WO2022058321A1 - Kolben-zylinder-baugruppe für einen radialkolbenverdichter sowie radialkolbenverdichter - Google Patents

Kolben-zylinder-baugruppe für einen radialkolbenverdichter sowie radialkolbenverdichter Download PDF

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WO2022058321A1
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piston
cylinder
eccentric
transmission element
support surface
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PCT/EP2021/075257
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Ulf MÜLLER
Uwe Dietel
Sebastian Krause
Robert Reichelt
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thyssenkrupp Presta Ilsenburg GmbH
Thyssenkrupp Ag
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Definitions

  • Piston-cylinder assembly for a radial piston compressor and radial piston compressor
  • the invention relates to a piston-cylinder assembly for a radial piston compressor according to the preamble of claim 1 and a radial piston compressor having a plurality of piston-cylinder assemblies distributed uniformly in a circumferential direction.
  • the invention relates to a piston-cylinder assembly for a radial piston compressor that is used for compressing refrigerant, with CO2 (refrigerant R744) being used as the refrigerant.
  • This refrigerant is compressed in the high-pressure range to pressures of 140 bar or higher, so that the piston-cylinder assembly is subject to high mechanical loads.
  • the publication EP 1 553 291 A2 deals with a reciprocating piston machine which is said to be suitable as a compressor for a CO2 vehicle air conditioning system.
  • the reciprocating piston machine has radially directed piston-cylinder units distributed evenly over the circumference and an eccentric shaft.
  • the eccentric shaft extends through a housing body enclosing the cylinder and, by means of its eccentric, controls the stroke of the piston, ie the radially outwardly directed compression movement of the piston in the direction of top dead center of the piston movement.
  • the return movement of the pistons is controlled by a common control ring which engages in a recess in the pistons (cf. in particular FIG. 3 of EP 1 553 291 A2).
  • the disadvantage is that the control ring is in controlling sliding contact with the piston via an inner control surface. This sliding contact can lead to wear and component failure.
  • Another disadvantage is that the piston body has a flat contact surface (the “inner face 15”) at its end facing the eccentric, with which the piston is in direct contact with the outer ring of a roller bearing that is arranged on the eccentric. The piston body is therefore exposed to high loads. There is also a constant change in the contact surface between the piston and the bearing outer ring. From the document DE 102012 005 297 A1, a piston-cylinder assembly for a radial piston compressor is known, which is said to be suitable for compressing the refrigerant CO2 (refrigerant R744).
  • the stroke movement of the pistons is generated via an eccentric which is arranged on a drive shaft.
  • the eccentric has a roller bearing with a bearing outer ring.
  • a transmission element designed as a connecting rod is supported on the outer lateral surface of the bearing outer ring via a concave support surface.
  • a connecting rod eye is provided, via which the connecting rod is articulated to the piston by means of a gudgeon pin.
  • the piston therefore has a receiving bore for the piston pin.
  • the disadvantage of the piston-cylinder assembly known from DE 10 2012 005 297 A1 is that both the high forces occurring during the stroke movement/compression movement of the piston in the direction of top dead center (TDC) and the during the intake movement of the piston in The forces occurring in the direction of bottom dead center (UT) act on the connecting rod or the piston via the piston pin.
  • TDC top dead center
  • UT bottom dead center
  • the piston pin and the seating areas for the piston pin on the connecting rod represent component areas that are subjected to critical loads.
  • small-dimensioned radial piston compressors e.g.
  • the pistons have small diameters and the piston pins can also only have small diameters. Due to the high loads to which piston-cylinder assemblies of radial piston compressors for the refrigerant CO2 are exposed, very high surface pressures occur in the construction known from DE 10 2012 005297 A1, particularly in the connecting area of the piston pin/connecting rod eye. There is therefore a risk of wear and premature component failure of the piston pin and/or the connecting rod in the area of the connecting rod eye.
  • the piston itself is also exposed to high surface pressures due to the high loads that occur in the area of the bore for the piston pin. Therefore, wear and premature component failure can also occur in the piston.
  • Another disadvantage is that the bore for the piston pin mechanically weakens the piston.
  • the connecting rod takes up a large amount of space and has a relatively complex shape.
  • the connecting rod extends in the radial direction over a large length, and at its end facing the piston it has connecting rod eyes and at its end facing the eccentric it has active surfaces which interact with controls which are L-shaped in cross section. The reset movement is transmitted to the piston via the control rings.
  • the invention is based on the object of specifying a piston-cylinder assembly which is of robust design and at the same time compact, i.e. takes up little installation space. There should be no mechanical weakening of the piston and relatively low surface pressures should occur even at high compression pressures.
  • the object of the invention is also to specify a robust radial piston compressor which is suitable for the high pressures and large forces that occur when the refrigerant CO2 is compressed.
  • the piston-cylinder assembly according to the invention for a radial piston compressor comprises a piston, a cylinder bore in which the piston is arranged to be displaceable along a center line of the cylinder bore, a drive shaft with an axis of rotation and with a cylindrical eccentric whose center is spaced from the axis of rotation of the drive shaft , wherein the piston can be moved by the cylindrical eccentric during a rotary movement of the drive shaft in the cylinder bore in the radial direction away from the drive shaft outwards up to a top dead center (TDC), and a transmission element which transmits the movement of the eccentric to the piston to generate the movement of the piston in the cylinder bore away from the drive shaft outside, wherein the transmission element has a first support surface with which the transmission element is supported on a cylindrical surface of the eccentric.
  • TDC top dead center
  • the piston has a concave first active surface facing the transmission element and the transmission element has a convex second support surface facing the first active surface, the first active surface and the second support surface forming a positive connection effective in the circumferential direction of the eccentric, and it is a cylindrical piston guide ring is provided, through which the piston can be moved in the cylinder bore, starting from top dead center (TDC) in the radial direction towards the drive shaft and directed inwards to a bottom dead center (UT), the piston having a convex surface facing the inner surface of the piston guide ring has a shaped second effective surface, which forms an effective positive connection with the inner lateral surface of the piston guide ring in the direction of the center line of the cylinder bore.
  • TDC top dead center
  • UT bottom dead center
  • the stroke movement of the piston is therefore transmitted from the eccentric via the first support surface to the transmission element, and the transmission element transmits the stroke movement via the convex-shaped second support surface of the transmission element and the concave-shaped first effective surface of the piston to the piston.
  • a convex-shaped second active surface is formed on the piston, which is in active connection with the inner lateral surface of the piston guide ring.
  • the piston guide ring causes the return movement of the piston from top dead center OT to bottom dead center UT.
  • the surface pressure that occurs in the contact surface between the convex second support surface of the transmission element and the concave first effective surface of the piston is significantly lower, even at high compression pressures, than the surface pressure that occurs in the case of the document DE 10 2012 005 297 A1 in the area of the piston pin, the connecting rod eye and the location hole for the piston pin in the piston body.
  • the contact surface between the convex second support surface of the transmission element and the concave first effective surface of the piston is so large due to the shape of the two surfaces that even with the high Compression pressures that occur with radial piston compressors for the refrigerant CO2, the surface pressures do not reach critical values. This prevents premature wear of the components and the components achieve the required service life.
  • the transmission element can be made very compact, so that it only takes up a small amount of space, because the transmission element is not connected to the piston and no active surfaces have to be formed on the transmission element, which interact with a controller via which the return movement is transferred to the pistons.
  • the piston guide ring acts directly on the piston with its inner lateral surface via the second effective surface formed on the piston body.
  • the transmission element can therefore be very compact and its shape as well as its choice of material can be specially adapted for its task of transmitting the stroke movement for the compression stroke to the piston while at the same time taking up as little space as possible.
  • the compression stroke is where the greatest mechanical stress occurs during a piston work cycle. It is therefore advantageous that the construction according to the invention makes it possible to design the transmission element in such a way that it is optimally adapted to the task of transmitting the compression stroke movement.
  • the first support surface of the transmission element can be designed as a flat surface, e.g. as a flat surface in the shape of a circular disk.
  • the flat surface interacts with the cylindrical lateral surface of the eccentric or a cylindrical outer ring of a roller bearing arranged on the lateral surface of the eccentric.
  • the first support surface of the transmission element is a flat surface or a concave cylinder jacket section with a first support surface radius, the first support surface radius corresponding to the radius of the cylinder jacket surface of the eccentric. If the first support surface is designed as a flat surface, then there is line contact between the first effective surface and the cylinder jacket surface of the eccentric. Is the first support surface of the transmission element is designed as a concavely shaped cylinder jacket section, compared to an embodiment with a flat first support surface, a larger contact surface is achieved between eccentric and transmission element, which leads to lower surface pressures at a given mechanical load.
  • the second support surface of the transmission element is a cylinder jacket section with a second support surface radius and the first effective surface of the piston is a cylinder jacket section with a first effective surface radius, or the second support surface of the transmission element is a spherical surface section with a second support surface radius and the first Effective surface of the piston is a ball socket with a first effective surface radius, wherein the second support surface radius and the first effective surface radius are equal.
  • the piston is secured against twisting about its longitudinal axis.
  • Such an anti-twist device for the piston can be useful and advantageous if a constant angular position of the piston relative to the cylinder bore and the housing in which the cylinder bore is arranged is of interest.
  • the piston can have a piston valve which has to interact with an inflow channel arranged in the housing for the fluid to be compressed.
  • an axial lock In order to prevent the transmission element, which is designed as a cylinder jacket section, from migrating in the axial direction, there must be an axial lock.
  • Such an axial lock can be formed, for example, by contact surfaces protruding in the radial direction and/or by contact rings, snap rings or similar elements inserted in grooves in the piston body or the housing.
  • the piston can rotate about its longitudinal axis. However, it must not be secured against migration in the axial direction, because the spherical cap-shaped contact surface between the transmission element and the piston holds the transmission element in place in the axial direction.
