KR100875343B1 - 슬라이딩 슬리브를 가진 왕복 피스톤 기계 - Google Patents

Abstract

1. 왕복 피스톤 기계

1.1 특히 차량 에어 컨디셔닝 시스템을 위한 냉동 콤프레서인 왕복 피스톤 기계가 기계 샤프트(2), 기계 하우징 내의 기계 샤프트(2)주위에 환상으로 배치된 다수의 피스톤 및 상기 기계 샤프트(2)에 의해 구동되며 특히 결합 배치를 통해 상기 피스톤상에서 구동력을 전달하기 위해 구동륜(7)을 통해 기계 샤프트에 분절방법으로 연결되고 기계 샤프트에 가로로 경사진 힌지 축(8)주위에 회전가능하게 슬라이딩 몸체에 장착되는 회전디스크와 연결되는 환상의 회전 디스크(5)로 구성된다.

2.2 슬라이딩 몸체(9)는 기계 샤프트의 회전축(11)방향으로 열리고 부분적으로 구동륜(7)을 둘러싸는 리세스(9a)를 가지고, 내측으로 면하는 기계 샤프트에서 기계 샤프트(2)를 유도하는 유출라인(24,25)과 통하는 공동(17)을 둘러싼다.

2.3 차량을 위한 냉동 콤프레서에 사용된다.

Description

슬라이딩 슬리브를 가진 왕복 피스톤 기계{RECIPROCATING PISTON MOTOR COMPRISING A SLIDING SLEEVE}

본 발명은 청구항 제 1항의 전단부에 따른 왕복 피스톤 기계에 관한 것이다.

특허 출원 DE 197 49 727 C2는 일반적인 왕복 피스톤 기계를 공개하고 있으며 회전 구동샤프트 주위에 환상의 배치내에 다수의 피스톤이 배치된 기계하우징을 포함한다. 구동력은 구동륜을 통해 구동샤프트로부터 환상의 회전디스크로 전달되고 차례로 기계 샤프트에 평행한 변속 동작으로 변위가능한 피스톤에 전달된다.
이 경우 회전디스크는 기계 샤프트상에 변위가능하게 선형으로 고정된 슬리브에 회전가능하게 장착된다.
구동륜이 지나가는 긴 홀은 슬리브내에 제공된다. 따라서 기계 샤프트상의 슬리브의 축상운동은 긴 홀의 직경에 의해 제한되며, 긴홀을 통해 삽입되는 구동륜에 의해 장착이 이루어진다.
기계 샤프트, 구동륜, 슬라이딩 슬리브 및 회전디스크는 이른바 구동공간내에 배치되어 왕복 피스톤 기계의 공기작동 매체는 특정압력을 유지하게 된다. 전달부피와 이에따른 왕복 피스톤 기계의 전달 용량은 피스톤의 흡입측면과 압력측면사이의 압력비에 좌우되거나 한편으로는 실린더내의 압력에 그리고 다른 한편으로는 구동 공간내의 압력에 좌우된다.

