EP3418568A1 - Piston for the drive unit of a refrigerant compressor - Google Patents
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Definitions
- the present invention relates to a piston for the drive unit of a refrigerant compressor, the piston comprising a cylindrical base body and a ring made of plastic, wherein the base body has at least one circumferential groove in which the ring is held.
- the mating clearance between piston and cylinder should on the one hand be as large as possible in order to reduce the friction, but on the other hand be as small as possible, so that the leakage losses of the refrigerant are low.
- the shape of the piston can be made by grinding only with considerable additional effort.
- the ring does not project beyond the piston in the radial direction at room temperature of the piston.
- the peripheral surface of the piston with ring is consequently a straight line.
- the base body alone forms the piston and the ring does not protrude in the radial direction beyond the groove of the base body.
- a third variant of the invention provides at least one groove, which reduces both the end face of the cylindrical base body and the adjoining peripheral surface of the base body.
- a groove or a ring is produced at the edge between the front and peripheral surface of the base body.
- the piston is generally designed as a linear piston, so it moves exactly along a straight line, wherein the rotational movement of the electric motor of the drive unit is converted into a linear motion with a connecting rod.
- the invention also relates to a refrigerant compressor comprising, in particular hermetically dense, housing and disposed therein a drive unit with piston according to the invention.
- the refrigerant compressor may be used, for example, for cooling the interior of a refrigerator or freezer.
Abstract
Gezeigt wird ein Kolben für die Antriebseinheit eines Kältemittelverdichters, der Kolben umfassend einen zylindrischen Grundkörper (1) und einen Ring (6,9,10) aus Kunststoff, wobei der Grundkörper zumindest eine umlaufende Nut (3,11) aufweist, in welcher der Ring gehalten ist. Um die Leckageverluste von Kältemittel auch bei kleinen Drehzahlen möglichst gering zu halten, ist vorgesehen, dass der Ring (6,9,10) einen höheren Wärmeausdehnungskoeffizienten als der Grundkörper (1) aufweist und der Ring (6,9,10) bei Zimmertemperatur des Kolbens eine Außenfläche (12,17) aufweist, die mit der Umfangsfläche des zylindrischen Kolbens außerhalb der Nut (3,11) fluchtet. Im Betrieb des Kolbens erwärmt sich dieser, wobei sich der Ring durch den höheren Wärmeausdehnungskoeffizienten stärker ausdehnt als der Grundkörper und sich dadurch das Paarungsspiel zwischen Kolben und Zylinder, in welchen der Kolben eingesetzt ist, verringert.Shown is a piston for the drive unit of a refrigerant compressor, the piston comprising a cylindrical base body (1) and a ring (6,9,10) made of plastic, wherein the base body has at least one circumferential groove (3,11), in which the ring is held. In order to keep the leakage losses of refrigerant as low as possible even at low speeds, it is provided that the ring (6,9,10) has a higher coefficient of thermal expansion than the base body (1) and the ring (6,9,10) at room temperature Piston has an outer surface (12,17) which is aligned with the peripheral surface of the cylindrical piston outside the groove (3,11). During operation of the piston, the latter heats up, whereby the ring expands more strongly than the main body due to the higher coefficient of thermal expansion, thereby reducing the mating clearance between the piston and the cylinder in which the piston is inserted.
Description
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Kolben für die Antriebseinheit eines Kältemittelverdichters, der Kolben umfassend einen zylindrischen Grundkörper und einen Ring aus Kunststoff, wobei der Grundkörper zumindest eine umlaufende Nut aufweist, in welcher der Ring gehalten ist.The present invention relates to a piston for the drive unit of a refrigerant compressor, the piston comprising a cylindrical base body and a ring made of plastic, wherein the base body has at least one circumferential groove in which the ring is held.
Die Antriebseinheit ist dabei in der Regel von einem, insbesondere hermetisch dichten, Gehäuse umschlossen, sodass der Kältemittelverdichter gegenüber der Umgebung eine abgeschlossene Einheit bildet.The drive unit is usually enclosed by a, in particular hermetically sealed, housing so that the refrigerant compressor forms a closed unit relative to the environment.
Kältemittelverdichter (Kältemittelkompressoren) weisen in einer Ausprägung in einem hermetisch dichten Gehäuse eine Kolben-Zylinder-Einheit und einen für den Antrieb der Kolben-Zylinder-Einheit vorgesehenen Elektromotor auf. Dabei ist der Kolben in der Regel als Linearkolben ausgebildet.Refrigerant compressors (refrigerant compressors) have in one embodiment in a hermetically sealed housing on a piston-cylinder unit and provided for the drive of the piston-cylinder unit electric motor. The piston is usually designed as a linear piston.