  • the transmission element is automatically secured/centered axially to the axis of the piston by the spherical surface section and the ball socket. An additional axial securing of the transmission element is then not required.
  • the second effective surface of the piston is a cylinder jacket section with a second effective surface radius, the second support surface radius of the transmission element and the second effective surface radius of the piston having the same center point, the center point on the cylinder surface of the eccentric being the point in which the center line of the cylinder bore penetrates the cylinder surface of the eccentric, and the sum of the radius of the eccentric and the second effective surface radius of the piston corresponds to the radius of the inner lateral surface of the piston guide ring.
  • the piston guide ring is always in contact (without loss of contact) with the respective piston. This avoids additional contact changes and sliding displacement movements between the piston guide ring and the piston, which has dynamic advantages and advantages in terms of wear. Acoustic advantages are also achieved because there are no rattling noises.
  • a contact zone between the second support surface of the transmission element and the first effective surface of the piston and/or between the cylinder surface of the eccentric and the first support surface of the transmission element is slightly convex in the direction transverse to the radii of curvature of these surfaces.
  • This convex shape of the contact zone is also referred to as a "spherical shape".
  • One advantage of a convex or crowned shape of the contact zones mentioned is that any angular misalignments between the eccentric axis and a normal to the piston axis are compensated for.
  • the forces can also be easily transferred from the eccentric to the transmission element or from the transmission element to the piston when the eccentric axis is not exactly perpendicular to the longitudinal axis of the piston. Due to the convex or crowned shape of the contact zones, the piston-cylinder assembly according to the invention is insensitive to deviations in the angle between the eccentric axis of rotation and the longitudinal axis of the piston from the value of 90° that occur during production or during operation.
  • the eccentric can be a cylindrical disk connected to the drive shaft.
  • the eccentric can be formed integrally and in one piece with the drive shaft.
  • the transmission element can be supported directly with its first support surface on the cylindrical lateral surface of the eccentric.
  • the cylindrical surface of the eccentric is the cylindrical surface of the eccentric itself.
  • the cylinder surface of the eccentric is a cylindrical outer surface of an outer ring of a roller bearing, the roller bearing being arranged on the eccentric.
  • the rolling bodies of the rolling bearing can be in direct contact with the lateral surface of the eccentric, or a bearing inner ring can be arranged between the rolling elements and the lateral surface of the eccentric.
  • the outer lateral surface of the bearing outer ring then forms the cylinder surface of the eccentric, which interacts with the first support surface of the transmission element.
  • the roller bearing considerably reduces the friction between the eccentric and the transmission element in comparison to a construction in which the transmission element is supported with its first support surface directly on the lateral surface of the eccentric.
  • two piston guide rings are provided, which are arranged spaced apart from one another in the axial direction of the eccentric, with two second active surfaces being formed on the piston, with each second active surface being assigned to an inner lateral surface of a piston guide ring.
  • At least part of the second effective surface formed on the piston or parts of the second effective surface formed on the piston are offset outwards in the direction perpendicular to the center line of the piston and in direction perpendicular to the first effective surface of the piston interacting with the transmission element spaced radially outward from the centerline of the piston.
  • the piston-cylinder assembly takes up little space both in the axial direction of the eccentric and in the radial direction of the eccentric and is very compact.
  • the transmission element is made from a metal or a metal alloy with a low coefficient of sliding friction, in particular from copper, bronze or a brass alloy. Due to the low surface pressures to which the transmission element is exposed in the construction according to the invention, the material for the transmission element can be selected so that the sliding friction between the transmission element and the cylinder surface of the eccentric or the first effective surface of the piston is minimized. In addition to the advantage of lower sliding friction, favorable properties with regard to emergency operation and insufficient lubrication are also achieved with the choice of material.
  • the first support surface of the transmission element and/or the first effective surface of the piston has a recess that forms a lubricant reservoir. This ensures an adequate supply of lubricant to the contact surfaces at all times.
  • FIG. 1 shows a first embodiment of a piston-cylinder assembly according to the invention in a radial half section
  • FIG. 2 shows a second embodiment of a piston-cylinder assembly according to the invention in a radial half section;
  • FIG. 3 shows an enlarged view of area D from FIG. 2;
  • FIG. 4 shows a third embodiment of a piston-cylinder assembly according to the invention in a radial half section
  • FIG. 5 shows a fourth embodiment of the piston-cylinder assembly according to the invention in an exploded view
  • FIG. 7 shows a radial piston compressor with piston-cylinder assemblies according to the invention.
  • the piston-cylinder assembly includes a drive shaft 4, not shown in detail in FIG. 1. Only the axis of rotation 5 of the drive shaft 4 is shown in FIG. Pistons 1 are distributed around the drive shaft 4 in the circumferential direction.
  • the center point 7 of the eccentric 6 is offset by a distance from the axis of rotation 5 of the drive shaft 4 to generate the eccentricity.
  • the eccentric 6 has a cylindrical surface 10 with a radius 17 as the lateral surface.
  • the piston-cylinder assembly according to the invention also includes a cylindrical piston guide ring 13 which has an inner lateral surface 14 .
  • a transmission element 8 is arranged between the eccentric 6 and the piston 1 of a piston-cylinder assembly. With the transmission element 8, the stroke of the eccentric 6 is transmitted to the piston 1, so that it can start the compression movement in Executes towards top dead center OT.
  • the transmission elements 8 are supported directly on the cylinder surface 10 of the eccentric 6 via a first support surface 9 .
  • the first support surface 9 is designed as a concavely curved cylinder jacket section surface with a first support surface radius 16 .
  • the first support surface radius 16 corresponds to the radius 17 of the cylinder surface 10.
  • the first support surface 9 and the cylinder surface 10 are thus designed to be complementary to one another.
  • the first support surface 9 could also have a concave shape that differs from the circular ring shape.
  • the transmission element 8 has a convex-shaped second support surface 12 .
  • the second support surface 12 is designed as a cylinder jacket section surface with a second support surface radius 19 .
  • the second support surface 12 could also have a convex shape deviating from the cylindrical shape instead of a cylinder jacket section shape.
  • the piston 1 is supported on the second support surface 12 of the transmission element 8 via a first active surface 11 formed on the piston 1 .
  • the first effective surface 11 of the piston 1 is concave in shape.
  • the first effective surface 11 of the piston 1 is designed as a concave cylinder jacket section surface with a first effective surface radius 22 which corresponds to the second support surface radius 19 .
  • the first active surface 11 of the piston 1 and the second support surface 12 of the transmission element 8 are thus designed to be complementary to one another.
  • the first effective surface 11 of the piston 1 could also have a concave shape that deviates from the cylindrical shape.
  • a convex-shaped second effective surface 15 is formed on the piston 1 .
  • the second effective surface 15 of the piston 1 is a cylinder jacket section surface with a second effective surface radius 20.
  • the piston is in positive engagement with the inner lateral surface 14 of the piston guide ring 13 via the second effective surface 15.
  • the positive fit is effective in the direction of the center line 3 of the cylinder bore 2
  • the restoring movement is transmitted to the second effective surface 15 of the piston 1 by the piston guide ring 13, ie the Movement with which the piston 1 is moved from the top dead center OT to the bottom dead center UT of the piston movement.
  • the second supporting surface radius 19 of the transmission element 8 and the second effective surface radius 22 of the piston 1 have the same center point 21.
  • the center point 21 corresponds to that point at which the center line 3 of the cylinder bore 2 pierces the cylinder surface 10 of the eccentric 6 .
  • This design measure ensures that the sum of the radius 17 of the cylinder surface 10 and the second effective surface radius 22 of the piston 1 corresponds to the radius 23 of the inner lateral surface 14 of the piston guide ring 13 . This ensures that the piston guide ring 13 never loses contact with its inner lateral surface 14, i.e. in any angular position of the eccentric 6 or the drive shaft 4, with the second effective surface 15 of the piston 1.
  • the piston guide ring 13 is always in contact (without loss of contact) with the respective piston 1 .
  • This avoids additional contact changes and sliding displacement movements between the piston guide ring 13 and the piston 1, which has dynamic advantages with regard to the kinematics of the movement sequence and advantages in terms of wear. Acoustic advantages are also achieved because there are no rattling noises or other disturbing noises.
  • the piston guide ring 13 guides the pistons 1 on the eccentric 6 (or on the bearing outer ring 25, cf. the following exemplary embodiments two, three and four) and prevents the piston 1 from “lifting” from the cylinder surface 10 (or the outer lateral surface 24 of the outer ring 25 of the roller bearing 26) during a downward movement/return movement of the piston 1.
  • the piston guide ring 13 slides on the second active surface 15 formed on the piston 1.
  • the piston guide ring 13 keeps the piston 1 and the transmission elements 8 in sliding contact with the eccentric 6 (or with an outer bearing ring 25 of a roller bearing 26 arranged on the eccentric according to the embodiments of the invention described below).
  • FIG. 2 shows a second embodiment of a piston-cylinder assembly according to the invention in a radial half section.
  • This second embodiment differs from the first embodiment shown in FIG. 1 in that a roller bearing 26 with an outer ring 25 and roller bodies 28 is arranged on the eccentric 6 .
  • transmission elements 8 are not supported directly on the lateral surface of the eccentric 6, but are supported on the outer lateral surface 24 of the bearing outer ring 25.
  • the cylinder jacket surface 10 of the eccentric is thus formed by the outer jacket surface 24 of the bearing outer ring 25 of the roller bearing 26 .
  • the description of the first embodiment also applies to the second embodiment.
  • the roller bearing 26 is arranged on the eccentric 6 .
  • the rolling bodies 28 of the rolling bearing 26 roll directly on the lateral surface of the eccentric 6 in the exemplary embodiment shown.
  • a bearing inner ring it would also be possible for a bearing inner ring to be provided, on which the rolling bodies 28 roll.