본 발명의 목적은 대조적으로 단순화된 장착 및 개선된 작동성능을 가지는 왕복 피스톤 기계를 제공하기 위한 것이다.
상기 목적은 청구항 제 1 항 및 4항의 특징을 가지는 왕복 피스톤 기계에 의해 달성된다.
본 발명에 따른 왕복 피스톤 기계는, 한편으로는 구동력을 전달하기 위한 구동륜을 통해 기계 샤프트에 분절방법으로 연결되고 다른 한편으로는 기계샤프트에 가로로 경사진 힌지 축 주위에 회전가능하게 슬라이딩 몸체상에 장착되며, 슬라이딩 몸체가 기게 샤프트의 회전축방향으로 열리고 최소한 부분적으로 구동륜을 둘러싸는 리세스(recess)를 가지는 회전 디스크에 의해 구별된다.
상기 슬라이딩 몸체는 한편면이 열린 긴 홀형태의 리세스를 가지는 슬리브로 형성되는 것이 바람직하다. 슬리브는 기계샤프트와 드라이브가 서로 고정연결되어 있을 때라도 이들 위로 미끄러질 수 있다.
이 경우, 장착된 상태에서 구동륜은 긴홀을 통하여 돌출하고 따라서 몇몇 측면상의 슬리브에 의해 둘러싸여진다. 기계 샤프트, 회전 디스크 및 슬라이딩 몸체는 압축되어지는 작업매체가 존재하는 이른바 구동 공간내에 최소한 부분적으로 왕복 피스톤 기계의 하우징 내에 배치되는 것이 바람직하다.
본 발명의 개선에 있어서, 상기 슬라이딩 몸체는 그 리세스(recess) 영역내에 구동륜에 대해 작동하는 제 1 스톱면과 축상 단부면에 기게 샤프트에 위치하는 고정 요소에 대해 작동하는 제 2 스톱면을 가진다.
상기 스톱면들은 각각의 경우 축방향에서 슬라이딩 몸체의 동일 측면상에 구동륜에 대해 배치되고 기계 샤프트상에 슬라이드 몸체의 운동을 제한하기 위한 것이다. 상기 슬라이딩 몸체의 극단위치는, 회전디스크와 기계 샤프트가 최소각을 형성하고 피스톤이 회전디스크의 회전시 최대 행정을 수행할 때, 제 1 극단위치에 도달하는 경우 스톱면에 의해 한정된다.
이 경우, 제 1 스톱 면은 구동륜에 인접한다. 상기 제 2 극단 위치는, 회전디스크가 기계 샤프트와 거의 직각을 이루고 따라서 왕복 피스톤 기계의 피스톤이 회전디스크에 의해 움직이지 않는 "중립 위치"일 때 도달된다.
이 경우 상기 제 2 스톱면은 기계 샤프트상에 위치하는 고정 요소에 인접한다. 상기 고정요소는 상기 기계 샤프트로부터 해제가능한 보유 링으로 형성되는 것이 바람직하다.
본 발명의 다른 개선에서, 스프링 요소 특히 약한 컵 스프링은 고정요소와 슬라이딩 몸체의 제 2 스톱면 사이에 배치된다. 상기 스프링 요소는, 상기 슬라이딩 몸체가 상기 스프링요소를 제 2 스톱면과 함께 완전히 압축하고 회전디스크가 중립위치가 되는 방법으로 고정요소에 할당되는 것이 바람직하다.
상기 스프링요소는, 슬라이딩 요소가 제 2 극단위치 부근에 있을 때만 동작하는 것이 바람직하다. 변형된 실시예에서, 상기 스프링 요소는 슬라이딩 요소상의 힘균형을 위해 연속적으로 기능한다.
본 발명에 따른 왕복 피스톤 기계는 기계 샤프트와 면하는 내부에서 슬라이딩 몸체가 기계 샤프트를 통과하는 유출 구멍 특히 유출라인과 통하는 구멍이 형성된 공동을 둘러싸는 것으로 선택적으로 구별된다.
상기 구멍은 대응하는 압력보상으로 구동 공간으로부터 작업 매체를 방출하도록 기능하는 것이 바람직하다. 슬라이딩 몸체 내에 형성되는 공동은 슬라이딩 몸체의 내부에 하나이상의 넓은 그루브에 의해 형성되고 구멍 또는 유출라인으로 들어오는 흐름을 편향 및 안내하게된다. 슬라이딩 몸체와 기계샤프트가 결합회전함에 따라 원심력이 공동내에 위치한 작업 매체에 가해진다. 이를통해 흐르는 물질혼합물의 상분리(phase separation)가 공동내에서 발생할 수 있다.
본 발명의 개선에서, 상기 공동은 왕복 피스톤 기계의 구동공간으로 오리피스를 가지며, 상기 오리피스는 기계 샤프트에 형성된 유출라인의 출구로부터 기계샤프트의 회전축방향으로 이격되어 배치된다.
유출라인으로 공급되는 작업 매체는 먼저, 상기 오리피스를 통해 공동으로 가고 기계 샤프트의 회전축에 평행한 거리로 공동내로 안내되어 유출라인으로 가게된다. 상기 작업 매체의 액체 및 가스성분은 공동내에서 서로 분리되며, 특히 윤활제와 다른 액체는 가스 작업매체로부터 침전되어 대응하는 배치의 경우 중력에 의해 구동공간으로 복귀한다.
본 발명의 다른 개선에서, 상기 오리피스는 리세스(recess) 영역내에 배치된다. 이것은 유출라인의 출구로부터 충분히 이격되어 배치되는 비교적 큰 오리피스에 단순한 방법으로 이루어진다. 또한 특징들과 특징의 결합이 상세한 설명과 도면에 나타나며 본 발명의 다른 실시예는 도면에 단순하게 형성되어 도시되며 하기에서 더욱 상세히 설명된다.

