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Dokumentenidentifikation DE69904523T2 02.10.2003
EP-Veröffentlichungsnummer 0945615
Titel Kompressorkolben mit gegossener Trommel
Anmelder Sanden Corp., Isesaki, Gunma, JP
Erfinder Terauchi, Kiyoshi, Isesaki-shi, Gunma 372, JP
Vertreter Prüfer und Kollegen, 81545 München
DE-Aktenzeichen 69904523
Vertragsstaaten DE, FR
Sprache des Dokument EN
EP-Anmeldetag 17.03.1999
EP-Aktenzeichen 991055013
EP-Offenlegungsdatum 29.09.1999
EP date of grant 18.12.2002
Veröffentlichungstag im Patentblatt 02.10.2003
IPC-Hauptklasse F04B 39/00
IPC-Nebenklasse F04B 27/08   

Beschreibung[de]
Hintergrund der Erfindung

Die vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf einen Kolben und insbesondere auf einen Kolben, der für einen Kompressor, wie einen Taumelscheibenkompressor geeignet ist.

Ein Kolben dieser Art ist in der ungeprüften japanischen Patentveröffentlichung Nr. 9-105380/1997 offenbart, der in Fig. 3 der beigefügten Zeichnung gezeigt ist. Der Kolben wird durch die Bezugsziffer 8 in Fig. 3 gekennzeichnet und besitzt einen Kopf abschnitt 81 mit einer hohlen Struktur und einen Schuhaufnehmer 84.

Der in Fig. 3 gezeigte Kolben hat einen hohlen Kopf abschnitt 81 und besitzt deshalb einen Vorteil, daß er leichtgewichtig ist. Jedoch ist es bei der einstückigen Ausbildung des Kolbens durch Gießen annähernd unmöglich, den Kopf abschnitt in einer hohlen Struktur herzustellen. Somit wird der Kolben durch ein Gießverfahren hergestellt, indem die gesamte Struktur in zwei Teile aufgeteilt wird und diese zwei Teile anschließend durch Verschweißen miteinander gekoppelt werden. Dies führt zu einer wesentlichen Erhöhung der Herstellungskosten.

Ein anderer Kolben dieser Art ist in der japanischen Patentanmeldung Nr. 9-126899, die zu einem früheren Zeitpunkt durch den Anmelder (Bevollmächtigten) angemeldet wurde, offenbart, der in Fig. 4 der Zeichnungen gezeigt ist. Der Kolben 8 aus Fig. 4 besitzt einen Kopf abschnitt 81, einen Schalen- oder Trommelabschnitt 82, der mit dem Kopf abschnitt 81 verbunden ist und einen Schuhaufnahmeabschnitt 84. Der Trommel abschnitt 82 besitzt eine U-förmige Schnittform an einer Oberfläche, die rechtwinklig zu einer hin- und hergehenden Bewegungsrichtung des Kolbens 8 geschnitten ist.

Der Kolben aus Fig. 4 hat andererseits das Problem des Kolbens aus Fig. 3 gelöst. Da der Kopf abschnitt 81 aus Fig. 4 aus einer massiven Struktur besteht, wobei der Trommelabschnitt 82 eine U-förmige Schnittgestalt besitzt, kann er einstückig oder vollständig durch diesen hergestellt werden. Demgemäß können die Herstellungskosten bezüglich des Kolbens aus Fig. 3 reduziert werden. Wenn jedoch in dem Kolben aus Fig. 4 der Kolben 8 verschieblich in eine Zylinderbohrung (nicht gezeigt) eingesetzt wird, kann eine Abweichung oder ein Versatz des Kolbens 8 in der rechtwinkligen Schnittrichtung zu einer Mitte der Zylinderbohrung durch den Trommel abschnitt 82 nicht eingeschränkt werden, und deshalb ist es wahrscheinlich, daß eine Öffnungsseite der Trommel abnorm verschleißt, was zu einer beträchtlichen Reduzierung der Haltbarkeit führt.