  • the rolling elements 28 are held by a cage 29 or are guided by it.
  • the roller bearing 26 can be designed, for example, as a needle bearing or as a cylindrical roller bearing.
  • the friction is significantly reduced compared to the first embodiment of the invention.
  • the outer lateral surface 24 of the bearing outer ring 25 can be hardened more easily than the lateral surface of the eccentric 6. This applies in particular when the eccentric 6 is integrally formed in one piece with the drive shaft 4 (not shown in FIG. 2). It can be advantageous to harden the surface on which the transmission elements 8 are supported with their first support surface 9 . Particularly in the case of radial piston compressors for the refrigerant CO2, hardening of the surface with which the transmission elements 8 are in contact via their first support surface may be necessary to avoid premature wear due to the high forces and surface pressures that occur. It is then easier to harden a separate outer ring of the roller bearing 26 as a single component than to harden the outer surface of an eccentric 6 that is formed integrally and in one piece with the drive shaft 4.
  • Fig. 3 shows an enlarged view of area D of the second exemplary embodiment from Fig. 2.
  • the radius 23 of the inner lateral surface 14 of the piston guide ring 13 and the radius 17 of the cylinder surface 10 are shown, with the cylinder surface 10 being replaced by the outer lateral surface 24 of the outer ring 25 of the roller bearing 26 is formed. Also shown are the first supporting surface radius 16 and the second effective surface radius 20.
  • the first supporting surface 9 is designed as a flat, circular or disk-shaped surface, not as a concave surface as in the second exemplary embodiment.
  • the transmission element 8 tilts relative to the piston 1 as a result of the movement of the eccentric 6 .
  • the transmission element 8 slides with its convex-shaped second support surface 12 in relation to the concave-shaped first active surface 11 of the piston 1.
  • the transmission element 8 also slides with its flat first support surface 9 relative to the outer lateral surface 24 of the outer ring 25 of the roller bearing 26.
  • FIG. 5 shows a fourth embodiment of the piston-cylinder assembly according to the invention in an exploded view.
  • the transmission elements 8 are supported on the outer ring 25 of the roller bearing 26 .
  • the eccentric 6 is not shown in FIG.
  • the second effective surface 15 of the piston 1 is also formed in exactly the same way and interacts with the inner circumferential surface 14 of the piston guide ring 13 in exactly the same way as in the first to third embodiments.
  • the basic functionality corresponds to that of the first to third
  • Piston 1 offers additional advantages:
  • the transmission element 8 is accommodated in the ball socket of the piston 1 in an axially secured manner. Additional axial securing to prevent the transmission element 8 from moving out axially (and which is required for the transmission element 8 with the cylindrical jacket section of the second support surface 12) can be dispensed with in the case of the second support surface 12 designed as a spherical cap and the first active surface 11 designed as a ball socket will.
  • Fig. 6 the piston 1 and the transmission element 8 according to the fourth embodiment of the invention are shown as individual components.
  • the concave, spherical cap-shaped first active surface 11 of the piston 1 forms a ball socket (or spherical cavity) in which the convex, spherical cap-shaped second support surface 12 of the transmission element 8 is accommodated in the assembled state of the piston-cylinder assembly.
  • the underside of the transmission element 8 facing the eccentric ⁇ (not shown in FIG. 6) is flat, ie the first support surface 9 is a flat surface.
  • the planar first support surface 9 means that the transmission element 8 can rotate freely in the circumferential direction relative to the piston 1 . Due to the line contact with the outer lateral surface 24 of the bearing outer ring 25 (not shown in FIG. 6), the surface pressures on the transmission element 8 are admittedly higher than in a transmission element 8, which is designed according to the second embodiment of the invention. However, if the transmission element 8 is made, for example, from roller bearing steel and is hardened (for example 100Cr6 hardened), it can withstand the increased surface pressures.
  • the first support surface 9 of the transmission element 8 and the first effective surface 11 of the piston 1 have a recess 30 forming a lubricant reservoir in the exemplary embodiment shown.
  • Lubricant e.g. lubricating oil
  • These lubricant reservoirs ensure that there is always sufficient lubricant in the contact surfaces.
  • the piston-cylinder assemblies are designed according to the second embodiment of the invention, i.e. the transmission elements 8 have concave first support surfaces 9 in the shape of a section of a cylinder and the second support surfaces 12 of the transmission elements 8 are designed in the shape of a section of a cylinder and act with first active surfaces 11 in the shape of a section of a cylinder Piston 1 together.
  • the piston-cylinder assemblies could also be designed according to the first, third or fourth embodiment of the invention.
  • the cylinder bores 2 are arranged in a cylinder block 27 .
  • the individual pistons 1 are driven via a single drive shaft 4 with an eccentric 6.
  • all the details that a complete radial piston compressor has are not shown in FIG. For example, all valve arrangements and inflow and outflow channels for the refrigerant are missing. Due to the piston-cylinder assemblies according to the invention, the radial piston compressor according to FIG.
  • FIG. 8 the differences between the second and the fourth embodiment of the invention are shown again in a comparison.
  • the representation of A) on the left shows the second embodiment of the invention.
  • the transmission element 8 has a concave cylinder jacket section surface trained first support surface 9 and designed as a convex cylinder jacket section surface second support surface 12.
  • the first active surface 11 of the piston 1 is accordingly designed as a concave cylinder jacket section surface.
  • the fourth embodiment of the invention is shown on the right-hand side under B).
  • the transmission element 8 has a flat first support surface 9 and a second support surface 12 designed as a spherical surface section or spherical surface segment.
  • the first active surface 11 of the piston 1 is accordingly designed as a ball socket.
  • the second supporting surface radius 19 should always be slightly smaller than the first effective surface radius 22 on the piston 1.
  • the first support surface radius 9 on the transmission element 8 should always be slightly larger than the radius 17 of the cylinder surface 10 or the radius of the outer lateral surface 24 of the outer ring 25 of the roller bearing 26.

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Kolben-Zylinder-Baugruppe für einen Radialkolbenverdichter mit einer Antriebswelle (4) mit einem zylinderförmigen Exzenter (6) für die Führung der Bewegung es Kolbens zu einem oberen Totpunkt und mit einem zylinderförmigen Kolbenführungsring (13) für die Führung der Bewegung es Kolbens zu einem unteren Totpunkt, sowohl der Exzenter als auch der Kolbenführungsring stehen mit dem Kolben mit jeweiligen konkav/ konvexen Berührungsflächen zur formschlüssigen Übertragung der Kräfte in Verbindung.

Description

Beschreibung
Titel
Kolben-Zylinder-Baugruppe für einen Radialkolbenverdichter sowie Radialkolbenverdichter
Die Erfindung betrifft eine Kolben-Zylinder-Baugruppe für einen Radialkolbenverdichter nach dem Oberbegriff von Anspruch 1 sowie einen Radialkolbenverdichter mit einer Mehrzahl von in einer Umfangsrichtung gleichmäßig verteilt angeordneten Kolben- Zylinder-Baugruppen. Insbesondere betrifft die Erfindung eine Kolben-Zylinder- Baugruppe für einen Radialkolbenverdichter, der zum Verdichten von Kältemittel verwendet wird, wobei als Kältemittel CO2 (Kältemittel R744) zum Einsatz kommt. Dieses Kältemittel wird im Hochdruckbereich auf Drücke von 140 bar oder höher verdichtet, so dass es zu hohen mechanischen Belastungen der Kolben-Zylinder- Baugruppe kommt.
Die Druckschrift EP 1 553 291 A2 befasst sich mit einer Hubkolbenmaschine, die sich als Kompressor einer CO2-Fahrzeugklimaanlage eignen soll. Die Hubkolbenmaschine weist radial gerichtete, gleichmäßig über den Umfang verteilt angeordnete Kolben- Zylindereinheiten und eine Exzenterwelle auf. Die Exzenterwelle erstreckt sich durch einen die Zylinder einschließenden Gehäusekörper und steuert mittels ihres Exzenters den Hub der Kolben, d.h. die radial nach außen gerichtete Verdichtungsbewegung des Kolbens in Richtung oberer Totpunkt der Kolbenbewegung. Die Rückstellbewegung der Kolben wird durch einen gemeinsamen, in eine Aussparung der Kolben eingreifenden Steuerring gesteuert (vgl. insbesondere Fig. 3 der EP 1 553 291 A2). Nachteilig ist, dass der Steuerring über eine innere Steuerfläche in steuerndem Gleitkontakt mit dem Kolben steht. Dieser Gleitkontakt kann zu Verschleiß und Bauteilversagen führen. Nachteilig ist außerdem, dass der Kolbenkörper an seinem dem Exzenter zugewandten Ende eine plane Kontaktfläche (die „innere Stirnfläche 15“) aufweist, mit der der Kolben in direktem Kontakt steht mit dem Außenring eines Wälzlagers, das auf dem Exzenter angeordnet ist. Der Kolbenkörper ist daher hohen Belastungen ausgesetzt. Auch kommt es zu einem ständigen Wechsel der Kontaktfläche zwischen Kolben und Lageraußenring. Aus der Druckschrift DE 102012 005 297 A1 ist eine Kolben-Zylinder-Baugruppe für einen Radialkolbenverdichter bekannt, der für das Verdichten des Kältemittels CO2 (Kältemittel R744) geeignet sein soll. Die Hubbewegung der in Umfangsrichtung gleichmäßig verteilt in Zylinderbohrungen angeordneten Kolben wird über einen Exzenter erzeugt, der an einer Antriebswelle angeordnet ist. Der Exzenter weist ein Wälzlager mit einem Lageraußenring auf. Auf der Außenmantelfläche des Lageraußenrings stützt sich ein als Pleuel ausgebildetes Übertragungselement über eine konkav geformte Stützfläche ab. An dem von der Stützfläche beabstandeten Ende des Pleuels ist ein Pleuelauge vorgesehen, über welches der Pleuel mittels eines Kolbenbolzens mit dem Kolben gelenkig verbunden ist. Der Kolben weist daher eine Aufnahmebohrung für den Kolbenbolzen auf.
