. Speicherung von Schmiermittel vorgesehen ist.
Im Konkreten ist auf der der Ringscheibe zugewandte Seite des Gleitschuhs, um die eigentliche Gleitfläche herum, ein äußerer Spalt vorgesehen, der die Gleitfläche umgibt bzw. umläuft. Dieser Spalt ist gegenüber der Oberfläche der Ringscheibe hinreichend flach ausgeführt, so dass aufgrund des entstehenden Kapillareffekts ein Schmiermitteldepot gebildet ist, in dem sich das Schmiermittel bedingt durch Kapillarkräfte sammeln kann.
An dieser Stelle sei angemerkt, dass unter dem Begriff „Gleitfläche" nicht unbedingt eine auf der Oberfläche der Ringscheibe zur Anlage kommende, in sich geschlossene Fläche zu verstehen ist. Vielmehr definiert sich die Gleitfläche durch Bereiche des Gleitschuhs, wobei Zwischenräume mit Schmiermittel gefüllt sein können.
In vorteilhafter Weise ist der Gleitschuh zumindest geringfügig federnd ausgeführt. Aufgrund der federnden Eigenschaft des Gleitschuhs lässt sich dieser bei Belastung stärker aus bzw. an die Oberfläche der Ringscheibe drücken, so dass sich dadurch die Kontaktfläche vergrößert. Beim Zurückfedern kann Schmiermittel zunächst in den umlaufenden Spalt einströmen, wobei sich das im Spalt gebildete Volumen zumindest geringfügig vergrößert.
Der Gleitschuh kann aus Metall, vorzugsweise aus Stahl und/oder aus Aluminium, gefertigt sein. Ebenso ist es denkbar, dass der Gleitschuh oberflächenbeschichtet ist, und zwar vorzugsweise mittels Kunststoff.
In ganz besonders vorteilhafter Weise ist der Gleitschuh aus Kunststoff, möglicherweise mit Additiven oder mit Einschlüssen im Sinne eines Verbundwerkstoffs, gefertigt, und zwar in idealer Weise mittels Spritzgusstechnik. Ein aus Kunststoff gefertigter Gleitschuh hat den großen Vorteil, dass er - per se - eine geringere Masse als ein Gleitschuh aus Metall, insbesondere aus Stahl, hat. Somit reduziert ein Gleitschuh aus Kunststoff bereits für sich gesehen die im Betrieb entstehenden Geräusche aufgrund der geringen Masse. Die spritzgusstechnische Fertigung eines Gleitschuhs aus Kunststoff hat den weiteren Vorteil, dass zu seiner Herstellung keine spanende Bearbeitung erforderlich ist. Ganz im Gegenteil lässt sich der Gleitschuh mittels Spritzgusstechnik auf Endmaß herstellen. Dabei ist es möglich, die Toleranzspanne für das Spiel zwischen Gleitschuh, Schwenkring und Kolben anzuheben, nämlich durch Verwendung eines termoplastischen Materials.
In konstruktiver Hinsicht ist es von Vorteil, wenn der die Gleitfläche umlaufende Spalt als Ringspalt ausgeführt ist. Somit wäre eine rotationssymmetrische Ausgestaltung einerseits des Ringspalts und andererseits der Gleitfläche geschaffen.
Der die Gleitfläche umlaufende Spalt - Ringspalt - kann durch einen vom Gleitschuh bzw. von der Gleitfläche abragenden Absatz bzw. durch eine entsprechende Erhöhung gebildet sein, wobei dieser Absatz bzw. die Erhöhung ebenfalls kreisringförmig ausgebildet sein kann. Somit ist der Ringspalt einerseits durch die äußere Kontur des Gleitschuhs und andererseits durch den Absatz vorgegeben.
Insbesondere in Bezug auf die Gleiteigenschaft und die Versorgung der Gleitfläche mit Schmiermittel ist es von Vorteil, wenn die Gleitfläche einen zumindest geringfügig nach innen gerichteten Rücksprung, eine Ausnehmung oder dergleichen hat, wobei die Gleitfläche dazu konkav ausgebildet sein kann. Von besonderem Vorteil ist insoweit eine nach innen gerichtete Wölbung, die ein inneres Depot für Schmiermittel bildet.
