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Dokumentenidentifikation DE10132134B4 31.05.2007
Titel Kolben
Anmelder Sanden Corp., Isesaki, Gunma, JP
Erfinder Miyazawa, Kiyoshi, Isesaki, Gunma, JP
Vertreter PRÜFER & PARTNER GbR, 81479 München
DE-Anmeldedatum 03.07.2001
DE-Aktenzeichen 10132134
Offenlegungstag 31.01.2002
Veröffentlichungstag der Patenterteilung 31.05.2007
Veröffentlichungstag im Patentblatt 31.05.2007
IPC-Hauptklasse F04B 53/14(2006.01)A, F, I, 20051017, B, H, DE
IPC-Nebenklasse F04B 39/00(2006.01)A, L, I, 20051017, B, H, DE   F04B 27/16(2006.01)A, L, I, 20051017, B, H, DE   

Beschreibung[de]

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Kolben, wie er zur Benutzung z.B. in Kompressoren oder in Pumpen benutzt wird.

Kolben weisen üblicherweise einen hohlen Aufbau an ihrem Kopfabschnitt auf, der in einer Zylinderbohrung eines Kompressors gleitet und einen luftdichten oder wasserdichten Zustand zwischen einer Außenoberfläche des Kopfabschnittes und einer Innenwand der Zylinderbohrung aufrechterhält. Die JP 11-303747 A beschreibt einen Kolben mit einem hohlen Aufbau an dem Kopfab schnitt, wie z.B. in 4a4h gezeigt ist.

Es wird Bezug genommen auf 4a bis 4h. Ein Kolben 13'' weist einen hohlen Kopfabschnitt auf, der einen Endabschnitt 131'' und einen zylindrischen Abschnitt 132'' aufweist. Daher hat der Kolben 13'' den Vorteil, daß er sehr leicht ist. Weiter ist ein Paar von Durchdringungsöffnungen 136'' durch den zylindrischen Abschnitt 132'' an seinem Ende auf der Seite eines Verbindungsabschnittes 134'' gebildet, um weiter das Gewicht des Kolbens zu verringern. Der Kolben 13'' weist jedoch den Nachteil auf, daß die Festigkeit der Umfangsabschnitte der durchdringenden Öffnungen 136'' abnehmen kann. Als Resultat kann, wenn der Kompressor mit hoher Last betrieben wird, ein Riß C, wie in 4f gezeigt ist, an den Umfangsabschnitten der Durchdringungsöffnungen 136'' auftreten.

Aus der nachveröffentlichten EP 01 098 090 A2 mit älterem Zeitrang ist ein Kolben für einen Kompressor zu entnehmen mit einem Kopfabschnitt mit einer zylindrischen Form und einem hohlen Aufbau; einem Verbindungsabschnitt, der sich von einer Endoberfläche des Kopfabschnittes erstreckt und den Kolben mit einer Bewegungsquelle verbindet; einer Öffnung, die durch die Endoberfläche des Kolbens benachbart zu dem Verbindungsabschnitt gebildet ist; wobei eine Rippe mit parallelen Seitenflächen benachbart zu der Öffnung gebildet ist.

Aus der JP 2000-154 776 A ist ebenfalls ein Kolben mit einem Kopfabschnitt mit einer zylindrischen Form und einem hohlen Aufbau zu entnehmen. Ein hufeisenförmiger Verbindungsabschnitt verbindet den Kolben mit einer Taumelscheibe. Eine Rippe erstreckt sich von dem hufeisenförmigen Verbindungsabschnitt zu dem Kopfabschnitt.

Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die oben erwähnten Probleme zu beseitigen und bei einem bekannten Kompressorkolben mit einem hohlen Kopfabschnitt mit Durchdringungsöffnungen, ein leichtes Gewicht zu realisieren, die Festigkeit zu verbessern und das Auftreten von Rissen zu vermeiden.

Diese Aufgabe wird gelöst durch einen Kolben mit den Merkmalen des Anspruchs 1.

Demgemäß ist ein Kolben zur Benutzung in einem Fluidverdrängungsgerät wie ein Taumelscheibenkompressor mit einem Kopfabschnitt und einem Verbindungsabschnitt vorgesehen. Der Kopfabschnitt weist eine zylindrische Form und eine hohle Struktur auf. Der Verbindungsabschnitt erstreckt sich von einer Endoberfläche des Kopfabschnitts und verbindet den Kolben mit einer Bewegungsquelle, einer Antriebsquelle. Eine Öffnung ist durch die Endoberfläche des Kopfabschnitts benachbart zu dem Verbindungsabschnitt gebildet. Eine Rippe ist benachbart zu der Öffnung gebildet.