Nachteilig an der aus der DE 10 2012 005 297 A1 bekannten Kolben-Zylinder- Baugruppe ist, dass sowohl die im Rahmen der HubbewegungA/erdichtungsbewegung des Kolbens in Richtung oberer Totpunkt (OT) auftretenden hohen Kräfte als auch die im Rahmen der Einsaugbewegung des Kolbens in Richtung unterer Totpunkt (UT) auftretenden Kräfte über den Kolbenbolzen auf den Pleuel bzw. auf den Kolben einwirken. Insbesondere bei den Radialkolbenverdichtern für das Kältemittel CO2, bei denen hohe Drücke und damit große Kräfte und Flächenpressungen auftreten, stellen der Kolbenbolzen und die Aufnahmebereiche für den Kolbenbolzen an dem Pleuel Bauteilbereiche dar, die einer kritischen Belastung unterworfen sind. Speziell bei klein dimensionierten Radialkolbenverdichtern z.B. für Klimaanlagen für Kraftfahrzeuge weisen die Kolben kleine Durchmesser auf und die Kolbenbolzen können ebenfalls nur geringe Durchmesser aufweisen. Aufgrund der hohen Belastungen, denen Kolben- Zylinder-Baugruppen von Radialkolbenverdichtern für das Kältemittel CO2 ausgesetzt sind, treten bei der aus DE 10 2012 005297 A1 bekannten Konstruktion insbesondere im Verbindungsbereich Kolbenbolzen/Pleuelauge sehr hohe Flächenpressungen auf. Daher besteht die Gefahr von Verschleiß und eines vorzeitigen Bauteilversagens des Kolbenbolzens und/oder des Pleuels im Bereich des Pleuelauges.
Auch der Kolben selbst ist aufgrund der auftretenden hohen Belastungen im Bereich der Aufnahmebohrung für den Kolbenbolzen hohen Flächenpressungen ausgesetzt. Daher kann auch bei dem Kolben Verschleiß und vorzeitiges Bauteilversagen auftreten. Ein weiterer Nachteil ist, dass die Aufnahmebohrung für den Kolbenbolzen den Kolben mechanisch schwächt.
Darüber hinaus ist bei der aus dem Dokument DE 10 2012 005297 A1 bekannten Koben-Zylinder-Baugruppe nachteilig, dass der Pleuel einen großen Bauraum in Anspruch nimmt und relativ komplex geformt ist. Der Pleuel erstreckt sich in radialer Richtung über eine große Länge, und er weist an seinem dem Kolben zugewandten Ende Pleuelaugen und an seinem dem Exzenter zugewandten Ende Wirkflächen auf, die mit im Querschnitt L-förmigen Steuerungen Zusammenwirken. Über die Steuerringe wird die Rückstellbewegung auf den Kolben übertragen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde eine Kolben-Zylinder-Baugruppe anzugeben, die robust ausgebildet und gleichzeitig kompakt ist, d.h. wenig Bauraum in Anspruch nimmt. Es soll keine mechanische Schwächung des Kolbens auftreten und auch bei hohen Verdichtungsdrücken sollen relativ geringe Flächenpressungen auftreten. Aufgabe der Erfindung ist es auch einen robusten Radialkolbenverdichter anzugeben, der für die bei der Verdichtung des Kältemittels CO2 auftretenden hohen Drücke und großen Kräfte geeignet ist.
Gelöst wird diese Aufgabe durch eine Kolben-Zylinder-Baugruppe mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs 1 und durch einen Radialkolbenverdichter mit den Merkmalen des Patentanspruchs 11. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen, der nachfolgenden Beschreibung sowie den Zeichnungen.
Die erfindungsgemäße Kolben-Zylinder-Baugruppe für einen Radialkolbenverdichter umfasst einen Kolben, eine Zylinderbohrung, in der der Kolben entlang einer Mittellinie der Zylinderbohrung verschiebbar angeordnet ist, eine Antriebswelle mit einer Rotationsachse und mit einem zylinderförmigen Exzenter, dessen Mittelpunkt von der Rotationsachse der Antriebswelle beabstandet ist, wobei der Kolben durch den zylinderförmigen Exzenter bei einer Drehbewegung der Antriebswelle in der Zylinderbohrung in radialer Richtung von der Antriebswelle weg nach außen gerichtet bis zu einem oberen Totpunkt (OT) bewegbar ist, und ein Übertragungselement, welches die Bewegung des Exzenters auf den Kolben überträgt zur Erzeugung der von der Antriebswelle weg gerichteten Bewegung des Kolbens in der Zylinderbohrung nach außen, wobei das Übertragungselement eine erste Stützfläche aufweist, mit der sich das Übertragungselement auf einer Zylinderfläche des Exzenters abstützt.
Erfindungsgemäß weist der Kolben eine dem Übertragungselement zugewandte, konkav geformte erste Wirkfläche und das Übertragungselement eine der ersten Wirkfläche zugewandte, konvex geformte zweite Stützfläche auf, wobei die erste Wirkfläche und die zweite Stützfläche eine in Umfangsrichtung des Exzenters wirksame formschlüssige Verbindung ausbilden, und es ist ein zylinderförmiger Kolbenführungsring vorgesehen, durch welchen der Kolben in der Zylinderbohrung ausgehend von dem oberen Totpunkt (OT) in radialer Richtung zur Antriebswelle hin nach innen gerichtet bis zu einem unteren Totpunkt (UT) bewegbar ist, wobei der Kolben eine einer Innenmantelfläche des Kolbenführungsrings zugewandte, konvex geformte zweite Wirkfläche aufweist, die mit der Innenmantelfläche des Kolbenführungsrings eine in Richtung der Mittellinie der Zylinderbohrung wirksame formschlüssige Verbindung ausbildet.
Im Rahmen der Erfindung wird also die Hubbewegung des Kolbens von dem Exzenter über die erste Stützfläche auf das Übertragungselement übertragen, und das Übertragungselement überträgt die Hubbewegung über die konvex geformte zweite Stützfläche des Übertragungselements und die konkav geformte erste Wirkfläche des Kolbens auf den Kolben. Gleichzeitig ist an dem Kolben eine konvex geformte zweite Wirkfläche ausgebildet, die mit der Innenmantelfläche des Kolbenführungsrings in Wirkverbindung steht. Der Kolbenführungsring bewirkt die Rückstellbewegung des Kolbens aus dem oberen Totpunkt OT hin zum unteren Totpunkt UT.
Bei der erfindungsgemäßen Kolben-Zylinder-Baugruppe ist die Flächenpressung, die in der Berührfläche zwischen der konvexen zweiten Stützfläche des Übertragungselements und der konkaven ersten Wirkfläche des Kolbens auftritt, auch bei hohen Verdichtungsdrücken wesentlich geringer als die Flächenpressungen, die bei der aus dem Dokument DE 10 2012 005 297 A1 bekannten Konstruktion im Bereich des Kolbenbolzens, des Pleuelauges und der Aufnahmebohrung für den Kolbenbolzen in dem Kolbenkörper auftreten. Die Berührfläche zwischen der konvexen zweiten Stützfläche des Übertragungselements und der konkaven ersten Wirkfläche des Kolbens ist aufgrund der Form der beiden Flächen so groß, dass auch bei den hohen Verdichtungsdrücken, die bei Radialkolbenverdichtern für das Kältemittel CO2 auftreten, die Flächenpressungen keine kritischen Werte erreichen. Ein vorzeitiger Verschleiß der Bauteile wird damit vermieden und die Bauteile erreichen die geforderte Lebensdauer.
Bei der erfindungsgemäßen Konstruktion kann das Übertragungselement sehr kompakt ausgebildet werden, so dass es nur einen kleinen Bauraum einnimmt, weil das Übertragungselement nicht mit dem Kolben verbunden wird und an dem Übertragungselement keine Wirkflächen ausgebildet werden müssen, die mit einem Steuerung Zusammenwirken, über den die Rückstellbewegung auf die Kolben übertragen wird. Denn um die Rückstellbewegung auf den Kolben zu übertragen wirkt erfindungsgemäß der Kolbenführungsring mit seiner Innenmantelfläche über die an dem Kolbenkörper ausgebildete zweite Wirkfläche direkt auf den Kolben ein. Das Übertragungselement kann daher sehr kompakt ausgebildet sein und sowohl hinsichtlich seiner Formgebung als auch hinsichtlich seiner Werkstoffauswahl speziell für seine Aufgabe angepasst werden, die Hubbewegung für den Verdichtungshub auf den Kolben zu übertragen und dabei gleichzeitig möglichst wenig Bauraum zu beanspruchen. Bei dem Verdichtungshub treten während eines Arbeitszyklus des Kolbens die größten mechanischen Belastungen auf. Von daher ist es vorteilhaft, dass die erfindungsgemäße Konstruktion es ermöglicht, das Übertragungselement so auszubilden, dass es optimal an die Aufgabe der Übertragung der Verdichtungshubbewegung angepasst ist.
Die erste Stützfläche des Übertragungselements kann als ebene Fläche, z.B. als ebene kreisscheibenförmige Fläche ausgebildet sein. In diesem Fall wirkt die ebene Fläche mit der zylinderförmigen Mantelfläche des Exzenters bzw. einem zylinderförmigen Außenring eines auf der Mantelfläche des Exzenters angeordneten Wälzlagers zusammen.