Aus der EP 0 780 572 A ist ein Kolben für einen Taumelscheibenkompressor bekannt, der einen Kopf abschnitt besitzt, der sich insbesondere mit einem äußeren Umfangsabschnitt in einer vorbestimmten Richtung erstreckt, und einen Trommelabschnitt, der mit dem Kopf abschnitt verbunden ist, wobei der Trommelabschnitt drei Wandabschnitte aufweist, die sich von dem Kopf abschnitt des Kolbens in einer gleichen Richtung erstrecken. Der mittlere Wandabschnitt erstreckt sich durch den mittleren Abschnitt entlang des Durchmessers des Kolbens.

Zusammenfassung der Erfindung

Es ist deshalb eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen neuen und verbesserten Kolben bereitzustellen, der eine Redu zierung der Kosten und des Gewichtes zuläßt und der eine beträchtliche Haltbarkeit besitzt.

Es ist eine andere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Kompressor bereitzustellen, der den Kolben verwendet.

Andere Aufgaben der vorliegenden Erfindung werden im Fortlauf der Beschreibung deutlich.

Die Aufgabe wird durch einen Kolben gelöst, der die Merkmale gemäß Anspruch 1 aufweist.

Weitere vorteilhafte Merkmale sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.

Gemäß einem noch anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Kompressor vorgesehen, der einen Zylinderblock aufweist, der eine Zylinderbohrung besitzt, die sich in einer vorbestimmten Richtung erstreckt, einen Kolben, der oben erwähnt wurde und in der Zylinderbohrung verschieblich eingesetzt ist, und eine Vorrichtung, die mit dem Kolben gekoppelt ist, um den Kolben in die Lage zu versetzen, entlang der Zylinderbohrung in der vorbestimmten Richtung hin und her zu gehen.

Kurze Beschreibung der Zeichnung

Fig. 1A ist eine perspektivische Ansicht eines Kolbens gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;

Fig. 1B ist eine Schnittansicht des Kolbens entlang der Linie 1B-1B in Fig. 1A;

Fig. 2 ist eine vertikale Schnittansicht eines Taumelscheibenkompressors, der den in Fig. 1A gezeigten Kolben verwendet;

Fig. 3 ist Schnittansicht eines herkömmlichen Kolbens; und

Fig. 4 ist eine Schnittansicht eines Kolbens aus einer früheren Technologie.

Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform

Unter Bezugnahme zunächst auf Fig. 2 erfolgt eine Beschreibung hinsichtlich eines Taumelscheibenkompressors 1, der einen Kolben gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung aufweist. Der Kompressor wird durch eine Bezugsziffer 1 bezeichnet und besitzt ein aus dem Stand der Technik bekanntes verstellbares Verdrängungsvolumen. Der Kompressor 1 weist zusätzlich zu dem Kolben 8 ein Gehäuse 3, einen Zylinderblock 4, eine Antriebswelle 5 und eine Taumelscheibe 7 auf.

Das Gehäuse 3 besitzt einen Gehäusekörper 31, eine vordere Endplatte 32 und einen Zylinderkopf 33. Der Gehäusekörper 31 ist wie dargestellt im wesentlichen zylindrisch. Die vordere Endplatte 32 ist an einem Öffnungsende des Gehäusekörpers 31 angebracht, um die Öffnung zu verschließen. Die vordere Endplatte 32 besitzt in ihrem mittleren Abschnitt ein Axialnadellager 11, ein Radialnadellager 12 und ein axiales Abdichtungsbauteil 13. Der Zylinderkopf 33 besitzt eine Ansaugkammer 33a und eine Auslaßkammer (Auslaß) 33b, und eine Ventilplatte 14 ist fest an dem Zylinderblock 4 vorgesehen.

Der Zylinderblock 4 ist an dem anderen Endabschnitt des Gehäusekörpers 31 angeordnet, und eine Kurbelkammer 34 ist zwischen dem Zylinderblock 4 und der vorderen Endplatte 32 ausgebildet. Der Zylinderblock 4 besitzt ein zentrales Loch 41, eine Mehrzahl von Zylinderbohrungen 42 und eine Ventilkammer 43. Das zentrale Loch 41 ist in einem mittleren Abschnitt des Zylinderblockes 4 ausgebildet und erstreckt sich in einer vorbestimmten Richtung. Das zentrale Loch 41 enthält darin ein Axialnadellager 15 und ein Radialnadellager 16.