Die Aufgabe wird auch gelöst durch einen Kolben nach Anspruch 2.

Ein derartiger Kolben zur Benutzung in einem Fluidverdränungsgerät, wie ein Taumelscheibenkompressor weist einen Kopfabschnitt und einen Verbindungsabschnitt auf. Der Kopfabschnitt weist eine zylindrische Form und eine hohle Struktur auf. Der Kopfabschnitt weist einen Endabschnitt und einen zylindrischen Abschnitt auf. Der Endabschnitt ist fest mit dem zylindrischen Abschnitt verbunden. Der Verbindungsabschnitt erstreckt sich von einer Endoberfläche des zylindrischen Abschnitts und verbindet den Kolben mit einer Bewegungsquelle, einer Antriebsquelle. Ein Paar von Öffnungen ist durch die Endoberfläche des zylindrischen Abschnitts benachbart zu dem Verbindungsabschnitt gebildet. Eine Rippe ist zwischen dem Paar von Öffnungen gebildet.

Bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Es folgt die Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Figuren. Von den Figuren zeigen:

1a eine perspektivische Ansicht eines Kolbens, wie sie von einem Verbindungsabschnitt des Kolbens gesehen wird, gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;

1b eine Vorderansicht des Kolbens der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;

1c eine linke Seitenansicht des Kolbens der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;

1d eine rechte Seitenansicht des Kolbens der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;

1e eine obere Draufsicht des Kolbens der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;

1f eine Bodendraufsicht des Kolbens der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;

1g eine Querschnittsansicht, die entlang der Linie G-G in 1d genommen ist;

1h eine andere perspektivische Ansicht des Kolbens, die von einem Endabschnitt des Kolbens gesehen wird, gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;

2 eine Längsquerschnittsansicht eines Taumelscheibenkompressors zur Benutzung in einer Kraftfahrzeugklimaanlage, der den in 1a1h gezeigten Kolben verwendet;

3a eine perspektivische Ansicht eines Kolbens, wie sie von einem Verbindungsabschnitt des Kolbens gesehen wird, gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;

3b eine Vorderansicht des Kolbens der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;

3c eine linke Seitenansicht des Kolbens der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;

3d eine rechte Seitenansicht des Kolbens der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;

3e eine obere Draufsicht des Kolbens der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;

3f eine Bodendraufsicht des Kolbens der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;

3g eine Querschnittsansicht, die entlang der Linie G-G von 3d genommen ist;

3h eine andere perspektivische Ansicht des Kolbens, die von einem Endabschnitt des Kolbens gesehen wird, gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;

4a eine perspektivische Ansicht eines vorhandenen Kolbens, die von einem Bodenteil gesehen wird;

4b eine Vorderansicht des in 4a dargestellten Kolbens;

4c eine linke Seitenansicht des in 4a dargestellten Kolbens;

4d eine rechte Seitenansicht des in 4a gezeigten Kolbens;

4e eine obere Draufsicht des in 4a gezeigten Kolbens;

4f eine Bodendraufansicht des in 4a gezeigten Kolbens;

4g eine Querschnittsansicht, die entlang der Linie G-G von 4d genommen ist;

4h eine andere perspektivische Ansicht des Kolbens, die von einem Endabschnitt des in 4a gezeigten Kolbens genommen ist.

Zum besseren Verständnis der vorliegenden Erfindung erfolgt die Beschreibung zweier Ausführungsformen.

1a bis 1h zeigen den Aufbau des Kolbens gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, und 2 zeigt eine Schnittansicht eines Taumelscheibenkompressors zur Benutzung in einer Kraftfahrzeugklimaanlage, wobei der Schnitt in Längsrichtung des Kompressors genommen ist. Der Kompressor enthält den Kolben der 1a1h.