Nach einer Ausführungsform der Erfindung ist die erste Stützfläche des Übertragungselements eine ebene Fläche oder ein konkav geformter Zylindermantelabschnitt mit einem ersten Stützflächenradius, wobei der erste Stützflächenradius dem Radius der Zylindermantelfläche des Exzenters entspricht. Ist die erste Stützfläche als ebene Fläche ausgebildet, so besteht zwischen der ersten Wirkfläche und der Zylindermantelfläche des Exzenters eine Linienberührung. Ist die erste Stützfläche des Übertragungselements als konkav geformter Zylindermantelabschnitt ausgebildet, so wird im Vergleich zu einer Ausführungsform mit einer ebenen ersten Stützfläche eine größere Berührfläche zwischen Exzenter und Übertragungselement erreicht, was bei einer gegebenen mechanischen Belastung zu geringeren Flächenpressungen führt.
Nach einer Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass die zweite Stützfläche des Übertragungselements ein Zylindermantelabschnitt mit einem zweiten Stützflächenradius und die erste Wirkfläche des Kolbens ein Zylindermantelabschnitt mit einem ersten Wirkflächenradius ist, oder wobei die zweite Stützfläche des Übertragungselements ein Kugelflächenabschnitt mit einem zweiten Stützflächenradius und die erste Wirkfläche des Kolbens eine Kugelpfanne mit einem ersten Wirkflächenradius ist, wobei der zweite Stützflächenradius und der erste Wirkflächenradius gleich groß sind.
Wenn die zweite Stützfläche des Übertragungselements und die erste Wirkfläche des Kolbens als Zylindermantelabschnitte mit gleichem Radius ausgebildet sind, dann ist der Kolben gegen ein Verdrehen um seine Längsachse gesichert. Eine solche Verdrehsicherung des Kolbens kann sinnvoll und vorteilhaft sein, wenn eine konstante Winkellage des Kolbens relativ zu der Zylinderbohrung und dem Gehäuse, in dem die Zylinderbohrung angeordnet ist, von Interesse ist. Zum Beispiel kann der Kolben ein Kolbenventil aufweisen, welches mit einem in dem Gehäuse angeordneten Zuströmkanal für das zu verdichtende Fluid Zusammenwirken muss.
Um ein Auswandern des als Zylindermantelabschnitt ausgebildeten Übertragungselements in axialer Richtung zu verhindern, muss eine Axialsicherung vorhanden sein. Eine solche Axialsicherung kann z.B. durch in radialer Richtung vorstehende Anlaufflächen und/oder durch in Nuten des Kolbenkörpers oder des Gehäuses eingesetzte Anlaufringe, Sprengringe oder ähnliche Elemente gebildet sein.
Wenn die zweite Stützfläche des Übertragungselements als Kugelflächenabschnitt und die erste Wirkfläche des Kolbens als Kugelpfanne mit gleichem Radius ausgebildet sind, dann kann sich der Kolben um seine Längsachse verdrehen. Er muss jedoch nicht gegen ein Auswandern in axialer Richtung gesichert werden, weil die kugelkalottenförmige Berührungsfläche zwischen Übertragungselement und Kolben das Übertragungselement in Axialrichtung an Ort und Stelle hält. Das Übertragungselement ist durch den Kugelflächenabschnitt und die Kugelpfanne zur Achse des Kolbens automatisch axial gesichert/zentriert. Eine zusätzliche Axialsicherung des Übertragungselements ist dann nicht erforderlich.
Nach einer Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass die zweite Wirkfläche des Kolbens ein Zylindermantelabschnitt mit einem zweiten Wirkflächenradius ist, wobei der zweite Stützflächenradius des Übertragungselements und der zweite Wirkflächenradius des Kolbens denselben Mittelpunkt aufweisen, wobei der Mittelpunkt auf der Zylinderfläche des Exzenters der Punkt ist, in dem die Mittellinie der Zylinderbohrung die Zylinderfläche des Exzenters durchstößt, und wobei die Summe aus dem Radius des Exzenters und dem zweiten Wirkflächenradius des Kolbens dem Radius der Innenmantelfläche des Kolbenführungsrings entspricht. Dadurch wird erreicht, dass der als Kreisring ausgebildete Kolbenführungsring mit seiner Innenmantelfläche niemals, d.h. in keiner Winkelstellung des Exzenters, den Kontakt zur zweiten Wirkfläche des Kolbens verliert. Der Kolbenführungsring steht auf diese Weise immer in Kontakt (ohne Kontaktverlust) zum jeweiligen Kolben. Damit werden zusätzliche Kontaktwechsel und gleitende Verschiebebewegungen zwischen Kolbenführungsring und Kolben vermieden, was dynamische Vorteile und verschleißtechnische Vorteile hat. Auch akustische Vorteile werden dadurch erreicht, weil keine Klappergeräusche entstehen.
Nach einer Ausführungsform der Erfindung ist eine Kontaktzone zwischen der zweiten Stützfläche des Übertragungselements und der ersten Wirkfläche des Kolbens und/oder zwischen der Zylinderfläche des Exzenters und der ersten Stützfläche des Übertragungselements in Richtung quer zu den Krümmungsradien dieser Flächen leicht konvex ausgebildet. Diese konvexe Form der Kontaktzone wird auch als „ballige Form“ bezeichnet. Ein Vorteil einer konvexen oder balligen Form der genannten Kontaktzonen besteht darin, dass eventuell vorhandene Winkelschiefstellungen zwischen der Exzenterachse und einer Kolbenachsennormalen ausgeglichen werden. Dadurch können die Kräfte von dem Exzenter auf das Übertragungselement bzw. von dem Übertragungselement auf den Kolben auch dann problemlos übertragen werden, wenn die Exzenterachse nicht exakt rechtwinkelig zu der Längsachse des Kolbens verläuft. Durch die konvexe oder ballige Form der Kontaktzonen ist die erfindungsgemäße Kolben-Zylinder-Baugruppe unempfindlich gegen fertigungsbedingte oder sich im Laufe des Betriebs einstellende Abweichungen des Winkels zwischen der Exzenterdrehachse der Kolbenlängsachse von dem Wert von 90°.
Der Exzenter kann eine mit der Antriebswelle verbundene zylindrische Scheibe sein. Alternativ kann der Exzenter integral und einstückig mit der Antriebswelle ausgebildet sein.
Das Übertragungselement kann sich mit seiner ersten Stützfläche grundsätzlich unmittelbar auf der zylindrischen Mantelfläche des Exzenters abstützen. In diesem Fall ist die Zylinderfläche des Exzenters die zylindrische Mantelfläche des Exzenters selbst.
Nach einer Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass die Zylinderfläche des Exzenters eine zylindrische Außenmantelfläche eines Außenrings eines Wälzlagers ist, wobei das Wälzlager an dem Exzenter angeordnet ist. Die Wälzkörper des Wälzlagers können dabei unmittelbar in Kontakt stehen mit der Mantelfläche des Exzenters, oder zwischen den Wälzkörpern und der Mantelfläche des Exzenters kann ein Lagerinnenring angeordnet sein. Die Außenmantelfläche des Lageraußenrings bildet dann die Zylinderfläche des Exzenters, die mit der ersten Stützfläche des Übertragungselements zusammenwirkt. Durch das Wälzlager wird die Reibung zwischen dem Exzenter und dem Übertragungselement im Vergleich zu einer Konstruktion, bei der sich das Übertragungselement mit seiner ersten Stützfläche unmittelbar auf der Mantelfläche des Exzenters abstützt, erheblich verringert.
Nach einer Ausführungsform der Erfindung sind zwei Kolbenführungsringe vorgesehen, die in Axialrichtung des Exzenters voneinander beabstandet angeordnet sind, wobei an dem Kolben zwei zweite Wirkflächen ausgebildet sind, wobei jeweils eine zweite Wirkfläche einer Innenmantelfläche eines Kolbenführungsrings zugeordnet ist. Dadurch kann ein Verkippen des Kolbens um eine senkrecht zu seiner Längsachse verlaufende Achse infolge einer einseitigen Einleitung einer Rückstellkraft in den Kolben vermieden werden. Die Rückstellkraft wird somit symmetrisch auf beiden Seiten der Kolbenmittellinie in den Kolben eingeleitet. Der Kolben kann dadurch nicht verkippen und wird besser geführt.
Nach einer Ausführungsform der Erfindung ist zumindest ein Teil der an dem Kolben ausgebildeten zweiten Wirkfläche bzw. sind Teile der an dem Kolben ausgebildeten zweiten Wirkflächen gegenüber der mit dem Übertragungselement zusammenwirkenden ersten Wirkfläche des Kolbens in Richtung senkrecht zur Mittellinie des Kolbens nach außen versetzt und in Richtung der Mittellinie des Kolbens radial nach außen beabstandet angeordnet. Auf diese Weise nimmt die Kolben- Zylinder-Baugruppe sowohl in axialer Richtung des Exzenters als auch in radialer Richtung des Exzenters wenig Bauraum in Anspruch und baut sehr kompakt.
Nach einer Ausführungsform der Erfindung ist das Übertragungselement aus einem Metall oder einer Metalllegierung mit einer geringen Gleitreibungszahl, insbesondere aus Kupfer, Bronze oder einer Messing-Legierung, gefertigt. Durch die geringen Flächenpressungen, denen das Übertragungselement bei der erfindungsgemäßen Konstruktion ausgesetzt ist, kann der Werkstoff für das Übertragungselement so gewählt werden, dass die Gleitreibung zwischen dem Übertragungselement und der Zylinderfläche des Exzenters bzw. der ersten Wirkfläche des Kolbens minimiert ist. Neben dem Vorteil der geringeren Gleitreibung werden mit der Werkstoffauswahl auch günstige Eigenschaften bezüglich Notlauf und Mangelschmierung erreicht.