도 1은 본 발명에 따른 왕복 피스톤 기계의 세로 단면도이다.

도 2는 도 1에 따른 왕복 피스톤 기계의 기능상태를 나타낸 단면도이다.

도 3은 왕복 피스톤 기계의 슬라이딩 몸체의 사시도이다.

도 4는 도 1 에 따른 왕복 피스톤 기계의 슬라이딩 몸체와 기계 샤프트의 단면도이다.

도 5는 왕복 피스톤 기계의 도 5와 관련되어 개선된 슬라이딩 몸체와 기계 샤프트의 단면도이다.

* 부호설명

1: 왕복 피스톤 시스템 2: 기계 샤프트

3: 기계 하우징 4: 피스톤

도 1은 차량의 에어컨디셔닝 시스템을 위한 냉동 콤프레서의 형태로 왕복 피스톤 기계의 단면도를 도시하고 있다. 상기 왕복 피스톤 시스템(1)은 기계하우징(3)내에 배치된 다수의 피스톤(4)을 가진다. 모든 피스톤 축(12)은 회전축(11)으로부터 고정거리로 배치된다. 즉, 실린더 엔벌롭상의 기계 샤프트(2)주위에 배치된다.
상기 피스톤(4)은 원통형 부싱(10)으로 안내되고 원통형 압축 공간(13)이 형성되어 피스톤(4)이 이른바 구동공간(14)(크랭크 케이스)으로부터 압축 공간(13)을 분리하게된다. 모든 피스톤 축(12)은 기계 샤프트의 회전축에 평행하다. 기계샤프트의 회전축은 하기에 더욱 상세히 설명되는 것과 같이 힘 변속 배치를 통해 피스톤(4)의 변속운동으로 변환된다.
슬라이딩 슬리브(9) 형태인 슬라이딩 몸체는 기계 샤프트(2)로 안내된다. 한상의 회전 디스크(5)는 차례로 슬라이딩 슬리브(9)에 장착되고 회전디스크(5)는 회전축(11) 방향과 평행한 슬라이딩 슬리브(9)와 결합되어 변위가능하다.
두 짧은 핀은 두 측면상의 슬라이딩 슬리브(9)에 부착되고 회전 디스크(5)가 회전가능하고 기계 샤프트의 회전축에 가로로 경사진 힌지 축(8)을 한정한다.
구동륜(7)은 기계 샤프트(2)의 리세스(2a)내에 고정된다. 구동륜(7)은 거의 직각으로 회전 디스크상의 방사상으로 열린 리셉터클(15)로 돌출하고 구형 분절 부분과 연결된다.(도 2 참조) 구동륜(7)이 기계 샤프트에 고정되기 때문에 회전디스크가 힌지축(8)주위를 회전하는 것은 슬라이딩 슬리브(9)의 변위에 연결된다. 왕복 피스톤 기계가작동할 때 기계 샤프트(2)의 회전은 구동륜(7)을 통해 회전디스크에 전달된다.(화살표 w 방향으로의 회전운동)
회전축(11)을 통해 진행하는 주 중간평면은 힌지축(8)에 수직으로 한정되고 압력 측면으로부터 왕복 피스톤 기계의 흡입측면을 분리한다. 주 중간 평면은 기계샤프트와 함께 회전한다. 회전 디스크(5)는 각 피스톤(40 영역에서 회전디스크가 회전운동(w)을 할때 회전디스크위로 슬라이드되는 결합배치(6)에 의해 둘러싸여진다.
기계 샤프트(2)에 대한 회전 디스크(5)의 경사(도 1 및 2에 도시)의 경우, 회전 디스크는 회전하는 동안 압력측면에 위치한 피스톤이 압력 운동을 수행하도록 하고 흡입측면에 위치한 피스톤이 흡입운동을 수행하도록 한다.
도 2는 기계 샤프트(2)와 피스톤(4)사이의 힘의 전달을 도시하고 있다.