Es wird Bezug genommen auf 1a1h und 2, ein Taumelscheibenkompressor 1 weist ein Gehäuse 3, eine Antriebswelle 5, eine Taumelscheibe 9 und eine Mehrzahl von Kolben 13 auf. Das Gehäuse 3 weist ein vorderes Gehäuse 31, einen Zylinderblock 32 und einen Zylinderkopf 33 auf. Das vordere Gehäuse 31 ist im wesentlichen trichterförmig und weist einen zylindrischen Abschnitt 31a an seinem vorderen Ende und eine Kurbelkammer 31b an der Innenseite des hinteren Endes auf. Ein Antriebslager 34 und ein Abdichtteil 35 sind an einer Innenoberfläche des zylindrischen Abschnitts 31a vorgesehen. Eine Mittelbohrung 32a ist um die Mittelachse des Zylinderblocks 32 gebildet. Ein Radiallager 36 ist in der Mittelbohrung 32a vorgesehen. Eine Mehrzahl von Zylinderbohrungen 32b ist in den Zylinderblock 32 gebildet und radial in Bezug auf die Mittelachse des Zylinderblocks 32 angeordnet. Jede der Zylinderbohrungen 32b erstreckt sich parallel zu der Mittelachse des Zylinderblocks 32. Eine Ausgabekammer 33a und eine Ansaugkammer 33b sind in den Zylinderkopf 33 gebildet, der gegen ein Ende des Zylinderblocks 32b über eine Ventilplatte 17 anstößt. Das Vordergehäuse 31, der Zylinderblock 32, die Ventilplatte 17 und der Zylinderkopf 33 sind durch eine Mehrzahl von Schrauben 37 miteinander befestigt.

Die Antriebswelle 5 erstreckt sich entlang einer Mittelachse des Kompressors 1 und durch die Kurbelkammer 31b und ist drehbar durch das vordere Gehäuse 31 durch das Radiallager 36 an einem Ende und die Mittelbohrung 32a des Zylinderblocks 32 durch das Radiallager 36 an dem anderen Ende gelagert. Eine Riemenscheibe 40, die drehbar von dem vorderen Gehäuse 31 gelagert ist und daran angebracht ist, ist mit der Antriebswelle 5 verbunden. Ein Antriebsriemen (nicht gezeigt) ist zum Übertragen der Bewegung zwischen der Riemenscheibe 40 und einer Kurbelwelle eines Motors eines Fahrzeuges (nicht gezeigt) vorgesehen.

Ein Rotor 7 weist einen Arm 71 auf, der einen Zapfen 91 an seinem Ende aufweist. Der Rotor 7 ist an der Antriebswelle 5 befestigt und in der Kurbelkammer 31b angeordnet. Der Rotor 7 wird durch ein Nadellager 38 in die Druckrichtung gestützt. Das Nadellager 38 ist an einer Innenwand des vorderen Gehäuses 31 angebracht. Die Taumelscheibe 9 ist im wesentlichen scheibenförmig und gleitend auf der Antriebswelle 5 angebracht. Die Taumelscheibe 9 weist einen Arm 92 auf, der drehbar mit dem Arm 71 des Rotors 7 mittels eines Zapfens 91 verbunden ist, so daß sich die Taumelscheibe 9 mit der Antriebswelle 5 dreht und eine Änderung des Neigungswinkels der Taumelscheibe 9 relativ zu der Achsenrichtung der Antriebswelle 5 ermöglicht. Das Verdrängungsvolumen des Kompressors 1 variiert gemäß der Änderung des Neigungswinkels auf bekannte Weise.

Wie in 1a1h gezeigt ist, weist der Kolben 13 einen Endabschnitt 131, einen zylindrischen Abschnitt 132 und einen Verbindungsabschnitt 134 auf. Eine Rille 131a, die einen Kolbenring (nicht gezeigt) aufnimmt, ist an einer äußeren Umfangsoberfläche des zylindrischen Abschnitts 132 und benachbart zu dem Endabschnitt 131 gebildet. Der zylindrische Abschnitt 132 und der Verbindungsabschnitt 134 sind einstückig gebildet. Der Endabschnitt 131 und der zylindrische Abschnitt 132 sind an ungefähr der Rille 131a unterteilt und getrennt gegossen. Ein Kopfabschnitt besteht aus diesen unterteilten zwei Abschnitten des Endabschnittes 131 und des zylindrischen Abschnittes 132, die miteinander durch Verstemmen oder Schweißen verbunden sind. Der Kopfabschnitt kann so gebildet sein, daß er in Gleitkontakt mit einer Zylinderoberfläche einer Zylinderbohrung 32b steht. Ein Paar von Öffnungen 136 ist eine Endoberfläche des zylindrischen Abschnitts 132 durchdringend benachbart zu dem Verbindungsabschnitt 134 gebildet, durchgebohrt oder durchgestochen. Eine Rippe 137 ist auf einer Innenoberfläche des zylindrischen Abschnitts 132 gebildet und zwischen dem Paar von Öffnungen 136 an dem zylindrischen Abschnitt 132 angeordnet.