Die Zylinderbohrungen 42 sind um das zentrale Loch 41 herum vorgesehen, in einem konstanten Intervall auf dem äußeren Abschnitt des Zylinderblockes 4. Jede der Zylinderbohrungen 42 wird durch eine zylindrische Oberfläche gebildet, die sich in der vorbestimmten Richtung erstreckt. Der Kolben 8 ist in jeder der Zylinderbohrungen 42 verschiebbar eingesetzt.

Die Ventilkammer 43 ist zwischen den angrenzenden Zylinderbohrungen 42 ausgebildet. Eine Steuerventilvorrichtung 17 ist in der Ventilkammer 43 vorgesehen. Die Steuerventilvorrichtung 17 besitzt einen Aufbau, der es gestattet, daß das Gas in der Kurbelkammer 34 in die Ansaugkammer 33a entweicht, wenn ein innerer Druck der Kurbelkammer 34 einen vorbestimmten Wert überschreitet. Durch diesen Mechanismus wird der Druck in der Kurbelkammer 34 wie gewünscht konstant gehalten.

Die Antriebswelle 5 erstreckt sich an ihrem einen Ende durch die vordere Endplatte 32 nach draußen, außerhalb des Gehäuses 3, und der eine Endabschnitt der Antriebswelle 5 wird durch das Radialnadellager 12 drehbar in der vorderen Endplatte 32 gelagert. Der andere Endabschnitt der Antriebswelle 5 wird mittels des Radialnadellagers 16 in dem Zylinderblock 4 drehbar gelagert. Ein Gleitbauteil 18 ist auf der Antriebswelle 5 eingepaßt. Das Gleitbauteil 18 ist in einer Axialrichtung der Antriebswelle 5 verschieblich und besitzt einen kugelförmigen Abschnitt 18a und einen zylindrischen Abschnitt 18b.

Der Rotor 6 besitzt einen Arm 61, der an seinem einen Ende einen Zapfen 62 hat. Der Rotor 6 ist in der Kurbelkammer 34 an der Antriebswelle 5 befestigt und besitzt eine Oberfläche, die in Kontakt mit dem Axialnadellager 11 steht.

Die Taumelscheibe 7 ist im wesentlichen scheibenförmig und drehbar an dem kugelförmigen Abschnitt 18a des Gleitbauteils 18 angebracht. Die Taumelscheibe 7 besitzt einen Arm 71, der mittels des Zapfens 62 drehbar mit dem Arm 61 des Rotors 6 verbunden ist, so daß die Taumelscheibe 7 zusammen mit der Antriebswelle 5 rotiert und eine Änderung des Neigungswinkels der Taumelscheibe 7 in Bezug auf die Axialrichtung der Antriebswelle 5 gestattet. Das Verdrängungsvolumen des Kompressors 1 variiert in Übereinstimmung mit der Veränderung des Neigungswinkels, in einer Art, wie sie aus dem Stand der Technik bekannt ist.

Bezugnehmend auf die Fig. 1A und 1B zusammen mit Fig. 2 erfolgt eine Beschreibung hinsichtlich des Kolbens 8. In der Art und Weise, die nun beschrieben wird, besitzt der Kolben 8 einen Kopf abschnitt 81, einen Trommelabschnitt 82, einen Verbindungsabschnitt 83 und einen Schuhaufnahmeabschnitt 84, wobei alle einstückig durch Gießen hergestellt sind.

Der Kopfabschnitt 81 hat eine Scheibenform, die sich senkrecht zu der vorbestimmten Richtung erstreckt, und einen massiven Aufbau. Der Kopf abschnitt 81 dient dazu, das Gas in der Zylinderbohrung 42 zu komprimieren. Zu diesem Zweck besitzt der Kopf abschnitt 81 einen äußeren Umfangsabschnitt, der zur zylindrischen Oberfläche geschlossen ist, wenn der Kolben 8 in jede Zylinderbohrung 42 eingesetzt ist. Des weiteren ist der Kopfabschnitt 81 mit einem Kolbenring 85 versehen, wie gezeigt ist. Der Kopfabschnitt 81 kann so ausgebildet sein, daß er in verschieblichem Kontakt mit der zylindrischen Oberfläche einer jeden Zylinderbohrung 42 steht.