Nach einer Ausführungsform der Erfindung weist die erste Stützfläche des Übertragungselements und/oder die erste Wirkfläche des Kolbens eine ein Schmiermittelreservoir bildende Aussparung auf. Dadurch wird eine jederzeit ausreichende Schmierstoffversorgung der Kontaktflächen sichergestellt.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Figuren näher erläutert. Es zeigen jeweils schematisch
Fig. 1 eine erste Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Kolben-Zylinder- Baugruppe im radialen Halbschnitt;
Fig. 2 eine zweite Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Kolben-Zylinder- Baugruppe im radialen Halbschnitt; Fig. 3 eine vergrößerte Darstellung des Bereiches D aus Fig. 2;
Fig.4 eine dritte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Kolben-Zylinder- Baugruppe im radialen Halbschnitt;
Fig.5 eine vierte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Kolben-Zylinder-Baugruppe in einer Explosionsdarstellung;
Fig. 6 den Kolben und das Übertragungselement als Einzelteile in einer perspektivischen Ansicht;
Fig. 7 einen Radialkolbenverdichter mit erfindungsgemäßen Kolben-Zylinder- Baugruppen.
Fig. 8 eine vergleichende Gegenüberstellung der zweiten und der vierten Ausführungsform der Erfindung.
Fig. 1 zeigt eine erste Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Kolben-Zylinder- Baugruppe im radialen Halbschnitt. Die Kolben-Zylinder-Baugruppe umfasst eine in Fig. 1 nicht näher dargestellte Antriebswelle 4. In Fig. 1 ist lediglich die Rotationsachse 5 der Antriebswelle 4 kenntlich gemacht. In Umfangsrichtung um die Antriebswelle 4 verteilt sind Kolben 1 angeordnet. Die Mittellinien 3 der in Fig.1 aus Gründen einer besseren Übersichtlichkeit nicht dargestellten Zylinderbohrungen 2 schneiden sich in der Rotationsachse 5 der Antriebswelle 4. Der zylindrische Exzenter 6 ist als integraler Bestandteil der Antriebswelle 4 oder als drehfest mit der Antriebswelle 4 verbundenes Bauteil ausgebildet. Der Mittelpunkt 7 des Exzenters 6 ist zur Erzeugung der Exzentrizität um einen Abstand versetzt zu der Rotationsachse 5 der Antriebswelle 4 angeordnet. Der Exzenter 6 weist als Mantelfläche eine Zylinderfläche 10 mit einem Radius 17 auf.
Die erfindungsgemäße Kolben-Zylinder-Baugruppe umfasst weiter einen zylindrischen Kolbenführungsring 13, der eine Innenmantelfläche 14 aufweist.
Zwischen dem Exzenter 6 und dem Kolben 1 einer Kolben-Zylinder-baugruppe ist ein Übertragungselement 8 angeordnet. Mit dem Übertragungselement 8 wird der Hub des Exzenters 6 auf den Kolben 1 übertragen, damit dieser die Verdichtungsbewegung in Richtung oberer Totpunkt OT ausführt. Die Übertragungselemente 8 stützen sich in dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel über eine erste Stützfläche 9 unmittelbar auf der Zylinderfläche 10 des Exzenters 6 ab. In dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel ist die erste Stützfläche 9 als konkav gewölbte Zylindermantelabschnittsfläche mit einem ersten Stützflächenradius 16 ausgebildet. Der erste Stützflächenradius 16 entspricht dabei dem Radius 17 der Zylinderfläche 10. Die erste Stützfläche 9 und die Zylinderfläche 10 sind somit komplementär zueinander ausgebildet. Grundsätzlich könnte die erste Stützfläche 9 auch eine von der Kreisringform abweichende konkave Form haben.
Das Übertragungselement 8 weist eine konvex geformte zweite Stützfläche 12 auf. In dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel ist die zweite Stützfläche 12 als Zylindermantelabschnittsfläche mit einem zweiten Stützflächenradius 19 ausgebildet. Grundsätzlich könnte die zweite Stützfläche 12 anstelle einer Zylindermantelabschnittsform auch eine von der Zylinderform abweichende konvexe Form aufweisen. Auf der zweiten Stützfläche 12 des Übertragungselements 8 stützt sich der Kolben 1 über eine an dem Kolben 1 ausgebildete erste Wirkfläche 11 ab. Die erste Wirkfläche 11 des Kolbens 1 ist konkav geformt. Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist die erste Wirkfläche 11 des Kolbens 1 als konkave Zylindermantelabschnittsfläche mit einem ersten Wirkflächenradius 22 ausgebildet, der dem zweiten Stützflächenradius 19 entspricht. Die erste Wirkfläche 11 des Kolbens 1 und die zweite Stützfläche 12 des Übertragungselements 8 sind somit zueinander komplementär ausgebildet. Grundsätzlich könnte die erste Wirkfläche 11 des Kolbens 1 auch eine von der Zylinderform abweichende konkave Form aufweisen.
An dem Kolben 1 ist eine konvex geformte zweite Wirkfläche 15 ausgebildet. Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist die zweite Wirkfläche 15 des Kolbens 1 eine Zylindermantelabschnittsfläche mit einem zweiten Wirkflächenradius 20. Über die zweite Wirkfläche 15 steht der Kolben in formschlüssigem Eingriff mit der Innenmantelfläche 14 des Kolbenführungsrings 13. Der Formschluss ist wirksam in Richtung der Mittellinie 3 der Zylinderbohrung 2. Durch den Kolbenführungsring 13 wird die Rückstellbewegung auf die zweite Wirkfläche 15 des Kolbens 1 übertragen, d.h. die Bewegung, mit der der Kolben 1 aus dem oberen Totpunkt OT in den unteren Totpunkt UT der Kolbenbewegung bewegt wird.
Bei dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel weisen der zweite Stützflächenradius 19 des Übertragungselements 8 und der zweite Wirkflächenradius 22 des Kolbens 1 denselben Mittelpunkt 21 auf. Der Mittelpunkt 21 entspricht dabei demjenigen Punkt, in dem die Mittellinie 3 der Zylinderbohrung 2 die Zylinderfläche 10 des Exzenters 6 durchstößt. Durch diese konstruktive Maßnahme wird erreicht, dass die Summe aus dem Radius 17 der Zylinderfläche 10 und dem zweiten Wirkflächenradius 22 des Kolbens 1 dem Radius 23 der Innenmantelfläche 14 des Kolbenführungsrings 13 entspricht. Dadurch wird erreicht, dass der Kolbenführungsring 13 mit seiner Innenmantelfläche 14 niemals, d.h. in keiner Winkelstellung des Exzenters 6 bzw. der Antriebswelle 4, den Kontakt zur zweiten Wirkfläche 15 des Kolbens 1 verliert. Der Kolbenführungsring 13 steht auf diese Weise immer in Kontakt (ohne Kontaktverlust) zum jeweiligen Kolben 1 . Damit werden zusätzliche Kontaktwechsel und gleitende Verschiebebewegungen zwischen Kolbenführungsring 13 und Kolben 1 vermieden, was dynamische Vorteile hinsichtlich der Kinematik des Bewegungsablaufs und verschleißtechnische Vorteile hat. Auch akustische Vorteile werden dadurch erreicht, weil keine Klappergeräusche oder sonstigen störenden Geräusche entstehen.
Der Kolbenführungsring 13 führt die Kolben 1 an dem Exzenter 6 (bzw. am Lageraußenring 25, vgl. nachstehende Ausführungsbeispiele zwei, drei und vier) und verhindert ein „Abheben“ der Kolben 1 von der Zylinderfläche 10 (bzw. der Außenmantelfläche 24 des Außenrings 25 des Wälzlagers 26) bei einer Abwärtsbewegung/Rückstellbewegung der Kolben 1. Der Kolbenführungsring 13 gleitet auf der an dem Kolben 1 ausgebildeten zweiten Wirkfläche 15. Der Kolbenführungsring 13 hält die Kolben 1 und die Übertragungselemente 8 im Gleitkontakt zum Exzenter 6 (bzw. zu einem Lageraußenring 25 eines an dem Exzenter angeordneten Wälzlagers 26 gemäß den nachstehend beschriebenen Ausführungsformen der Erfindung).
Fig. 2 zeigt eine zweite Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Kolben-Zylinder- Baugruppe im radialen Halbschnitt. Diese zweite Ausführungsform unterscheidet sich von der in Fig. 1 dargestellten ersten Ausführungsform darin, dass an dem Exzenter 6 ein Wälzlager 26 mit einem Außenring 25 und Wälzkörpern 28 angeordnet ist. Die Übertragungselemente 8 stützen sich nicht, wie bei der ersten Ausführungsform, unmittelbar auf der Mantelfläche des Exzenters 6 ab, sondern sie stützen sich auf der Außenmantelfläche 24 des Lageraußenrings 25 ab. Die Zylindermantelfläche 10 des Exzenters wird bei der zweiten Ausführungsform der Erfindung also durch die Außenmantelfläche 24 des Lageraußenrings 25 des Wälzlagers 26 gebildet. Ansonsten gilt die Beschreibung des ersten Ausführungsbeispiels auch für das zweite Ausführungsbeispiel.
Das Wälzlager 26 ist an dem Exzenter 6 angeordnet. Genauer gesagt wälzen die Wälzkörper 28 des Wälzlagers 26 in dem dargestellten Ausführungsbeispiel unmittelbar auf der Mantelfläche des Exzenters 6 ab. Grundsätzlich wäre es auch möglich, dass ein Lagerinnenring vorgesehen ist, auf dem die Wälzkörper 28 abrollen. Im dargestellten Ausführungsbeispiel sind die Wälzkörper 28 durch einen Käfig 29 gehalten bzw. werden von diesem geführt. Das Wälzlager 26 kann z.B. als Nadellager oder als Zylinderrollenlager ausgebildet sein.