왕복 피스톤 기계(2)의 구성과 기능에 대한 다른 특기할 점은 DE 197 49 727 A1을 참조로 할 수 있다. DE 197 49 727 A1에서 알려진 왕복 피스톤 기계의 설계 변형에서 슬라이딩 슬리브의 슬라이딩 운행은 구동륜에 대해 긴 홀이 인접함으로써 양 측면에서 제한된다. 이것은 구동륜이 긴 홀을 통하여 돌출하고 슬라이딩 슬리브가 눌려진후 오직 기계 샤프트로만 가압될 수 있다는 것을 의미한다. 이것은 상당히 고려할만한 장착에 있어서의 문제점이다.
본 발명에 따라 슬라이딩 슬리브(9)는 긴 홀 대신에 기계 샤프트(2)의 회전축방향으로 열리고 장착된 상태에서 구동륜(7)을 부분적으로 둘러싸는 리세스(9a)가 내부에 형성된다.
슬라이딩 슬리브가 그 제 1 하부 극단 위치에 있을 때 도 2 및 3에 도시된 바와 같이 구동륜(7)에 대해 인접하는 제 1 스톱 면(21)이 리세스(9a) 영역내의 슬라이딩 슬리브(9)에 형성된다.
슬라이딩 슬리브의 제 1 하부 극단 위치는 회전 디스크가 기계 샤프트(2)와 최소각을 형성하고 회전 디스크의회전시 피스톤이 최대 행정을 수행하는 회전 디스크(5)의 경사에 대응한다.
또한, 슬라이딩 슬리브(9)의 한 단부면(9b) 영역에서 제 2 스톱면(22)은 기계사프트상에 위치하는 대응부로 보유링의 형태인 고정요소가 할당되어 형성된다. 약한 컵 스프링(23)형태인 스프링 요소는 상기 보유링(20)과 스톱면(22)사이에 형성되는 것이 바람직하다. 슬라이딩 슬리브(9)가 그 제 2 상부 극단 위치에 있을 때, 컵스프링(23)에 대해 인접하고 이를 완전히 압박한다.
스프링 요소가 없는 실시예에서, 슬라이딩 슬리브는 보유링(20)에 대해 직접 인접한다. 슬라이딩 슬리브(9)가 제 2 극단 위치에 도달할 때, 히전디스크는 기계 샤프트와 거의 직각을 이루고 따라서 왕복 피스톤 기계의 피스톤이 회전디스크에 의해 움직이지 않는 "중립위치"에 있게된다.
컵 스프링(23)이 개입됨으로써, 회전 디스크(5)는 작동시킨후 즉시 전달 작동을 시작하도록 콤프레서가 압력 보상상태에 있을 때, 그 "중립위치"로부터 다소 이격되어 유지될 수 있다.
도 3은 본 발명에 따른 슬라이딩 슬리브(9)의 사시도이다. 장착된 상태에서 상기 스톱 면(21,22)은 회전축(11)방향에서 구동륜의 동일측면에 배치된다.
왕복 피스톤 기계(1)의 피스톤 행정과 이에따른 전달 부피는 회전 디스크(5)이 회전각도내에서 변형에 의해 발생한다. 회전각도는 피스톤(4)의 하부에 직접 작용하는 구동 공간(14)내의 회전압력으로 변하는 것이 바람직하다. 전단부피는 따라서 구동공간내의 압력의 변화로 규정된다. 이것은 예를들어 왕복 피스톤 기계에 의해 전달되는 작은 양의 작업 매체와 함께 고압측면으로부터 작은 드로틀(도시되지 않음)을 통해 일정하게 공급되는 구동 공간(14)과 통제 밸브에의해 결정되는 (적절한 경우 흡입측면을 향하여) 구동공간의 유출되는 작업매체의 양에 의해 수행된다.
상기 목적을 위해 기계 샤프트 내에서 유출라인이 제공되어 구멍(24,25)으로부터 매체가 구동공간(14)으로부터 해제될 수 있음에 따라 형성된다.