Um die Effizienz des Kältemittelverdichters zu erhöhen, soll das Paarungsspiel zwischen Kolben und Zylinder einerseits möglichst groß sein, um die Reibung zu reduzieren, andererseits aber möglichst klein sein, damit die Leckageverluste des Kältemittels gering sind. Eine zu diesen Zwecken von der Zylinderform abweichende Form des Kolbens kann durch Schleifen nur mit einem erheblichen Mehraufwand herstellt werden. Somit fällt ein Kolben, dessen Umfangsfläche kein Zylindermantel ist, aus praktischen Gründen für die Anpassung des Paarungsspiels weg.In order to increase the efficiency of the refrigerant compressor, the mating clearance between piston and cylinder should on the one hand be as large as possible in order to reduce the friction, but on the other hand be as small as possible, so that the leakage losses of the refrigerant are low. A deviating from the cylindrical shape for these purposes, the shape of the piston can be made by grinding only with considerable additional effort. Thus, a piston whose peripheral surface is not a cylinder jacket falls away for practical reasons for adjusting the mating clearance.
Geschlitzte, in Kolbennuten angeordnete und vorgespannte Kolbenringe sind bei Verbrennungskraftmaschinen Stand der Technik. Diese Kolbenringe sind jedoch nur bei einem großen Paarungsspiel zwischen Kolben und Zylinder sinnvoll, da ansonsten die Leckageverluste durch die Nutspalten höher werden.Slotted, arranged in piston grooves and biased piston rings are in the art of internal combustion engines state of the art. However, these piston rings are only useful in a large mating clearance between the piston and cylinder, otherwise the leakage losses through the Nutspalten be higher.
Für andere Arten von Kältemittelkompressoren ist es bekannt, zur besseren Abdichtung zwischen Kolben und Zylinder Nuten in der Umfangsfläche des Zylinders vorzusehen, wobei in jeder Nut ein Plastikring, z.B. aus Polytetrafluorethylen, angeordnet ist, siehe hierzu den Taumelscheibenkompressor in der
Kältemittelverdichter mit drehzahlvariablem Antrieb, sogenannte VSD (variable speed drive) Kompressoren, insbesondere mit Linearantrieb, werden oft bei niedrigen Drehzahlen betrieben. Die Leckageverluste sind nahezu drehzahlunabhängig, wodurch ihr prozentueller Anteil an den Gesamtverlusten bei niedrigen Drehzahlen höher ist als bei hohen Drehzahlen.Refrigerant compressors with variable-speed drive, so-called VSD (variable speed drive) compressors, in particular with linear drive, are often operated at low speeds. Leakage losses are nearly independent of speed, making their percentage of total losses at low speeds higher than at high speeds.
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung einen Kolben für eine Antriebseinheit eines Kältemittelverdichters zur Verfügung zu stellen, der die oben genannten Nachteile vermeidet. Insbesondere sollen die Leckageverluste von Kältemittel auch bei kleinen Drehzahlen möglichst gering gehalten werden.It is therefore an object of the present invention to provide a piston for a drive unit of a refrigerant compressor, which avoids the disadvantages mentioned above. In particular, the leakage losses of refrigerant should be kept as low as possible, even at low speeds.
Hierzu ist bei einem Kolben für die Antriebseinheit eines Kältemittelverdichters, der Kolben umfassend einen zylindrischen Grundkörper und einen Ring aus Kunststoff, wobei der Grundkörper zumindest eine umlaufende Nut aufweist, in welcher der Ring gehalten ist, vorgesehen, dass der Ring einen höheren Wärmeausdehnungskoeffizienten als der Grundkörper aufweist und der Ring bei Zimmertemperatur des Kolbens eine Außenfläche aufweist, die mit der Umfangsfläche des zylindrischen Kolbens außerhalb der Nut fluchtet.For this purpose, in a piston for the drive unit of a refrigerant compressor, the piston comprising a cylindrical base body and a ring made of plastic, wherein the base body has at least one circumferential groove in which the ring is held, provided that the ring has a higher coefficient of thermal expansion than the main body and the ring at room temperature of the piston has an outer surface which is flush with the peripheral surface of the cylindrical piston outside the groove.