Bei einer gezielten Konkavität der Gleitfläche kann der Schuh unter Last durchfedern. Dabei entsteht eine größere wirksame Kontaktfläche mit der Ringscheibe. Beim Zurückfedern bildet sich - quasi in der Gleitfläche - ein Volumen aus, in das hinreichend viel Schmiermittel nachströmen kann. Eine Art innere Kapillarwirkung begünstigt somit den Transport von Schmiermittel in den Bereich der Gleitfläche, so dass ein einwandfreier Lauf und somit eine Geräuschreduktion nebst Verschleißreduktion realisiert ist.
An dieser Stelle sei ganz besonders betont, dass die innere Konkavität nach dem Zurückfedern einen hydrodynamischen Schmierfilmaufbau generiert, und zwar aufgrund der schrägen Fläche, die die Konkavität definiert. Die Konkavität, das heißt die nach innen gerichtete Abschrägung, kann im Bereich zwischen 0,01 mm bis 0,05 mm liegen. Somit ist gewährleistet, dass unter Nutzung des äußeren Kapillareffekts im Bereich des Ringspalts im Randbereich hinreichend viel Schmiermittel gesammelt bzw. gespeichert ist. Insbesondere bei einer Entlastung des Gleitschuhs wirkt ein innerer Kapillareffekt mit einer Konkavität im Bereich von vorzugsweise 0,01 mm bis 0,05 mm, so dass in der Saugphase der Gleitschuh zurückfedert und sich das innere Volumen in der Gleitfläche vergrößert. Aus dem äußeren Ringspalt wird Schmiermittel angesaugt und gelangt unmittelbar in den Bereich der Gleitfläche.
Ebenso ist es denkbar, dass statt einer Konkavität eine zumindest geringfügig konvexe Ausbildung der Gleitfläche vorgesehen ist, das heißt eine nach außen gerichtete Wölbung. Auch dabei gelang hinreichend viel Gleitmittel vom Ringspalt in den Bereich der Gleitfläche, wobei das Gleitmittel bei Belastung verdrängt wird.
Ungeachtet einer konkaven oder konvexen Ausgestaltung der Gleitfläche ist es von weiterem Vorteil, wenn in der Gleitfläche Schmiernuten ausgebildet sind, die sich vom äußeren Ringspalt nach innen erstrecken und in der Gleitfläche zumindest bereichsweise offen sind. Die Vorkehrungen der Schmiernuten vermeidet außerdem ein Festsaugen der Gleitfläche auf der Oberfläche des Gleitrings. Außerdem wird durch die Schmiernuten hinreichend viel Schmiermittel in den inneren Bereich der Gleitfläche transportiert. Die Schmiernuten können bereichsweise offen oder geschlossen sein. Eine insgesamt offene Ausgestaltung der Schmiernuten ist insbesondere im Hinblick auf eine einfache Konstruktion/Fertigung von Vorteil, so dass sich die Schmiernuten insgesamt in der Gleitfläche öffnen bzw. von vornherein offen ausgebildet sind.
Die Schmiernuten können sich vom Ringspalt aus radial nach innen erstrecken, wobei es denkbar ist, dass sie mit Abstand zur Mitte enden, damit sie sich nicht gegenseitig beeinflussen. Ebenso ist es denkbar, dass die Schmiernuten eine H-förmige Anordnung in der Gleitfläche haben. Beliebige sonstige Ausgestaltungen sind möglich, wobei sicherzustellen ist, dass durch die Schmiemuten hinreichend viel Schmiermittel in den Bereich der Gleitfläche des Gleitschuhs gelangt.
Die Schmiernuten können einen in etwa rechteckigen Querschnitt mit einem im Wesentlichen flächigen Nutengrund aufweisen. Ebenso ist es denkbar, dass die Schmiernuten einen etwa V-förmigen Querschnitt mit spitz zulaufendem Nutengrund haben. Ein teilkreis- oder teilel- lypsenartiger Querschnitt mit einem gewölbten oder bogenförmigen Nutengrund ist ebenso denkbar.