Wie in 1g gezeigt ist, weist die Rippe 137 eine im wesentlichen dreieckige Form im Querschnitt auf, die eine größere Breite an dem Boden und eine schmalere Breite an der Spitze aufweist. Weiter ist die Rippe 137 parallel zu der Axiallinie des Kolbens 13 gebildet. Die Querschnittsform der Rippe 137 ist nicht auf eine dreieckige Form begrenzt. Die Festigkeit eines Abschnitts des Kolbens zwischen dem Paar von durchdringenden Öffnungen 136 kann aufgrund der Rippe 137 verbessert werden. Als Resultat kann, wenn der Kompressor 1 unter einer hohen Last betrieben wird, das Auftreten von Rissen an dem Umfangsabschnitt der durchdringenden Öffnungen 136 verringert werden oder ganz ausgeschlossen werden. Der Verbindungsabschnitt 134 weist im Wesentlichen eine Hufeisenform auf und ist einstückig mit dem zylindrischen Abschnitt 132 gebildet. Der Verbindungsabschnitt 134 weist ein Paar von Schuhaufnehmern 134a auf, die einander zugewandt sind. Jeder der Schuhaufnehmer 134a weist einen halbkugelförmigen hohlen Abschnitt auf.

Wie in 1a2 gezeigt ist, ist eine Mehrzahl von Paaren von halbkugelförmigen Gleitschuhen 15 in den Schuhaufnehmern 134a vorgesehen und radial auf beiden Seitenoberflächen der Taumelscheibe 9 vorgesehen. Jedes der Paare von Gleitschuhen 15 ist in Bezug auf den Mittelpunkt einer jeden Seitenoberfläche der Taumelscheibe 9 angeordnet. Somit ist der Verbindungsabschnitt 134 des Kolbens 13 mit der Taumelscheibe 9 verbunden, wobei ein Paar von Schuhen 15 dazwischen vorgesehen ist. Durch diesen Aufbau wird die Drehbewegung der Taumelscheibe 9 durch die Antriebswelle 5 in eine lineare Hin- und Herbewegung umgewandelt und auf den Kolben 13 übertragen. Folglich wird der Kolben 13 in der Zylinderbohrung 32b hin- und herbewegt, wodurch eine Ansaug-/Ausgabetätigkeit des Kolbens 13 durchgeführt wird.

Es wird Bezug genommen auf 3a3h, der Aufbau eines Kolbens gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist gezeigt. Der Taumelscheibenkompressor von 2 kann auch den Kolben von 3a3h enthalten. In der folgenden Erläuterung werden die gleichen Bezugszeichen benutzt, zum Darstellen entsprechender Teile des Kolbens, wie bei der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, da der Aufbau des Kolbens der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung im Wesentlichen ähnlich zu dem Aufbau des Kolbens der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist. Die weitere Erläuterung ähnlicher Teile wird nicht wiederholt.

Bei dem Kolben der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist eine Rippe 137' auf der Außenoberfläche des zylindrischen Abschnitts 132' und zwischen dem Paar von durchdringenden Öffnungen 136' an dem zylindrischen Abschnitt 132' gebildet. Wie in 3g gezeigt ist, weist die Rippe 137' eine im Wesentlichen dreieckige Form im Querschnitt auf, die schräge Linie der Dreiecksform verbindet eine Endoberfläche des zylindrischen Abschnitts 132' und den Verbindungsabschnitt 134'. Weiter ist die Rippe 137' parallel zu der Axiallinie des Kolbens 13' gebildet. Die Querschnittsform der Rippe 137' ist nicht auf eine Dreiecksform begrenzt. Die Festigkeit eines Abschnitts zwischen dem Paar von durchdringenden Öffnungen 136' kann aufgrund der Rippe 137' verstärkt werden. Wenn der Kompressor 1 unter einer hohen Last tätig ist, kann als Resultat das Auftreten von Rissen an dem Umfangsabschnitt der durchdringenden Öffnung 136' verringert werden oder ausgeschlossen werden.

Bei den Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung kann die Rippe 137 oder 137' zwischen einem Paar von durchdringenden Öffnungen 136 oder 136' an dem Zylinderabschnitt 132 oder 132' gebildet sein. Das Bilden einer Rippe auf einer Innenoberfläche eines Zylinderabschnitts oder einer Außenoberfläche eines Zylinderabschnittes eines Kolbens kann gemäß der Schwierigkeit der Herstellung der Metallgußform des Zylinderabschnitts gewählt werden. Obwohl die Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung auf den Taumelscheibenkompressor angewendet sind, kann die vorliegende Erfindung auf jeden Kompressor oder Pumpe angewendet werden, die einen Kolben aufweisen.