Vereinfacht gesagt ragt der Ring bei Zimmertemperatur des Kolbens in radialer Richtung nicht über den Kolben hinaus. Im Längsschnitt durch den Kolben ist die Umfangsfläche des Kolbens mit Ring folglich eine Gerade. Im Fall eines unbeschichteten Kolbens bildet der Grundkörper allein den Kolben und der Ring ragt in radialer Richtung nicht über die Nut des Grundkörpers hinaus.In simple terms, the ring does not project beyond the piston in the radial direction at room temperature of the piston. In longitudinal section through the piston, the peripheral surface of the piston with ring is consequently a straight line. In the case of an uncoated piston, the base body alone forms the piston and the ring does not protrude in the radial direction beyond the groove of the base body.
Der zylindrische Grundkörper des zylindrischen Kolbens weist also einen Einstich auf, der mit Kunststoff gefüllt ist. Im Betrieb des Kolbens erwärmt sich dieser, wobei sich der Ring durch den höheren Wärmeausdehnungskoeffizienten stärker ausdehnt als der Grundkörper. Der Grundkörper wird in der Regel metallisch oder keramisch sein. Bei einem keramischen Grundkörper sind bei einem kleinen Paarungsspiel die Leckageverluste gering, was bei kleinen Drehzahlen wichtig ist. Bei einem großen Paarungsspiel sind die Reibungsverluste gering, was bei großen Drehzahlen wichtig ist. Ein keramischer Grundkörper hat den Vorteil, dass er einen kleineren Wärmeausdehnungskoeffizienten als das metallische Gussgehäuse hat und daher das Paarungsspiel bei steigender Betriebstemperatur größer wird. Bei kleinen Drehzahlen ist die Betriebstemperatur kleiner und somit auch das Paarungsspiel kleiner und in weiterer Folge sind die Leckageverluste gering.The cylindrical base body of the cylindrical piston thus has a recess which is filled with plastic. During operation of the piston, the latter heats up, whereby the ring expands more strongly than the main body due to the higher coefficient of thermal expansion. The main body will usually be metallic or ceramic. In a ceramic base body, the leakage losses are low in a small mating game, which is important at low speeds. In a large mating game, the friction losses are low, which is important at high speeds. A ceramic base body has the advantage that it has a smaller thermal expansion coefficient than the metallic cast housing and therefore the mating clearance becomes greater with increasing operating temperature. At low speeds, the operating temperature is smaller and thus the mating game smaller and subsequently the leakage losses are low.
Bei hohen Drehzahlen ist es umgekehrt, das Paarungsspiel ist hier größer und somit sind die Reibungsverluste gering.At high speeds, it is the other way round, the mating game is larger here and thus the friction losses are low.
Der Ring dehnt sich hauptsächlich in radialer Richtung aus, sodass dadurch das Paarungsspiel zwischen Kolben und Zylinder, in welchen der Kolben eingesetzt ist, verringert. Dadurch verringern sich die Leckageverluste, die Reibung zwischen Kolben und Zylinder wird jedoch, wenn überhaupt, nur minimal erhöht. Die Summe der Verluste aus Leckage und Reibung ist somit gegenüber herkömmlichen Kolben ohne Ring verringert, die Effizienz eines Kältemittelkompressors, der mit dem erfindungsgemäßen Kolben ausgestattet ist, erhöht sich.The ring expands mainly in the radial direction, thereby reducing the mating clearance between the piston and the cylinder in which the piston is inserted. As a result, the leakage losses are reduced, but the friction between piston and cylinder is only minimally increased, if at all. The sum of the losses from leakage and friction is thus reduced compared to conventional pistons without ring, the efficiency of a refrigerant compressor, which is equipped with the piston according to the invention, increases.
Mit anderen Worten kann also vorgesehen sein, dass bei Betriebstemperatur des Kolbens, welche über 50°C, insbesondere zwischen 60 und 120°C, liegt, der Außendurchmesser des Rings größer als der Außendurchmesser des restlichen zylindrischen Kolbens ist.In other words, it can thus be provided that at the operating temperature of the piston, which is above 50 ° C, in particular between 60 and 120 ° C, the outer diameter of the ring is greater than the outer diameter of the remaining cylindrical piston.
Eine besonders gute Befestigung des Rings am Grundkörper kann erreicht werden, wenn der Ring den gesamten Querschnitt der Nut ausfüllt.A particularly good attachment of the ring on the body can be achieved when the ring fills the entire cross section of the groove.