Des Weiteren ist es von Vorteil, wenn im Gleitschuh eine durchgehende Bohrung ausgebildet ist, die eine Strömungsverbindung zwischen der Gleitfläche und der der Kolbenbrücke bzw. der Pfanne zugewandten Oberfläche des Gleitschuhs herstellt. Eine solche durchgehende Bohrung, möglichst zentral angeordnet, vermeidet wirksam ein Festsaugen des Gleitschuhs auf der Oberfläche der Ringscheibe, und zwar insbesondere beim Zurückfedern des Gleitschuhs. Somit kommuniziert die durchgehende Bohrung mit beiden Seiten des Gleitschuhs, wodurch auch insoweit ein Transport von Schmiermittel möglich ist.
Auf der der Kolbenbrücke zugewandten Seite ist der Gleitschuh in weiterer vorteilhafter Weise mit einer Kugelsegmentfläche zum Eingriff in eine der Kolbenbrücke zugeordneten Pfanne mit entsprechend angepasster Geometrie ausgestattet. Auch dort kommt Schmiermittel zum Einsatz, wobei es von weiterreichendem Vorteil ist, wenn der Radius der Kugelsegmentfläche von dem Radius der Innenwandung der Pfanne zumindest geringfügig abweicht. Im Konkreten kann der Radius der Kugelsegmentfläche zumindest geringfügig kleiner oder geringfügig größer als der Radius der Pfanne sein, wodurch sich unterschiedliche Anlagen und Kräfteverhältnisse zwischen dem Gleitschuh und der Kolbenbrücke bzw. der Pfanne ergeben. Ein Festsaugen zwischen den beiden Bauteilen ist aufgrund der unterschiedlichen Radien wirksam vermieden.
Mit dem nebengeordneten Patentanspruch 26 ist ein Gleitschuh entsprechend den voranstehenden Ausführungen beansprucht, der zum Einsatz in einer Vorrichtung zum Ankoppeln eines Kolbens an eine Ringscheibe, insbesondere an eine Schwenk-/Schrägscheibe oder an einen Schwenkring der Arbeitseinheit einer Hubkolbenmaschine, dient.
Mit dem weiteren nebengeordneten Patentanspruch 27 ist eine Hubkolbenmaschine beansprucht, die eine erfindungsgemäße Vorrichtung und somit auch einen erfindungsgemäßen Gleitschuh umfasst. In der Zeichnung zeigen
Fig. 1 in einer schematischen Seitenansicht, geschnitten, ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung,
Fig: 2 in einer schematischen Seitenansicht, geschnitten, ein zweites Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung,
Fig. 3 in einer schematischen Ansicht, von unten, ein Ausführungsbeispiel eines Gleitschuhs und
Fig. 4 in einer schematischen Ansicht, von unten, ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Gleitschuhs.
Die Fig. 1 und 2 zeigen zwei unterschiedliche Ausführungsbeispiele einer Vorrichtung zum Ankoppeln eines in den Figuren nicht gezeigten Kolbens an eine Ringscheibe 1, die in den Figuren 1 und 2 lediglich angedeutet ist. Im Konkreten handelt es sich bei der Ringscheibe 1 um eine Schwenk-/Schrägscheibe oder um einen Schwenkring der Arbeitseinheit einer Hubkolbenmaschine, wie sie beispielsweise aus der DE 197 49 727 C2 bekannt ist. Hinsichtlich diesbezüglicher Details sei daher ausdrücklich auf die DE 19749 727 C2 verwiesen.
Die Vorrichtung umfasst eine dem Kolben zugeordnete Kolbenbrücke 2, und zwischen der Ringscheibe 1 und der Kolbenbrücken 2 wirkende Gleitschuhe 3, wobei der Einfachheit halber lediglich ein Teil der Kolbenbrücke 2 und ein einziger Gleitschuh 3 gezeigt sind. So sei ergänzend angemerkt, dass die Kolbenbrücke 2 die Ringscheibe 1 teilweise übergreift und dass der nicht gezeigte Kolben über die Gleitschuhe 3 im Gleiteingriff mit der Ringscheibe 1 steht.
Erfindungsgemäß bilden die Gleitschuhe 3 auf der der Ringscheiben 1 zugewandten Seite, um deren eigentliche Gleitfläche 4 herum, zur Ringscheibe 1 hin, einen äußeren, die Gleitfläche 4 umlaufenden Spalt 5, der zur Aufnahme bzw. Speicherung von Schmiermittel dient. Der Gleitschuh 3 ist bei den hier gewählten Ausführungsbeispielen aus Kunststoff hergestellt und hat federnde Eigenschaften. Im Konkreten ist der Gleitschuh 4 spritzgusstechnisch hergestellt.