Der Trommelabschnitt 82 weist erste, zweite und dritte Teilumfangswandabschnitte 82a, 82b und 82c auf, die sich entlang der Zylinderbohrung 42 oder der zylindrischen Oberfläche in der vorbestimmten Richtung erstrecken. Die Wandabschnitte 82a bis 82c erstrecken sich von dem äußeren Umfangsabschnitt des Kopfabschnitts 81 in der vorbestimmten Richtung. Die Wandab schnitte 82a bis 82c sind so angeordnet, daß sie in einer Umfangsrichtung getrennt sind und aufgeteilt sind. Somit bilden die Wandabschnitte 82a bis 82c in Zusammenwirkung miteinander eine im wesentlichen zylindrische Form aus.

Die Wandabschnitte 82a bis 82c sind in der Zylinderbohrung 42 so angeordnet, daß der Trommelabschnitt 82 nicht in der Lage ist, sich in der Richtung senkrecht zu einer Mittellinie der Zylinderbohrung 42 zu bewegen. Zu diesem Zweck ist er vorteilhafterweise so konstruiert, daß sich die Mittellinie der Zylinderbohrung 42 innerhalb einer polygonalen Gestalt befindet (d. h. in dieser Ausführungsform in einer dreieckigen Gestalt), die durch Verbinden der Punkte gebildet wird, die sich in einer Mitte der im wesentlichen zylindrischen Gestalt befindet, die durch die Wandabschnitte 82a bis 82c gebildet ist. Jeder der Wandabschnitte 82a bis 82c besitzt eine äußere Oberfläche mit einer bogenförmigen geschnittenen Gestalt. Die Wandabschnitte 82a bis 82c besitzen jeweils Durchgangslöcher 82d, 82e und 82f, die sich hindurch erstrecken, damit Schmieröl von ersten, zweiten und dritten Nuten 82i, 82j und 82k entweicht, was später klar werden wird.

Des weiteren sind die ersten und die zweiten Teilumfangswandabschnitte 82a und 82b durch eine erste Unterteilungswand 82g, die sich im Inneren des Trommelabschnitts 82 erstreckt, miteinander verbunden. Auf ähnliche Weise sind der erste und der dritte Teilumfangswandabschnitt 82a und 82c durch die zweite Unterteilungswand 82h, die sich im Inneren des Trommelabschnitts 82 erstreckt, miteinander verbunden. Das Innere des Trommelabschnitts 82 ist durch die Trennwände 82g und 82h unterteilt, um die ersten, die zweiten und die dritten Nuten 82i, 82j und 82k in dem Trommelabschnitt 82 auszubilden. Die ersten und zweiten Unterteilungswände 82g und 82h sind einstückig oder einförmig mit den ersten bis dritten Teilumfangswandabschnitten 82a bis 82c ausgebildet. Es soll ange merkt werden, daß jede der Nuten 82i bis 82k eine Öffnung besitzt, die an einem der Wandabschnitte 82a bis 82c angrenzt.

Der Verbindungsabschnitt 83 besitzt eine plattenförmige Struktur und ist mit einem unteren Ende des Trommelabschnitts 82 verbunden. Der Schuhaufnahmeabschnitt 84 ist mit dem Trommelabschnitt 82 durch den Verbindungsabschnitt 83 gekoppelt und besitzt ein Paar Schuhaufnahmewannen 84a und 84b und eine Verbindungswanne 84c. Die Schuhauf nahmewannen 84a und 84b lagern den Schuh 19, und die Verbindungswanne 84c dient dazu, die Schuhauf nahmewannen 84a und 84b miteinander zu verbinden.

Der Kolben 8 ist mit einem dazwischen angeordneten Paar Schuhe 19 mit der Taumelscheibe 7 verbunden, wobei die Schuhe 19 durch den Schuhaufnahmeabschnitt 84 verschieblich gehalten werden. Durch diesen Aufbau wird eine Drehbewegung der Taumelscheibe 7 durch die Antriebswelle 5 in eine hin- und hergehende Liniearbewegung umgewandelt und anschließend auf den Kolben 8 übertragen. Folglich wird der Kolben 8 in der Zylinderbohrung 42 hin- und herbewegt, um dadurch einen Ansaug- /Auslaßvorgang des Kolbens vorzusehen.