Bei einer möglichen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Kolbens ist vorgesehen, dass der Ring durch Beschichten des Grundkörpers mit Kunststoff hergestellt ist und insbesondere den gesamten Querschnitt der Nut ausfüllt. Es muss also nicht mühsam ein womöglich geschlitzter Ring über den Grundkörper aufgezogen werden, sondern der Ring wird direkt in der Nut des Grundkörpers hergestellt, wobei die Nut quasi als Form für den Ring dient. Kunststoff, der nach dem Beschichten in radialer Richtung über den gewünschten Zylinderdurchmesser hinausragt, kann dann noch entfernt werden, z.B. durch Schleifen. Der Ring hat also eine Außenfläche in Form eines Zylindermantels, während die Innenfläche die Form der Nut hat.In a possible embodiment of the piston according to the invention it is provided that the ring is made by coating the base body with plastic and in particular fills the entire cross section of the groove. It must therefore not laboriously a possibly slotted ring are raised over the body, but the ring is made directly in the groove of the body, the groove is used as a kind of shape for the ring. Plastic, which extends beyond the coating in the radial direction over the desired cylinder diameter, can then be removed, for example by grinding. The ring thus has an outer surface in the form of a cylinder jacket, while the inner surface has the shape of the groove.
Durch das vollständige Ausfüllen der Nut durch den Ring entsteht ein geschlossenes Profil des Rings. In der
Der Ring könnte auch durch Umspritzen des metallischen Grundkörpers mit Kunststoff hergestellt werden. Es ist aber auch denkbar, dass ein fertiger Ring aus Kunststoff auf den Grundkörper aufgepresst und/oder aufgeklebt wird.The ring could also be made by molding the metallic base body with plastic. But it is also conceivable that a finished ring of plastic is pressed onto the body and / or glued.
Eine erste Variante der Erfindung sieht vor, dass genau eine Nut nur in der Umfangsfläche des Grundkörpers vorgesehen ist. Folglich weist der Kolben dann nur einen Ring in der Umfangsfläche des Grundkörpers auf. Der Ring bzw. die Nut werden dabei in der Regel näher, insbesondere möglichst nahe, bei der Stirnfläche des Kolbens als an dessen anderem axialen Ende liegen. Die Stirnfläche ist jene meist ebene Fläche, die im Betriebszustand des Kolbens in das Innere des Zylinders gerichtet ist, wo die Verdichtung stattfindet. Die Stirnfläche kann aber kleinräumige Erhebungen in axialer Richtung aufweisen, die in Freiräume der Ventilplatte ragen. Des Weiteren kann die Stirnfläche auch eine Freistellung für ein Ventil aufweisen um den Freiraum zwischen Kolben und Ventilplatte verringern zu können. Beides sind Maßnahmen um den Schadraum zu minimieren.A first variant of the invention provides that exactly one groove is provided only in the circumferential surface of the base body. Consequently, the piston then has only one ring in the circumferential surface of the main body. The ring or the groove are usually closer, in particular as close as possible, in the end face of the piston than at the other axial end. The end face is that most flat surface, which is directed in the operating condition of the piston in the interior of the cylinder, where the compression takes place. However, the end face may have small elevations in the axial direction, which protrude into free spaces of the valve plate. Furthermore, the end face can also have an open position for a valve in order to be able to reduce the clearance between the piston and the valve plate. Both are measures to minimize the dead space.
Die erste Variante bedingt in der Regel, dass bei Zimmertemperatur des Kolbens der Außendurchmesser des Rings gleich dem Außendurchmesser des Grundkörpers außerhalb der Nut ist und bei Betriebstemperatur des Kolbens der Außendurchmesser des Rings größer als der Außendurchmesser des Grundkörpers außerhalb der Nut ist.The first variant usually requires that at room temperature of the piston, the outer diameter of the ring is equal to the outer diameter of the body outside the groove and at the operating temperature of the piston, the outer diameter of the ring is greater than the outer diameter of the body outside the groove.
Eine zweite Variante der Erfindung sieht vor, dass zumindest zwei Nuten nur in der Umfangsfläche des Kolbens vorgesehen sind und in jeder Nut ein Ring angeordnet ist. Durch zwei Ringe kann die Abdichtung noch weiter verbessert werden.A second variant of the invention provides that at least two grooves are provided only in the peripheral surface of the piston are and in each groove a ring is arranged. With two rings, the seal can be further improved.
