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Dokumentenidentifikation DE60028631T2 31.05.2007
EP-Veröffentlichungsnummer 0001036938
Titel Verdichterbeschichtung
Anmelder Kabushiki Kaisha Toyota Jidoshokki, Kariya, Aichi, JP
Erfinder Sugiura, Manabu, Kariya-shi, Aichi-ken, 448-8671, JP;
Iwama, Kazuaki, Kariya-shi, Aichi-ken, 448-8671, JP;
Sato, Teiichi, Kitasaki-cho, Ohbu-shi, Aichi, JP
Vertreter HOEGER, STELLRECHT & PARTNER Patentanwälte, 70182 Stuttgart
DE-Aktenzeichen 60028631
Vertragsstaaten DE, FR, IT
Sprache des Dokument EN
EP-Anmeldetag 13.03.2000
EP-Aktenzeichen 001045657
EP-Offenlegungsdatum 20.09.2000
EP date of grant 14.06.2006
Veröffentlichungstag im Patentblatt 31.05.2007
IPC-Hauptklasse F04B 27/10(2006.01)A, F, I, 20051017, B, H, EP

Beschreibung[de]
HINTERGRUND DER ERFINDUNG 1. Bereich der Erfindung

Die vorliegende Erfindung betrifft einen mit einem ersten und einem zweiten Glied, welche in gleitbeweglichem Kontakt relativ zueinander stehen, versehenen Verdichter gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 und betrifft im Besonderen die Verbesserung der Gleitverschleißfestigkeit einer Beschichtungslage, die auf der Gleitfläche der zwei Glieder zum Zwecke der Sicherstellung der Kontaktgleitfähigkeit gebildet ist. Eine derartige Verdichterbeschichtung ist z.B. aus der US-A-3723165 bekannt.

2. Beschreibung des Standes der Technik

Generell weist ein Verdichter vom Taumelscheibentyp einen Zylinderblock auf, der Teil des Gehäuses bildet, eine Mehrzahl von Kolben, welche hin und her beweglich in einer Mehrzahl von Zylinderbohrungen angeordnet sind, die in dem Zylinderblock gebildet sind, und eine Taumelscheibe, welche an einer Antriebswelle in einem geneigten Zustand in einer Kurbelkammer fixiert oder neigungsbeweglich an der Antriebswelle bereitgestellt ist. Jeder der Kolben ist mit dem peripheren Bereich der Taumelscheibe über ein Paar von Schuhen beweglich verbunden. Die bewegliche Verbindungskonstruktion gestattet es, die Rotationsbewegung der Antriebswelle und der Taumelscheibe in eine hin- und hergehende Bewegung des Kolbens umzuwandeln.

Für einen solchen Verdichter vom Taumelscheibentyp ist es wichtig geworden, ein Fressen zwischen der Taumelscheibe und dem Paar von Schuhen, die in direktem Kontakt mit beiden Oberflächen des peripheren Bereichs der Taumelscheibe stehen, zu vermeiden sowie die Reibung zwischen der Taumelscheibe und den Schuhen zu reduzieren, aus Gründen, die im Folgenden beschrieben werden. Bei einem Verdichter vom Taumelscheibentyp wird ein Schmierölnebel von einem Kühlmittelgas mitgetragen und jedem der Bereiche des Verdichters zum Zwecke des Bewirkens von Schmierung zugeführt. Jedoch wird Schmieröl, welches in der Gleitfläche der Taumelscheibe verblieben ist und derselben anhaftet, durch das Kühlmittelgas weggewaschen, bevor der Schmierölnebel die Taumelscheibe erreicht, und es ist damit zu rechnen, dass die Taumelscheibenoberfläche trocken wird, wo die Taumelscheibenoberfläche einen Mangel an Schmieröl aufweist. Eine Folge davon ist, dass die Taumelscheibe und die Schuhe gezwungen sind, ihre Gleitbewegung unter trockenen Bedingungen zu beginnen. Die Gleitbedingungen, namentlich die Gleitumgebung, für die Taumelscheibe sind also sehr widrig. Ferner ist bei einem sogenannten neuen Kältemittel, z.B. R134a, mit dessen Verwendung an Stelle des konventionellen Kühl-/Kältemittels man in jüngerer Zeit zum Schutz der Ozonschicht begonnen hat, die Wahrscheinlichkeit, den trockenen Zustand zu manifestieren, noch größer als bei dem konventionellen Kältemittel. Der Bedarf nach einer Verbesserung der Lubrizität der Taumelscheibenoberfläche ist daher noch größer geworden.