In dem Kolben 8 sind die Wandabschnitte 82a bis 82c durch die Unterteilungswände 82g und 82h miteinander gekoppelt und sorgen für eine wünschenswerte mechanische Festigkeit. Da der Trommelabschnitt 82 in einer hohlen Struktur ausgebildet sein kann, kann der Kolben 8 leichtgewichtiger sein als die herkömmlichen. Da der Kolben 8 mit einem einzigen Herstellungsschritt hergestellt werden kann, kann er des weiteren unter reduzierten Herstellungskosten erhalten werden. Da kein Wackeln oder Rattern des Kolbens in der Zylinderbohrung erzeugt wird, wird zusätzlich zu dem Obigen kein abnormer Reibungsverschleiß in dem Kolben erzeugt.

Während die vorliegende Erfindung bislang in Verbindung mit einer einzigen Ausführungsform hiervon beschrieben wurde, wird es für den Fachmann einfach möglich sein, diese Erfindung auf verschiedene andere Arten und Weisen in die Praxis umzusetzen. Obwohl die Beschreibung in Bezug auf einen Taumel scheibenkompressor erfolgte, ist die vorliegende Erfindung beispielsweise nicht auf diese Art von Kompressor begrenzt, sondern sie kann auch für die anderen Kompressorarten umfangreich verwendet werden. Daneben kann der Kolben auch als Kolben für eine Pumpe verwendet werden.


Anspruch[de]

1. Kolben zum verschieblichen Einsatz in eine Zylinderbohrung, die durch eine zylindrische Oberfläche gebildet wird, die sich in einer vorbestimmten Richtung erstreckt, wobei der Kolben aufweist:

einen Kopfabschnitt (81), der sich senkrecht zu der vorbestimmten Richtung erstreckt und einen äußeren Umfangsabschnitt besitzt, der sich nahe an der zylindrischen Oberfläche befindet, wenn der Kolben in der Zylinderbohrung eingesetzt ist; und

einen Trommelabschnitt (82), der mit dem Kopf abschnitt verbunden ist, wobei der Trommelabschnitt wenigstens drei Wandabschnitte (82a bis c) aufweist, die sich von dem äußeren Umfangsabschnitt in der vorbestimmten Richtung erstrecken und in einer Umfangsrichtung angeordnet sind, um in Zusammenwirkung miteinander eine im wesentlichen zylindrische Form zu bilden, wobei die Wandabschnitte (82a bis c) in der Umfangsrichtung getrennt und aufgeteilt sind,

gekennzeichnet durch eine Mehrzahl von Unterteilungswänden (82g, 82h), die sich im Inneren des Trommelabschnitts (82) erstrecken und die die benachbarten Wandabschnitte der Wandabschnitte (82a bis c) jeweils verbinden.

2. Kolben gemäß Anspruch, wobei die Unterteilungswände (82g, 82h) und die Wandabschnitte (82a bis c) eine Mehrzahl von Nuten (82i, j, k) im Inneren des Trommel abschnitt s (82) in Zusammenwirkung miteinander ausbilden.

3. Kolben gemäß Anspruch 2, wobei jede der Nuten (82i, j, k) eine Öffnung zwischen benachbarten-Wandabschnitten der Wandabschnitte (82a bis c) besitzen.

4. Kolben gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei jeder der Wandabschnitte (82a bis c) ein Durchgangsloch (82d, e, f) besitzt, das sich hindurch erstreckt.

5. Kompressor, aufweisend:

einen Zylinderblock, der eine Zylinderbohrung hat, die sich in einer vorbestimmten Richtung erstreckt;

einen Kolben, wie in einem der Ansprüche 1 bis 4 beansprucht wird und verschieblich in der Zylinderbohrung eingesetzt ist; und

eine Vorrichtung, die mit dem Kolben gekoppelt ist, um den Kolben dazu zu bringen, entlang der Zylinderbohrung in der vorbestimmten Richtung hin- und herbewegt zu werden.







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