Dabei kann vorgesehen sein, dass die gesamte Stirnfläche und zumindest ein Teil der an die Stirnfläche anschließenden Umfangsfläche des Grundkörpers, insbesondere die ganze Umfangsfläche, mit einer zusammenhängenden Kunststoffschicht versehen sind, welche die beiden Ringe miteinander verbindet, sodass die Ringe Teil der Kunststoffschicht sind, wobei die radiale Dicke der Kunststoffschicht an der Umfangsfläche des Grundkörpers kleiner ist als die radiale Dicke der Ringe. Durch die Kunststoffschicht wird der Wärmeübergang vom Kolben auf das angesaugte Gas verringert.It can be provided that the entire end face and at least a portion of the adjoining the end face peripheral surface of the body, in particular the entire peripheral surface, are provided with a continuous plastic layer which connects the two rings together so that the rings are part of the plastic layer, said the radial thickness of the plastic layer on the peripheral surface of the base body is smaller than the radial thickness of the rings. The plastic layer reduces the heat transfer from the piston to the sucked gas.
Die Kunststoffschicht an der Stirnfläche kann eine andere, insbesondere eine größere, Dicke haben als die Kunststoffschicht an der Umfangsfläche. Jedenfalls erhöht sich bei Zimmertemperatur der Außendurchmesser des Rings aus der ersten Variante um die Dicke der Kunststoffschicht. Denn Ringe und Kunststoffschicht werden in einem Beschichtungsgang hergestellt, wobei sich natürlich auch mit Kunststoffschicht wieder eine zylindrische Umfangsfläche des Kolbens ergeben muss. Bei Betriebstemperatur des Kolbens werden sich Kunststoffschicht und Ringe in radialer Richtung ausdehnen, wobei sich die Ringe aufgrund ihrer größeren Dicke mehr ausdehnen als die restliche Kunststoffschicht an der Umfangsfläche des Grundkörpers. Es wird sich also von außen gesehen der Kunststoff dort, wo die Ringe sind, aufwölben, sodass sich zwei ringförmige, um den Kolben umlaufende Erhöhungen ergeben. Im Betriebszustand des Kolbens werden diese Erhöhungen mit dem Zylinder in Eingriff sein und das Zylindervolumen entsprechend abdichten.The plastic layer on the end face may have a different, in particular a greater, thickness than the plastic layer on the peripheral surface. In any case, increases at room temperature, the outer diameter of the ring of the first variant by the thickness of the plastic layer. Because rings and plastic layer are produced in a coating process, which of course must also result in plastic layer with a cylindrical peripheral surface of the piston. At the operating temperature of the piston plastic layer and rings will expand in the radial direction, the rings expand more than the rest of the plastic layer on the peripheral surface of the body due to their greater thickness. It will therefore seen from the outside of the plastic where the rings are, bulge, so that there are two annular, surrounding the piston increases. In the operating condition of the piston, these elevations will engage the cylinder and seal the cylinder volume accordingly.
Der Querschnitt der Nut kann bei der ersten und der zweiten Variante beispielsweise ein Halbkreis oder ein Kreissegment kleiner als ein Halbkreis sein. Generell sind verschiedene Nutformen möglich, so auch Nuten mit z.B. rechteckigem Querschnitt.The cross section of the groove can be smaller than a semicircle in the first and second variants, for example a semicircle or a circular segment. Generally are different Groove shapes possible, so also grooves with eg rectangular cross section.
Eine dritte Variante der Erfindung sieht zumindest eine Nut vor, die sowohl die Stirnfläche des zylindrischen Grundkörpers als auch die daran anschließende Umfangsfläche des Grundkörpers verkleinert. Mit anderen Worten wird eine Nut bzw. ein Ring an der Kante zwischen Stirn- und Umfangsfläche des Grundkörpers hergestellt.A third variant of the invention provides at least one groove, which reduces both the end face of the cylindrical base body and the adjoining peripheral surface of the base body. In other words, a groove or a ring is produced at the edge between the front and peripheral surface of the base body.