Durch die Verwendung des Wälzlagers 26 werden mehrere Vorteile erzielt. Einerseits wird die Reibung im Vergleich zu der ersten Ausführungsform der Erfindung deutlich reduziert. Andererseits kann die Außenmantelfläche 24 des Lageraußenrings 25 einfacher gehärtet werden als die Mantelfläche des Exzenters 6. Dies gilt insbesondere dann, wenn der Exzenter 6 integral einstückig mit der Antriebswelle 4 (in Fig. 2 nicht dargestellt) ausgebildet ist. Es kann vorteilhaft sein, die Fläche zu härten, auf der sich die Übertragungselemente 8 mit ihrer ersten Stützfläche 9 abstützen. Insbesondere bei Radialkolbenverdichtern für das Kältemittel CO2 kann das Härten der Oberfläche, mit der die Übertragungselemente 8 über ihre erste Stützfläche in Kontakt stehen, zur Vermeidung von vorschnellem Verschleiß aufgrund der hohen auftretenden Kräfte und Flächenpressungen erforderlich sein. Es ist dann einfacher, einen separaten Außenring des Wälzlagers 26 als einzelnes Bauteil zu härten als die Mantelfläche eines integral und einstückig mit der Antriebswelle 4 ausgebildeten Exzenters 6.
Fig. 3 zeigt eine vergrößerte Darstellung des Bereiches D des zweiten Ausführungsbeispiels aus Fig. 2. Eingezeichnet sind der Radius 23 der Innenmantelfläche 14 des Kolbenführungsrings 13 und der Radius 17 der Zylinderfläche 10, wobei die Zylinderfläche 10 durch die Außenmantelfläche 24 des Außenrings 25 des Wälzlagers 26 gebildet ist. Eingezeichnet sind ferner der erste Stützflächenradius 16 und der zweite Wirkflächenradius 20.
Fig. 4 zeigt eine dritte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Kolben-Zylinder- Baugruppe im radialen Halbschnitt. Diese dritte Ausführungsform entspricht im Wesentlichen der zweiten Ausführungsform der Erfindung, wobei der einzige Unterschied in der Ausbildung des Übertragungselements 8 besteht. Bei der dritten Ausführungsform der Erfindung gemäß Fig. 4 ist die erste Stützfläche 9 als ebene kreis- oder kreisscheibenförmige Fläche ausgebildet, nicht als konkav gewölbte Fläche wie bei dem zweiten Ausführungsbeispiel. An den einzelnen Kontaktstellen zwischen den ebenen Stützflächen 9 und der Außenmantelfläche 24 des Lageraußenrings 25 ist zu erkennen, dass das Übertragungselement 8 infolge der Bewegung des Exzenters 6 relativ zu dem Kolben 1 verkippt. Das Übertragungselement 8 gleitet mit seiner konvex geformten zweiten Stützfläche 12 gegenüber der konkav geformten ersten Wirkfläche 11 des Kolbens 1. Auch mit seiner ebenen ersten Stützfläche 9 gleitet das Übertragungselement 8 relativ zu der Außenmantelfläche 24 des Außenrings 25 des Wälzlagers 26.
Fig. 5 zeigt eine vierte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Kolben-Zylinder- Baugruppe in einer Explosionsdarstellung. Genau wie bei der zweiten und dritten Ausführungsform stützen sich die Übertragungselemente 8 auf dem Außenring 25 des Wälzlagers 26 ab. Der Exzenter 6 ist in Fig. 5 nicht dargestellt. Auch die zweite Wirkfläche 15 des Kolbens 1 ist genauso ausgebildet und wirkt genauso mit der Innenmantelfläche 14 des Kolbenführungsrings 13 zusammen wie bei der ersten bis dritten Ausführungsform. Der Unterschied der vierten Ausführungsform gemäß Fig. 4 liegt in der Ausbildung des Übertragungselements 8, das eine konvexe kugelkalottenförmige zweite Stützfläche 12 und eine ebene erste Stützfläche 9 aufweist, sowie in der Ausbildung des Kolbens 1 , der eine konkave kugelpfannenförmige erste Wirkfläche 11 (in Fig. 4 verdeckt) aufweist, die mit der zweiten Stützfläche 12 zusammenwirkt.
Die grundsätzliche Funktionsweise entspricht der der ersten bis dritten
Ausführungsform der Erfindung. Die Kugelkalottenform der zweiten Stützfläche 12 des Übertragungselements 8 und die Kugelpfannenform der ersten Wirkfläche 11 des
Kolbens 1 bietet zusätzliche Vorteile:
• Das Übertragungselement 8 ist in der Kugelpfanne des Kolbens 1 axial gesichert aufgenommen. Auf eine zusätzliche Axialsicherung, um ein axiales Herauswandern des Übertragungselements 8 zu verhindern (und die bei dem Übertragungselement 8 mit dem zylinderförmigen Mantelabschnitt der zweiten Stützfläche 12 erforderlich ist), kann bei der als Kugelkalotte ausgebildeten zweiten Stützfläche 12 und als Kugelpfanne ausgebildeten ersten Wirkfläche 11 verzichtet werden.
• Eine Schiefstellung der Antriebswelle 4 in (Fig. 4 nicht dargestellt) zu den Mittellinien 3 der Zylinderbohrungen 2 (in Fig. 4 nicht dargestellt) kann durch die Kugelpfanne-Kugelsegment-Paarung gemäß dem vierten Ausführungsbeispiel ausgeglichen werden.
• Wenn - wie in Fig. 5 dargestellt - nur ein einziger Kolbenführungsring 13 vorgesehen ist, dann kann die Führungslänge zwischen Kolben 1 und Zylinderbohrung 2 auf der gegenüberliegenden Seite des Kolbenführungsringes 13 bis zum Kolbenfuß ausgeführt werden. Bei gleicher Kolbenlänge wird dadurch eine bessere Führung des Kolbens 1 erreicht.
In Fig. 6 sind der Kolben 1 und das Übertragungselement 8 gemäß der vierten Ausführungsform der Erfindung als Einzelbauteile dargestellt. Die konkave, kugelkalottenförmige erste Wirkfläche 11 des Kolbens 1 bildet eine Kugelpfanne (oder kugelförmige Mulde) aus, in der die konvexe, kugelkalottenförmige zweite Stützfläche 12 des Übertragungselements 8 im zusammengebauten Zustand der Kolben-Zylinder- Baugruppe aufgenommen ist.
Die dem Exzenter ß (in Fig. 6 nicht dargestellt) zugewandte Unterseite des Übertragungselements 8 ist plan ausgeführt, d.h. die erste Stützfläche 9 ist eine ebene Fläche. Durch die eben ausgebildete erste Stützfläche 9 wird erreicht, dass sich das Übertragungselement 8 relativ zu dem Kolben 1 frei in Umfangsrichtung verdrehen kann. Durch die Linienberührung zur Außenmantelfläche 24 des Lageraußenrings 25 (in Fig. 6 nicht dargestellt) sind die Flächenpressungen am Übertragungselement 8 zwar höher als bei einem Übertragungselement 8, das gemäß der zweiten Ausführungsform der Erfindung ausgebildet ist. Wenn das Übertragungselement 8 aber z.B. aus Wälzlagerstahl ausgebildet und gehärtet ist (z.B. 100Cr6 gehärtet), kann es die erhöhten Flächenpressungen ertragen.
Die erste Stützfläche 9 des Übertragungselements 8 und die erste Wirkfläche 11 des Kolbens 1 weisen im dargestellten Ausführungsbeispiel eine ein Schmiermittelreservoir bildende Aussparung 30 auf. In den Aussparungen 30 sammelt sich Schmiermittel (z.B. Schmieröl) an. Diese Schmiermittelreservoirs stellen sicher, dass stets Schmiermittel in ausreichender Menge in den Kontaktflächen vorhanden ist.
Fig. 7 zeigt schematisch einen Radialkolbenverdichter mit erfindungsgemäßen Kolben- Zylinder-Baugruppen. Die Kolben-Zylinder-Baugruppen sind in dem dargestellten Ausführungsbeispiel beispielhaft gemäß der zweiten Ausführungsform der Erfindung ausgebildet, d.h. die Übertragungselemente 8 weisen zylinderabschnittsförmige konkave erste Stützflächen 9 auf und die zweiten Stützflächen 12 der Übertragungselemente 8 sind zylinderabschnittsförmig ausgebildet und wirken mit zylinderabschnittsförmigen ersten Wirkflächen 11 der Kolben 1 zusammen. Es versteht sich, dass die Kolben-Zylinder-Baugruppen auch gemäß der ersten, dritten oder vierten Ausführungsform der Erfindung ausgebildet sein könnten.
Die Zylinderbohrungen 2 sind in einem Zylinderblock 27 angeordnet. Die einzelnen Kolben 1 werden über eine einzige Antriebswelle 4 mit einem Exzenter 6 angetrieben. Um eine bessere Übersichtlichkeit zu erreichen wurden sämtliche Details, die ein vollständiger Radialkolbenverdichter aufweist, in Fig. 7 nicht dargestellt. So fehlen z.B. sämtliche Ventilanordnungen und Zustrom- und Abströmkanäle für das Kältemittel. Aufgrund der erfindungsgemäßen Kolben-Zylinder-Baugruppen baut der Radialkolbenverdichter gemäß Fig. 7 in radialer Richtung und auch in axialer Richtung klein, d.h. er beansprucht in beiden genannten Richtungen einen geringen Bauraum.
In Fig. 8 sind die Unterschiede zwischen der zweiten und der vierten Ausführungsform der Erfindung nochmals in einer vergleichenden Gegenüberstellung dargestellt. Die Darstellung zu A) auf der linken Seite zeigt die zweite Ausführungsform der Erfindung. Das Übertragungselement 8 weist eine als konkave Zylindermantelabschnittsfläche ausgebildete erste Stützfläche 9 und eine als konvexe Zylindermantelabschnittsfläche ausgebildete zweite Stützfläche 12 auf. Die erste Wirkfläche 11 des Kolbens 1 ist dementsprechend als konkave Zylindermantelabschnittsfläche ausgebildet. Auf der rechten Seite unter B) ist die vierte Ausführungsform der Erfindung dargestellt. Das Übertragungselement 8 weist eine ebene erste Stützfläche 9 und eine als Kugelflächenabschnitt oder Kugelflächensegment ausgebildete zweite Stützfläche 12 auf. Die erste Wirkfläche 11 des Kolbens 1 ist dementsprechend als Kugelpfanne ausgebildet.