도 2는 구멍의 형태인 유출라인의 다른 실시예를 도시한다. 구멍(24,25)은 역시 도 4 및 5에 상세히 도시될 수 있다.
슬라이딩 슬리브의 내부의 큰 부분위로 전체 주위를 따라 연장되는 환상의 그루브(18)는 슬라이딩 슬리브(9)의 내부의 중간영역에 형성된다. 실치된 위치(도 1,2,4 및 5)에서 공동(17)은 슬라이딩 슬리브(9)와 기계 샤프트(2)사이에 형성된다. 공동(17)은 리세스(9a)에 의해 구동공간(14)에 연결되고 적절한 경우 다른 오리피스에 의해 연결된다.
구멍(25,26)은 리세스(9a)로 축상 분기하고 동축 유출 구멍(24)에 방사상 내부로 기계 샤프트(2)를 통하여 유도되어, 구동공간(14)이 구멍(25,26)을 통해 유출구멍(24)에 연결되도록 한다.
샤프트(2)내의 구멍(25)은 구멍(26)이 회전축(11)에 경사지게 진행하는동안 회전축(11)에 수직하게 진행하는 방법으로 배치된다.
왕복 피스톤 기계(1)가 작동중일 때, 구동공간(14)은 일반적으로 왕복 피스톤기계에 의해 압축되는 작업 매체(바람직하게는 가스)뿐만 아니라 윤활유 또는 물과 같은 특정 액체 성분을 더 포함한다.
이것은 작업 매체와 구동공간내의 다른 성분의 혼합으로 바람직하지 않게 될 수 있다. 환상의 공동(17)과 구멍(25,26)에 의해 액체 또는 고체 성분이 왕복 피스톤 기계의 작업매체로부터 침전될 수 있다. 이는 도 4 및 5에 상세히 도시된다.
점선을 가지는 화살표 A는 혼합물의 통로를 묘사하고 있다.
바람직하지 않은 액체 또는 고체성분의 침전이 증가됨에 따라 상기 성분은 점선으로 묘사된 화살표 B로 표시된 통로를 따라 특히 중력에 의해 구동공간(14)으로 복귀한다.
바람직하지 않은 성분이 공동(17)내로 침전되도록 혼합물은 얼마동안 상기 공동내에 머물러야 한다. 이와 같은 결과는 리세스(9a)근처의 공동(17)으로 인입점에 대해 구멍(25,26)의 축상분기하는 특징이 된다. 외부 및 복귀 흐름은 내부 유출흐름과 외부 복귀 흐름으로 원심력에 의해 공동(17)내에서 분리된다.
이러한 종류의 분리는 역시 특히 회전축(11)에 경사지게 배치되는 구멍(26)내에서 효과적으로 발생한다. 도 5에 따른 예시적인 실시예에서, 유출구멍(24)은 도 4에 따른 예시적인 실시예에서보다 더 짧다 즉, 더 낮은 깊이이다.
제안된 슬라이딩 슬리브는, 이들이 서로 고정연결되어 있을지라도 기계 샤프트와 드라이브위로 미끌어질 수 있다. 따라서
제 1 장착단계에서 기계샤프트내로 구동륜을 가압할 수 있거나 기계샤프트와 구동륜을 일체로 형성할 수 있다. 구동륜(7)에 가해지는 굽힘 응력은 샤프트내의 관련된 리세스에 지속될 수 있어 구동륜과 샤프트사이에 압력 끼움의 경우 미세변위가 압력 끼움결합에서 발생하기 때문에, 구동륜(7)의 굽힘력이 증가할 수 있다. 따라서, 구동륜과 샤프트가 일체로 구성되는 경우 굽힘이 감소할 수 있다.
구동륜과 샤프트의 더 높은 하중 지지력이 얻어지고 따라서 왕복 피스톤 기계의 작동성이 개선된다.