Dabei kann vorgesehen sein, dass der Ring bei Zimmertemperatur des Kolbens eine erste Außenfläche aufweist, die mit der Umfangsfläche des zylindrischen Kolbens außerhalb der Nut fluchtet, und eine ebene zweite Außenfläche aufweist, die mit der Stirnfläche des zylindrischen Kolbens außerhalb der Nut fluchtet. Mit anderen Worten ragt der Ring nicht über die gedachte zylindrische Oberfläche des Grundkörpers vor Herstellung der Nut hinaus. Mit dieser Form des Rings kann die Dichtwirkung des Rings bei höheren Drücken, die auch eine höhere Leckage verursachen, zusätzlich vergrößert werden: im Betriebszustand wirkt auf den Kolben, genauer auf dessen Stirnfläche, in axialer Richtung ein veränderlicher Gasdruck, der das elastische Material des Rings nach außen, radial über den Grundkörper hinaus, verdrängt.It can be provided that the ring at room temperature of the piston has a first outer surface which is aligned with the peripheral surface of the cylindrical piston outside the groove, and has a flat second outer surface which is aligned with the end face of the cylindrical piston outside the groove. In other words, the ring does not protrude beyond the imaginary cylindrical surface of the main body before making the groove. With this shape of the ring, the sealing effect of the ring at higher pressures, which also cause a higher leakage, be further increased: in the operating state acts on the piston, more precisely on the end face, in the axial direction, a variable gas pressure, the elastic material of the ring outward, radially beyond the body out, displaced.
Dies kann durch die Form der Nut unterstützt werden, indem beispielsweise eine erste Fläche der Nut parallel zur Achse des zylindrischen Grundkörpers verläuft und eine zweite Fläche der Nut einen stumpfen Winkel mit der ersten Fläche der Nut einschließt. Möglich wäre auch, dass eine erste Fläche der Nut parallel zur Achse des zylindrischen Grundkörpers verläuft und eine zweite Fläche der Nut einen rechten Winkel mit der ersten Fläche der Nut einschließt.This may be assisted by the shape of the groove, for example by a first surface of the groove being parallel to the axis of the cylindrical base body and a second surface of the groove enclosing an obtuse angle with the first surface of the groove. It would also be possible that a first surface of the groove extends parallel to the axis of the cylindrical base body and a second surface of the groove encloses a right angle with the first surface of the groove.
Denkbar ist, dass eine Nut bzw. ein Ring an der Kante zwischen Stirn- und Umfangsfläche des Grundkörpers kombiniert wird mit einer oder mehreren weiteren Nuten bzw. Ringen nur in der Umfangsfläche des Grundkörpers. Mit anderen Worten ist eine Nut vorgesehen, die sowohl die Stirnfläche des zylindrischen Grundkörpers als auch die daran anschließende Umfangsfläche des Grundkörpers verkleinert, und zusätzlich zumindest eine Nut nur in der Umfangsfläche des Grundkörpers.It is conceivable that a groove or a ring is combined at the edge between the front and peripheral surface of the body one or more further grooves or rings only in the peripheral surface of the body. In other words, a groove is provided which reduces both the end face of the cylindrical base body and the adjoining peripheral surface of the base body, and additionally at least one groove only in the peripheral surface of the base body.
Die Ringe und/oder die Kunststoffschicht können aus Polyaryletherketonen, (PAEK) insbesondere aus Polyetheretherketonen (PEEK) gefertigt sein oder diese zumindest enthalten. Polyaryletherketone (PAEK) sind hochtemperaturbeständige thermoplastische Kunststoffe. Die gute Festigkeit der teilkristallinen aromatischen Polymere bleibt auch bei höheren Temperaturen erhalten. Zudem zeigen PAEK-Materialien eine sehr gute Schlagzähigkeit bei tiefen Temperaturen, eine hohe mechanische Wechselfestigkeit, eine sehr geringe Kriechneigung sowie ein gutes Gleit- und Verschleißverhalten. Entsprechend sind auch andere Kunststoffe mit gutem Gleit- und Verschleißverhalten für die erfindungsgemäßen Ringe oder Beschichtungen geeignet.The rings and / or the plastic layer can be made of polyaryletherketones (PAEK), in particular of polyetheretherketones (PEEK), or at least contain them. Polyaryletherketones (PAEK) are high-temperature resistant thermoplastics. The good strength of the semi-crystalline aromatic polymers is retained even at higher temperatures. In addition, PAEK materials show very good impact strength at low temperatures, high mechanical resistance to change, very low creep and good sliding and wear behavior. Accordingly, other plastics with good sliding and wear behavior for the rings or coatings of the invention are suitable.
Die Erfindung umfasst auch einen Kolben in einer Antriebseinheit für einen Kältemittelverdichter, somit eine Antriebseinheit für einen Kältemittelverdichter mit Kolben, wobei der Kolben erfindungsgemäß ausgebildet ist und der Ring des Kolbens so bemessen ist, dass sich bei Betriebstemperatur des Kolbens durch die Ausdehnung des Rings eine Abdichtung des Zylinderquerschnitts des Zylinders der Antriebseinheit ergibt.The invention also includes a piston in a drive unit for a refrigerant compressor, thus a drive unit for a refrigerant compressor with piston, wherein the piston is designed according to the invention and the ring of the piston is dimensioned so that at the operating temperature of the piston by the expansion of the ring a seal the cylinder cross-section of the cylinder of the drive unit results.