Die Fig. 1 und 2 zeigen des Weiteren, dass der die Gleitfläche 4 umlaufende Spalt 5 als Ringspalt ausgeführt ist. Die Fig. 3 und 4 zeigen dies besonders deutlich.
Bei dem in Fig. 1 gezeigten Ausführungsbeispiel hat der die Gleitfläche umlaufende Spalt 5 einen vom Gleitschuh 3 bzw. von der Gleitfläche 4 abragenden Absatz 6, wobei der Absatz 6 ebenfalls kreisringförmige Ausgestaltung hat. Somit ist der Ringspalt 5 durch die äußere Kontur des Gleitschuhs 3 und durch den kreisringförmigen Absatz 6 definiert bzw. begrenzt.
Das in Fig. 1 gezeigte Ausführungsbeispiel lässt des Weiteren erkennen, dass die Gleitfläche 4 eine konkave Ausbildung, das heißt eine nach innen gerichtet Wölbung, hat. Diese Wölbung dient ebenfalls als Schmiermittelreservoir, wobei sich der so gebildete innere Raum 7 beim Entlasten des Gleitschuhs 3, das heißt beim Rückfedern des Gleitschuhs 3, mit Schmiermittel voll saugt, welches aus dem Bereich des Ringspalt 5 in den inneren Raum 7 eingesogen wird. Die Konkavität liegt beispielsweise im Bereich zwischen 0,01mm bis 0,05 mm.
Bei dem in Fig. 2 gezeigten Ausführungsbeispiel ist die Gleitfläche 4 konvex ausgebildet, um- fasst somit eine nach außen gerichtete Wölbung. Ungeachtet dessen ist die Gleitfläche 4 auch bei dem in Fig. 2 gezeigten Ausführungsbeispiel von einem Ringspalt 5 umgeben, aus dem heraus Schmiermittel in den Bereich unter die Gleitfläche 4 bzw. seitlich der Gleitfläche 4 strömen kann, nämlich insbesondere dann, wenn der Gleitschuh 3 entlastet wird und sich der Spalt seitlich bzw. unter der Gleitfläche 4 beim Zurückfeder des Gleitschuhs 3 vergrößert.
Die Fig. 3 und 4 zeigen Ausführungsbeispiele eines Gleitschuhs 3, nämlich in einer Ansicht von untern, das heißt von der Ringscheibe 1 her gesehen. Vom Ringspalt 5 aus erstrecken sich Schmiernuten 8 in den Bereich der Gleitfläche 4 hinein, so dass eine hinreichend gute Versorgung mit Schmiermittel gewährleistet ist. Außerdem sorgen die Schmiernuten 8 dafür, dass ein Festsaugen des Gleitschuhs 3 wirksam vermieden ist. Während sich bei dem in Fig. 3 gezeigten Ausführungsbeispiel die Schmiernuten 8 radial zum Zentrum hin erstrecken, sind die in Fig. 4 gezeigten Schmiernuten 8 H-förmig angeordnet. Beliebige sonstige Anordnungen sind denkbar, wobei stets eine Strömungsverbindung zum Ringspalt 5 vorgesehen ist. Die Schmiernuten 8 können einen unterschiedlichen Querschnitt aufweisen, beispielsweise rechteckige Querschnitte, abgerundete Wandungen, V-förmige Querschnitte, etc..
Noch einmal sei Bezug genommen auf die Fig. 1 und 2, diesmal auf die der Ringscheibe 1 gegenüberliegende Seite des Gleitschuhs 3, nämlich in Bezug auf das Zusammenspiel zwischen Gleitschuh 3 und Kolbenbrücke 2.
So umfasst der Gleitschuh 3 auf der der Kolbenbrücke 2 zugewandten Seite eine Kugelsegmentfläche 9 zum Eingriff in eine der Kolbenbrücke 2 zugeordnete Pfanne 10 mit entsprechend angepasster Geometrie.