따라서, 본 발명에 따른 슬라이딩 슬리브는 원심력과 중력을 이용하여 왕복 피스톤 기계의 작업매체로부터 의도하지 않은 성분을 침전시켜 기계 샤프트 내의 유찰라인과 연결되어 순수한 작업매체가 구동공간으로부터 해제될 수 있고 이에따라, 통제력이 개선되고 왕복 피스톤 슬리브의 작동성이 개선될 수 있다.

Claims (6)

1. 삭제
2. 삭제
3. 삭제
4. 기계 샤프트(2), 기계 하우징 내의 기계 샤프트(2)주위에 환상으로 배치된 다수의 피스톤 및 환상의 회전디스크(5)로 구성되며,

   상기 회전디스크는 상기 기계 샤프트(2)에 의해 구동되며 구동력을 전달하기 위해 구동륜(7)을 통해 기계 샤프트에 분절방법으로 연결되고, 기계 샤프트에 가로로 경사진 힌지 축(8)주위에 회전가능하게 슬라이딩 몸체에 장착되며, 결합배치를 통해 피스톤과 연결되고,

   상기 슬라이딩 몸체(9)는 기계 샤프트의 회전축(11)방향으로 열리고 부분적으로 구동륜(7)을 둘러싸는 리세스(9a)를 가지며,

   상기 슬라이딩 몸체(9)의 리세스(9a) 영역내에는 구동륜(7)에 대해 작용하는 제 1 스톱면(21)이 형성되고, 상기 슬라이딩 몸체(9)의 한 축상 단부면(9b)상에는 기계샤프트상에 위치하는 고정요소(20)에 대해 작용하는 제 2 스톱면(22)이 형성되며,

   약한 컵 스프링을 포함하는 스프링 요소(23)가 고정요소(20)와 슬라이딩 몸체의 제 2 스톱면(22)사이에 배치되는 차량 에어 컨디셔닝 시스템을 위한 냉동 콤프레서와 같은 왕복 피스톤 기계에 있어서,

   왕복 피스톤 기계에 의해 가압되는 작업 매체로부터 액체 또는 고체 성분이 침전되도록, 내부면이 기계샤프트(2)와 면하는 슬라이딩 몸체(9)가 슬라이딩 몸체(9)의 각위치에서 기계 샤프트(2)를 통과하는 유출라인(24,25,26)이 내부로 통하는 공동(17)을 둘러싸고,

   상기 공동(17)은 왕복 피스톤 기계의 구동공간으로 오리피스(16)를 가지며, 상기 오리피스(16)는 기계 샤프트(2)에 형성된 유출라인(24,25,26)의 출구로부터 기계샤프트(11)의 회전축방향으로 이격되어 배치되는 것을 특징으로 하는 왕복 피스톤 기계.
5. 삭제
6. 제 4항에 있어서, 상기 오리피스(16)가 상기 리세스(9a)영역내에 배치되는 것을 특징으로 하는 왕복 피스톤 기계.

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