Dabei ist der Kolben in der Regel als Linearkolben ausgeführt, er bewegt sich also exakt entlang einer geraden Linie, wobei die Drehbewegung des Elektromotors der Antriebseinheit mit einer Pleuelstange in eine Linearbewegung umgesetzt wird.In this case, the piston is generally designed as a linear piston, so it moves exactly along a straight line, wherein the rotational movement of the electric motor of the drive unit is converted into a linear motion with a connecting rod.
Die Erfindung bezieht sich auch auf einen Kältemittelverdichter, umfassend ein, insbesondere hermetisch dichtes, Gehäuse sowie eine darin angeordnete Antriebseinheit mit erfindungsgemäßem Kolben. Der Kältemittelverdichter kann beispielsweise zum Kühlen des Innenraums eines Kühl- oder Gefrierschranks verwendet werden.The invention also relates to a refrigerant compressor comprising, in particular hermetically dense, housing and disposed therein a drive unit with piston according to the invention. The refrigerant compressor may be used, for example, for cooling the interior of a refrigerator or freezer.
Der Kältemittelkompressor kann als Kompressor mit variabler Geschwindigkeit ausgebildet sein, als sogenannter variable speed compressor. Denn bei diesen drehzahlgeregelten Kompressoren ist der prozentuelle Anteil der Leckageverluste an den Gesamtverlusten bei kleinen Drehzahlen höher als bei großen Drehzahlen, sodass der erfindungsgemäße Kolben eine große relative Verringerung der Leckageverluste bedingt. Selbstverständlich ist die Erfindung auch auf Kältemittelverdichter mit fixer Drehzahl anwendbar.The refrigerant compressor may be configured as a variable speed compressor, as a so-called variable speed compressor. Because with these speed-controlled compressors, the percentage share of leakage losses in the total losses at low speeds is higher than at high speeds, so that the piston according to the invention causes a large relative reduction of leakage losses. Of course, the invention is also applicable to fixed-speed refrigerant compressors.
Die Erfindung wird nun anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Die Zeichnungen sind beispielhaft und sollen den Erfindungsgedanken zwar darlegen, ihn aber keinesfalls einengen oder gar abschließend wiedergeben.The invention will now be explained in more detail with reference to exemplary embodiments. The drawings are exemplary and are intended to illustrate the inventive idea, but in no way restrict it or even reproduce it.
Dabei zeigt:
- Fig. 1
- einen Schnitt durch einen erfindungsgemäßen Kolben, erste Variante, mit einer Nut in der Umfangsfläche, ohne Nutbeschichtung,
- Fig. 2
- den Kolben aus
Fig. 1 mit Nutbeschichtung, - Fig. 3
- den Kolben aus
Fig. 2 mit bearbeiteter Nutbeschichtung, - Fig. 4
- den Kolben aus
Fig. 3 bei Betriebstemperatur, im Zylinder angeordnet, - Fig. 5
- einen Schnitt durch einen erfindungsgemäßen Kolben, zweite Variante, mit zwei Nuten in der Umfangsfläche, mit bearbeiteter Nutbeschichtung,
- Fig. 6
- den Kolben aus
Fig. 5 bei Betriebstemperatur, im Zylinder angeordnet, - Fig. 7
- einen Schnitt durch einen erfindungsgemäßen Kolben, dritte Variante, mit einer Nut in der Stirnfläche, mit Nutbeschichtung,
- Fig. 8
- den Kolben aus
Fig. 7 bei Betriebstemperatur, im Zylinder angeordnet.
- Fig. 1
- a section through a piston according to the invention, first variant, with a groove in the peripheral surface, without groove coating,
- Fig. 2
- the piston off
Fig. 1 with groove coating, - Fig. 3
- the piston off
Fig. 2 with machined groove coating, - Fig. 4
- the piston off
Fig. 3 at operating temperature, arranged in the cylinder, - Fig. 5
- a section through a piston according to the invention, second variant, with two grooves in the peripheral surface, with machined groove coating,
- Fig. 6
- the piston off
Fig. 5 at operating temperature, arranged in the cylinder, - Fig. 7
- a section through a piston according to the invention, third variant, with a groove in the end face, with groove coating,
- Fig. 8
- the piston off
Fig. 7 at operating temperature, arranged in the cylinder.