Soweit in den vorliegenden Patentansprüchen oder in der vorliegenden Beschreibung in Bezug auf Flächen oder Radien davon die Rede ist, dass eine Fläche einer anderen entspricht, dass eine Fläche komplementär zu einer anderen Fläche ausgebildet ist, oder dass ein Radius einem anderen Radius entspricht, so ist damit nicht zwangsläufig gemeint, dass die Flächen oder Radien exakt gleich ausgebildet sein müssen. Um eine gute Kontaktfläche zu erhalten und zu vermeiden, dass sogenannte „Kantenträger“ auftreten (also Anordnungen, bei denen nur Teilbereiche der Kontaktflächen die Belastungen tragen), sollte z.B. der zweite Stützflächenradius 19 immer etwas kleiner sein als der erste Wirkflächenradius 22 am Kolben 1 . Aus dem gleichen Grund sollte z.B. der erste Stützflächenradius 9 an dem Übertragungselement 8 immer etwas größer sein als der Radius 17 der Zylinderfläche 10 bzw. der Radius der Außenmantelfläche 24 des Außenrings 25 des Wälzlagers 26.
Bezugszeichenliste
1 Kolben
2 Zylinderbohrung
3 Mittellinie der Zylinderbohrung
4 Antriebswelle
5 Rotationsachse der Antriebswelle
6 Exzenter
7 Mittelpunkt des Exzenters
8 Übertragungselement
9 erste Stützfläche des Übertragungselements
10 Zylinderfläche
11 erste Wirkfläche des Kolbens
12 zweite Stützfläche des Übertragungselements
13 Kolbenführungsring
14 Innenmantelfläche des Kolbenführungsrings
15 zweite Wirkfläche des Kolbens
16 erster Stützflächenradius
17 Radius der Zylinderfläche
19 zweiter Stützflächenradius
20 zweiter Wirkflächenradius
21 Mittelpunkt
22 erster Wirkflächenradius
23 Radius der Innenmantelfläche des Kolbenführungsrings
24 Außenmantelfläche
25 Außenring
26 Wälzlager
27 Zylinderblock
28 Wälzkörper
29 Käfig
30 Aussparung

Claims

Ansprüche
1 . Kolben-Zylinder-Baugruppe für einen Radialkolbenverdichter, umfassend einen Kolben (1 ); eine Zylinderbohrung (2), in der der Kolben (1 ) entlang einer Mittellinie (3) der Zylinderbohrung (2) verschiebbar angeordnet ist; eine Antriebswelle (4) mit einer Rotationsachse (5) und mit einem zylinderförmigen Exzenter (6), dessen Mittelpunkt (7) von der Rotationsachse (5) der Antriebswelle (4) beabstandet ist, wobei der Kolben (1 ) durch den zylinderförmigen Exzenter (6) bei einer Drehbewegung der Antriebswelle (4) in der Zylinderbohrung (2) in radialer Richtung von der Antriebswelle (4) weg nach außen gerichtet bis zu einem oberen Totpunkt (OT) bewegbar ist; und ein Übertragungselement (8), welches die Bewegung des Exzenters (6) auf den Kolben (1 ) überträgt zur Erzeugung der von der Antriebswelle (4) weg gerichteten Bewegung des Kolbens (1 ) in der Zylinderbohrung (2) nach außen, wobei das Übertragungselement (8) eine erste Stützfläche (9) aufweist, mit der sich das Übertragungselement (8) auf einer Zylinderfläche (10) des Exzenters (6) abstützt; dadurch gekennzeichnet, dass der Kolben (1 ) eine dem Übertragungselement (8) zugewandte, konkav geformte erste Wirkfläche (11 ) und das Übertragungselement (8) eine der ersten Wirkfläche (11 ) zugewandte, konvex geformte zweite Stützfläche (12) aufweist, wobei die erste Wirkfläche (11 ) und die zweite Stützfläche (12) eine in Umfangsrichtung des Exzenters (6) wirksame formschlüssige Verbindung ausbilden, und dass ein zylinderförmiger Kolbenführungsring (13) vorgesehen ist, durch welchen der Kolben (1 ) in der Zylinderbohrung (2) ausgehend von dem oberen Totpunkt (OT) in radialer Richtung zur Antriebswelle (4) hin nach innen gerichtet bis zu einem unteren Totpunkt (UT) bewegbar ist, wobei der Kolben (1 ) eine einer Innenmantelfläche (14) des Kolbenführungsrings (13) zugewandte, konvex geformte zweite Wirkfläche (15) aufweist, die mit der Innenmantelfläche (14) des Kolbenführungsrings (13) eine in Richtung der Mittellinie (3) der Zylinderbohrung (2) wirksame formschlüssige Verbindung ausbildet. Kolben-Zylinder-Baugruppe nach Anspruch 1 , wobei die erste Stützfläche (9) des Übertragungselements (8) eine ebene Fläche oder ein konkav geformter Zylindermantelabschnitt mit einem ersten Stützflächenradius (16) ist, wobei der erste Stützflächenradius (16) dem Radius (17) der Zylinderfläche (10) des Exzenters (6) entspricht. Kolben-Zylinder-Baugruppe nach einem der voranstehenden Ansprüche, wobei die zweite Stützfläche (12) des Übertragungselements (8) und die erste Wirkfläche (11 ) des Kolbens (1 ) Zylindermantelabschnitte mit einem zweiten Stützflächenradius (19) sind oder wobei die zweite Stützfläche (12) des Übertragungselements (8) ein Kugelflächenabschnitt und die erste Wirkfläche (18) des Kolbens (1 ) eine Kugelpfanne mit einem zweiten Stützflächenradius (19) sind. Kolben-Zylinder-Baugruppe nach einem der voranstehenden Ansprüche, wobei die zweite Wirkfläche (15) des Kolbens (1 ) ein Zylindermantelabschnitt mit einem zweiten Wirkflächenradius (20) ist, wobei der zweite Stützflächenradius (19) und der zweite Wirkflächenradius (20) denselben Mittelpunkt (21) aufweisen, wobei der Mittelpunkt (21 ) auf der Zylinderfläche (10) des Exzenters (6) der Punkt ist, in dem die Mittellinie (3) der Zylinderbohrung (2) die Zylinderfläche (10) des Exzenters (6) durchstößt, und wobei die Summe aus dem Radius (17) der Zylinderfläche (10) des Exzenters (6) und dem zweiten Wirkflächenradius (20) des Kolbens (1 ) dem Radius (23) der Innenmantelfläche (14) des Kolbenführungsrings (13) entspricht. Kolben-Zylinder-Baugruppe nach einem der voranstehenden Ansprüche, wobei eine Kontaktzone zwischen der zweiten Stützfläche (12) des Übertragungselements (8) und der ersten Wirkfläche (11) des Kolbens (1 ) und/oder zwischen der Zylinderfläche (10) des Exzenters (6) und der ersten Stützfläche (9) des Übertragungselements (8) in Richtung quer zu den Krümmungsradien dieser Flächen leicht konvex ausgebildet ist. Kolben-Zylinder-Baugruppe nach einem der voranstehenden Ansprüche, wobei die Zylinderfläche (10) des Exzenters (6) eine zylindrische Außenmantelfläche (24) eines Außenrings (25) eines Wälzlagers (26) ist, wobei das Wälzlager (26) an dem Exzenter (6) angeordnet ist. Kolben-Zylinder-Baugruppe nach einem der voranstehenden Ansprüche, wobei zwei Kolbenführungsringe (13) vorgesehen sind, die in Axialrichtung des Exzenters (6) voneinander beabstandet angeordnet sind, wobei an dem Kolben (1 ) zwei zweite Wirkflächen (15) ausgebildet sind, wobei jeweils eine zweite Wirkfläche (15) einer Innenmantelfläche (14) eines Kolbenführungsrings (13) zugeordnet ist. Kolben-Zylinder-Baugruppe nach einem der voranstehenden Ansprüche, wobei zumindest ein Teil der an dem Kolben (1) ausgebildeten zweiten Wirkfläche (15) bzw. Teile der an dem Kolben (1) ausgebildeten zweiten Wirkflächen (15) gegenüber der mit dem Übertragungselement (8) zusammenwirkenden ersten Wirkfläche (11 ) des Kolbens (1) in Richtung senkrecht zur Mittellinie des Kolbens
(I ) nach außen versetzt und in Richtung der Mittellinie des Kolbens (1) radial nach außen beabstandet angeordnet ist bzw. sind. Kolben-Zylinder-Baugruppe nach einem der voranstehenden Ansprüche, wobei das Übertragungselement (8) aus einem Metall oder einer Metalllegierung mit einer geringen Gleitreibungszahl, insbesondere aus Kupfer, Bronze oder einer Messing- Legierung, gefertigt ist. Kolben-Zylinder-Baugruppe nach einem der voranstehenden Ansprüche, wobei die erste Stützfläche (9) des Übertragungselements (8) und/oder die erste Wirkfläche
(I I ) des Kolbens (1 ) eine ein Schmiermittelreservoir bildende Aussparung (30) aufweist bzw. aufweisen. Radialkolbenverdichter mit einer Mehrzahl von in einer Umfangsrichtung gleichmäßig verteilt angeordneten Kolben-Zylinder-Baugruppen nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei die Zylinderbohrungen (2) in einem Zylinderblock (27) vorgesehen sind und die einzelnen Kolben (1) über eine einzige Antriebswelle (4) mit einem Exzenter (6) angetrieben werden.
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