Wie oben beschrieben wurde, weist bei einem Kolben zur Benutzung in einem Kompressor der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung der Kolben 13 einen Endabschnitt 131, einen zylindrischen Abschnitt 132 und einen Verbindungsabschnitt 134 auf. Der Kopfabschnitt weist zwei unterteilte Abschnitte auf: einen Endabschnitt 131 und einen zylindrischen Abschnitt 132, die durch z.B. Verstemmen oder Schweißen miteinander verbunden sind. Der Kopfabschnitt kann so gebildet sein, daß er in Gleitkontakt mit einer zylindrischen Oberfläche einer Zylinderbohrung 32b ist. Ein Paar von durchdringenden Öffnungen 136 ist durch den zylindrischen Abschnitt 132 an einer Endoberfläche des zylindrischen Abschnitts 132 benachbart zu dem Verbindungsabschnitt 134 gebildet. Eine Rippe 137 ist auf einer Innenoberfläche des zylindrischen Abschnitts 132 gebildet und zwischen dem Paar von durchdringenden Öffnungen 136 an dem zylindrischen Abschnitt 132 angeordnet. Die Rippe 137 weist eine im Wesentlichen dreieckige Form im Querschnitt auf, die eine Breite breiter an dem Boden und eine Breite schmaler an der Spitze in der Richtung senkrecht zu dem Liniensegment aufweist, das die zwei durchdringenden Öffnungen 136 verbindet. Weiter ist die Rippe 137 parallel zu der Axiallinie des Kolbens 13 gebildet. Die Festigkeit eines Abschnittes zwischen dem Paar von durchdringenden Öffnungen 136 kann durch die Rippe 137 verbessert werden. Als Resultat wird das Auftreten von Rissen am Umfangsabschnitt der durchdringenden Öffnung 136 verringert oder beseitigt werden, selbst wenn der Kompressor 1 unter hoher Last betrieben wird.


Anspruch[de]
Kolben (13) für eine Pumpe oder einen Kompressor (1), mit:

einem Kopfabschnitt (131, 132) mit einer zylindrischen Form und einem hohlen Aufbau, wobei der Kopfabschnitt (131, 132) einen Endabschnitt (131), einen zylindrischen Abschnitt (132) und einen dem Endabschnitt (131) gegenüberliegenden Boden aufweist und der Endabschnitt (131) fest mit dem zylindrischen Abschnitt (132) verbunden ist;

einem hufeisenförmigen Verbindungsabschnitt (134), der sich von dem Boden erstreckt und den Kolben (13) mit einer Taumelscheibe (9) verbindet; und

einer Öffnung (136), die durch den Boden benachbart zu dem Verbindungsabschnitt (134) gebildet ist;

wobei eine Rippe (137) benachbart zu der Öffnung (136) an dem Boden gebildet ist und in dem hufeisenförmigen Verbindungsabschnitt (134) anschließend an den zylindrischen Abschnitt (132) eine sich in der Außenfläche des Kolbens (13) umfangsmäßig erstreckende Rille vorgesehen ist.
Kolben (13) für eine Pumpe oder einen Kompressor (1), mit:

einem Kopfabschnitt (131, 132) mit einer zylindrischen Form und einem hohlen Aufbau, wobei der Kopfabschnitt (131, 132) einen Endabschnitt (131), einen zylindrischen Abschnitt (132) und einen dem Endabschnitt (131) gegenüberliegenden Boden aufweist und der Endabschnitt (131) fest mit dem zylindrischen Abschnitt (132) verbunden ist;

einem hufeisenförmigen Verbindungsabschnitt (134), der sich von dem Boden erstreckt und den Kolben (13) mit einer Taumelscheibe (9) verbindet; und

einem Paar von Öffnungen (136), die durch den Boden benachbart zu dem Verbindungsabschnitt (134) gebildet sind;

wobei eine Rippe (137) zwischen dem Paar von Öffnungen (136) an dem Boden gebildet ist und

in dem hufeisenförmigen Verbindungsabschnitt (134) anschließend an den zylindrischen Abschnitt (132) eine sich in der Außenfläche des Kolbens (13) umfangsmäßig erstreckende Rille vorgesehen ist.
Kolben nach Anspruch 1 oder 2, bei dem die Rippe (137) auf einer Innenoberfläche des Abschnitts gebildet ist. Kolben nach Anspruch 1 oder 2, bei dem die Rippe (137') auf einer Außenoberfläche des Kopfabschnittes gebildet ist. Kolben nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem der Kompressor (1) ein Taumelscheibenkompressor ist.






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