Bei dem in Fig. 1 gezeigten Ausführungsbeispiel ist der Radius der Kugelsegmentfläche 9 geringfügig kleiner als der Radius der Pfanne 10, so dass ein kleiner Spalt 11 im unbelasteten Zustand besteht.
Bei dem in Fig. 2 gezeigten Ausführungsbeispiel hat die Kugelsegmentfläche 9 einen geringfügig größeren Radius als die Pfanne 10, so dass ein Freiraum zwischen der Kolbenbrücke 2 und dem Gleitschuh 3 besteht, und zwar ebenfalls im unbelasteten Zustand. Ein Rückfedern der Gleitschuhs 3 bei Entlastung des Gleitschuhs 3 vermeidet ein gegenseitiges Ansaugen der Bauteile, so dass auch in soweit die Gleiteigenschaft ganz erheblich begünstigt ist.
In Bezug auf Merkmale, die sich den Figuren nicht entnehmen lassen, sei zur Vermeidung von Wiederholungen auf den allgemeinen Teil der Beschreibung verwiesen. Schließlich sei angemerkt, dass die voranstehend erörterten Ausführungsbeispiele der Erörterung der beanspruchten Lehre dienen, diese jedoch nicht auf die Ausführungsbeispiele einschränken. Bezugszeichenliste
Ringscheibe Kolbenbrücke Gleitschuh Gleitfläche (des Gleitschuhs) Spalt, Ringspalt Absatz innerer Raum Schmiernut Kugelsegmentfläche Pfanne Spalt (zwischen Kolbenbrücke und Gleitschuh) konvexe Ausbildung der Gleitfläche 4

Claims

Patentansprüche
1. Vorrichtung zum Ankoppeln eines Kolbens an eine Ringscheibe (1), insbesondere an eine Schwenk-/Schrägscheibe oder an einen Schwenkring der Arbeitseinheit einer Hubkolbenmaschine, vorzugsweise eines Kompressors der Klimaanlage eines Kraftfahrzeugs, mit einer dem Kolben zugeordneten Kolbenbrücke (2) und zwischen der Ringscheibe (1) und der Kolbenbrücke (2) wirkenden Gleitschuhen (3), wobei die Kolbenbrücke (2) die Ringscheibe (1) zumindest teilweise um- bzw. übergreift und über die Gleitschuhe (3) in Gleiteingriff mit der Ringscheibe (1) steht, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die Gleitschuhe (3) auf der der Ringscheibe (1) zugewandten Seite um ihre eigentliche Gleitfläche (4) herum, zur Ringscheibe (1) hin, einen äußeren, die Gleitfläche (4) umlaufenden Spalt bilden, der zur Aufnahme bzw. Speicherung von Schmiermittel dient.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Gleitschuh (3) zumindest geringfügig federnd ausgeführt ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Gleitschuh (3) aus Metall, vorzugsweise aus Stahl und/oder aus Aluminium, gefertigt ist.
4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Gleitschuh (3), vorzugsweise mittels Kunststoff, insgesamt oder partiell, oberflächenbeschichtet ist.
5. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Gleitschuh (3) aus Kunststoff, vorzugsweise spritzgusstechnisch, gefertigt ist.
6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der die Gleitfläche (4) umlaufende Spalt (5) als Ringspalt (5) ausgeführt ist.
7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der die Gleitfläche (4) umlaufende Spalt (5) durch einen vom Gleitschuh (3) bzw. von der Gleitfläche (4) abragenden Absatz (6) gebildet ist.
8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Absatz (6) kreisringförmig ausgebildet ist.
9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Gleitfläche (4) einen zumindest geringfügige nach innen gerichteten Rücksprung, eine Ausnehmung oder dgl. hat.
10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet dass die Gleitfläche (4) eine zumindest geringfügige konkave Ausbildung, d.h. eine nach innen gerichtete Wölbung (7), hat.
11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Konkavität 0,01 bis 0,05 mm beträgt.
12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die sich vom Ringspalt (5) nach innen erstreckende Gleitfläche (4) eine zumindest geringfügige konvexe Ausbildung (12), d.h. eine nach außen gerichtete Wölbung, hat.
13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Gleitfläche (4) gegenüber dem Ringspalt (5) um etwa 0,05 bis 0,5 mm hervorsteht.