Die erfindungsgemäßen Kolben sind geeignet für Kältemittelverdichter umfassend eine Antriebseinheit mit einer Kolben-Zylinder-Einheit zur zyklischen Verdichtung eines Kältemittels und einen Elektromotor zum Antrieb der Kolben-Zylinder-Einheit. Die Kolben-Zylinder-Einheit umfasst einen Kolben, der linear verschieblich im Zylinder 2 eines Zylindergehäuses geführt ist, und als wesentlichen Bestandteil einen zylindrischen Grundkörper 1 umfasst. Im Zylindergehäuse ist auch die Motorwelle des Rotors des Elektromotors drehbar gelagert. Der Stator des Elektromotors trägt das Zylindergehäuse und ist über Federelemente im Inneren des hermetisch dichten Gehäuses des Kältemittelverdichters gelagert.The pistons according to the invention are suitable for refrigerant compressors comprising a drive unit with a piston-cylinder unit for the cyclical compression of a refrigerant and an electric motor for driving the piston-cylinder unit. The piston-cylinder unit comprises a piston which is guided linearly displaceable in the
In
Die Nut 11 wird so hergestellt, dass sowohl die Stirnfläche 5 des zylindrischen Grundkörpers 1 als auch die daran anschließende Umfangsfläche 4 des Grundkörpers 1 dort verkleinert werden, wo die beiden Flächen zusammenstoßen. Der Ring 10 weist bei Zimmertemperatur des Kolbens eine erste Außenfläche 12 auf, die mit der Umfangsfläche des zylindrischen Kolbens, hier der Umfangsfläche 4, außerhalb der Nut 11 fluchtet, und eine zweite, ebene Außenfläche 13, die mit der Stirnfläche 5 des zylindrischen Kolbens außerhalb der Nut 11 fluchtet. Der Ring 10 stellt somit die ursprüngliche zylindrische Form des Grundkörpers 1 wieder her.The
Die erste ebene Fläche 14 der Nut 11 verläuft in diesem Beispiel parallel zur Achse 16 des zylindrischen Grundkörpers 1 und die zweite ebene Fläche 15 der Nut 11 schließt einen stumpfen Winkel mit der ersten Fläche 14 der Nut 11 ein. Der stumpfe Winkel liegt zwischen 100° und 120°, hier bei etwa 110°. Denkbar wäre aber auch ein rechter Winkel zwischen der erste ebenen Fläche 14, die parallel zur Achse 16 verläuft, und der zweiten ebenen Fläche 15.The first
- 11
- Grundkörper des KolbensBasic body of the piston
- 22
- Zylindercylinder
- 33
- Nutgroove
- 44
-
Umfangsfläche des Grundkörpers 1Peripheral surface of the
main body 1 - 55
-
Stirnfläche des Grundkörpers 1End face of the
main body 1 - 66
- Ringring
- 77
- Paarungsspielmating game
- 88th
- KunststoffschichtPlastic layer
- 99
- Ringring
- 1010
- Ringring
- 1111
- Nutgroove
- 1212
- erste Außenfläche des Rings 10first outer surface of the ring 10th
- 1313
- zweite Außenfläche des Rings 10second outer surface of the ring 10th
- 1414
- erste Fläche der Nut 11first surface of the groove 11th
- 1515
- zweite Fläche der Nut 11second surface of the groove 11th
- 1616
-
Achse des Grundkörpers 1Axle of the
main body 1 - 1717
- Außenflächeouter surface
Claims (15)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
EP17176601.7A EP3418568A1 (en) | 2017-06-19 | 2017-06-19 | Piston for the drive unit of a refrigerant compressor |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
EP17176601.7A EP3418568A1 (en) | 2017-06-19 | 2017-06-19 | Piston for the drive unit of a refrigerant compressor |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
EP3418568A1 true EP3418568A1 (en) | 2018-12-26 |
Family
ID=59077946
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
EP17176601.7A Withdrawn EP3418568A1 (en) | 2017-06-19 | 2017-06-19 | Piston for the drive unit of a refrigerant compressor |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
EP (1) | EP3418568A1 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE102021114141B3 (en) | 2021-06-01 | 2022-10-27 | Schaeffler Technologies AG & Co. KG | cylinder arrangement |
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-
2017
- 2017-06-19 EP EP17176601.7A patent/EP3418568A1/en not_active Withdrawn
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