14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass in der Gleitfläche (4) Schmiernuten (8) ausgebildet sind, die sich vom äußeren Ringspalt (5) nach innen erstrecken und in der Gleitfläche (4) zumindest bereichsweise offen sind.
15. Vorrichtung nach einem der Ansprüchel bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass in der Gleitfläche (4) Schmiemuten (8) ausgebildet sind, die sich vom äußeren Ringspalt (5) nach innen erstrecken und in der Gleitfläche (4) insgesamt offen sind.
16. Vorrichtung nach Anspruch 15 oder! 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Schmiernuten (8) vom äußeren Ringspalt (5) aus radial nach innen verlaufen.
17. Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Schmiernuten (8) mit Abstand zur Mitte der Gleitfläche (4) enden.
18. Vorrichtung nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Schmiernuten (8) eine H-förmige Anordnung in der Gleitfläche (4) haben.
19. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 14 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Schmiernuten (8) einen in etwa rechteckigen Querschnitt mit einem im wesentlichen flächigen Nutengrund haben.
20. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 14 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Schmiernuten (8) einen in etwa V-förmigen Querschnitt mit spitz zulaufendem Nutengrund haben.
21. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 14 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Schmiernuten (8) einen teilkreis- oder teilellipsenartigen Querschnitt mit einem gewölbten oder bogenförmigen Nutengrund haben.
22. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 21 , dadurch gekennzeichnet, dass im Gleitschuh (3) eine durchgehende Bohrung ausgebildet ist, die eine Strömungsverbindung zwischen der Gleitfläche (4) und der der Kolbenbrücke (2) bzw. der Pfanne (10) zugewandten Oberfläche des Gleitschuhs (3) herstellt.
23. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass der Gleitschuh (3) auf der der Kolbenbrücke (2) zugewandten Seite eine Kugelsegmentfläche (9) zum Eingriff in eine der Kolbenbrücke (2) zugeordnete Pfanne (10) mit entsprechend angepasster Geometrie aufweist.
24. Vorrichtung nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, dass der Radius der Kugelsegmentfläche (9) von dem Radius der Pfanne (10) zumindest geringfügig abweicht.
25. Vorrichtung nach Anspruch 23 oder 24, dadurch gekennzeichnet, dass der Radius der Kugelsegmentfläche (9) zumindest geringfügig kleiner als der Radius der Pfanne (10) ist.
26. Vorrichtung nach Anspruch 23 oder 24, dadurch gekennzeichnet, dass der Radius der Kugelsegmentfläche (9) zumindest geringfügig größer als der Radius der Pfanne (10) ist.
27. Gleitschuh (3) für eine Vorrichtung zum Ankoppeln eines Kolbens an eine Ringscheibe (1), insbesondere an eine Schwenk-/Schrägscheibe oder an einen Schwenkring der Arbeitseinheit einer Hubkolbenmaschine, vorzugsweise eines Kompressors der Klima- anlage eines Kraftfahrzeugs, mit einer dem Kolben zugeordneten Kolbenbrücke (2) und zwischen der Ringscheibe (1) und der Kolbenbrücke (2) wirkenden Gleitschuhen (3), wobei die Kolbenbrücke (2) die Ringscheibe (1) zumindest teilweise um- bzw. ü- bergreift und über die Gleitschuhe (3) in Gleiteingriff mit der Ringscheibe (1) steht, gekennzeichnet durch die Merkmale nach einem der Patentansprüche 1 bis 26.
28. Hubkolbenmaschine mit einer Vorrichtung zum Ankoppeln eines Kolbens an eine Ringscheibe (1), insbesondere an eine Schwenk-/Schrägscheibe oder an einen Schwenkring der Arbeitseinheit der Hubkolbenmaschine, vorzugsweise eines Kompressors der Klimaanlage eines Kraftfahrzeugs, mit einer dem Kolben zugeordneten Kolbenbrücke (2) und zwischen der Ringscheibe (1) und der Kolbenbrücke (2) wirkenden Gleitschuhen (3), wobei die Kolbenbrücke (2) die Ringscheibe (1) zumindest teilweise um- bzw. übergreift und über die Gleitschuhe (3) in Gleiteingriff mit der Ringscheibe (1) steht, gekennzeichnet durch die Merkmale nach einem der Patentansprüche 1 bis 26.
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