Konventionelle Techniken, welche dazu gedacht sind, derartige Probleme durch Oberflächenbehandlung der Taumelscheibe zu lösen, sind in der Offenlegungsschrift der japanischen Patentanmeldung (Kokai) JP 60022080 (japanische Auslegeschrift (Kokoku) JP 5010513), in der internationalen Veröffentlichung WO95/25224 und in der Offenlegungsschrift der japanischen Patentanmeldung (Kokai) JP 8199327 offenbart.

Von diesen konventionellen Techniken umfasst beispielsweise die in der Offenlegungsschrift der japanischen Patentanmeldung (Kokai) Nr. 60-22080 offenbarte das Bilden einer Festschmierstoffschicht, hergestellt durch Binden von Molybdändisulfid und Graphit mit einem Adhäsivmaterial, z.B. einem Phenolharz, auf dem metallischen Basismaterial einer Taumelscheibe. Die Festschmierstoffschicht verbessert die Lubrizität der Gleitbereichsfläche der Taumelscheibe, macht die Kontaktgleitfähigkeit der Taumelscheibe und der Gleitschuhe hervorragend und verbessert den Widerstand gegen Fressen der beiden Glieder.

Aus der US-A-3 723 165 ist das Flammspritzen eines Hochtemperatur-Kunststoffpulvers in Mischung mit einem Flammspritz-Metallpulver bekannt geworden. Dieses Dokument spezifiziert eine Schmierbeschichtung, welche auf Lagerflächen, die u.a. in Verdichtern verwendet werden sollen, anwendbar ist. Die Beschichtung umfasst ein sehr feines Metallpulver oder -staub mit einer Partikelgröße zwischen ca. 25 &mgr;m und 0,5 &mgr;m, welches an die Oberfläche eines Kunststoffs gebunden wird, z.B. mittels eines Bindemittels wie Phenolharz.

Die EP-A-0 890 743 offenbart einen Verdichter vom Taumelscheibentyp, dessen Taumelscheibe einer Gleitbewegung auf Schuhen unterworfen ist. Die Taumelscheibe ist mit einer oberflächenbehandelten Schicht versehen, wobei die Schicht eine Zwischenschicht, bestehend aus Cu, Sn oder Metallphosphat, und eine Gleitkontaktschicht, bestehend aus MoS2 und/oder Graphit und einem härtbaren Harz, umfasst.

Die U5-A-4 732 818 offenbart einen Komposit-Lagerwerkstoff, umfassend einen Metallträger, eine an den Metallträger gebundene poröse Metallzwischenschicht und eine Polytetrafluorethylen-(PTFE-)basierte Zusammensetzung, die mit der porösen Metallzwischenschicht vermischt ist und diese überlagert. Die poröse Metallzwischenschicht wird auf den Metallträger als eine relativ homogene Metallpulvermischung, im Wesentlichen umfassend Partikel mit zwei distinkten Partikelgrößenbereichen, nämlich einen relativ feinen Pulverbereich und einen relativ groben Pulverbereich, aufgebracht.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Obschon erwünschte Lubrizität mit jeder der konventionellen Techniken erhalten werden kann, ist eine ausreichende Dauerhaftigkeit der auf den Gleitflächen der Taumelscheibe und der Schuhe gebildeten Beschichtungslage noch nicht erzielt worden. Das heißt, wenn die Taumelscheibe wiederholt unter trockenen Bedingungen verwendet wird, kommt es in manchen Fällen dazu, dass die Beschichtungslage abgenutzt wird oder abblättert, so dass ein Loch entsteht, was in der Exposition des Basismetalls resultiert.

Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung liegt in der Verbesserung der Dauerhaftigkeit einer Beschichtungslage, gebildet auf der Gleitfläche zwischen zwei Gliedern, einem ersten und einem zweiten Glied, welche in gleitbeweglichem Kontakt relativ zueinander stehen und einen Verdichter bilden, und in der Bereitstellung eines Verdichters, der die Kontaktgleitfähigkeit zwischen den zwei Gliedern über einen längeren Zeitraum hervorragend aufrecht zu erhalten vermag.

Die vorliegende Erfindung stellt einen Verdichter bereit, versehen mit einem ersten und einem zweiten Glied, welche in gleitbeweglichem Kontakt relativ zueinander stehen, einer Beschichtungslage, die ein Metallpartikel enthaltendes Harz umfasst, gebildet auf der Gleitfläche des ersten Gliedes und/oder des zweiten Gliedes, wobei die Beschichtungslage poliert ist, so dass sie eine Dicke von bis zu einem der Partikelgröße der Metallpartikel in etwa entsprechenden Wert aufweist: Die in der Harzmatrix der Beschichtungslage vorhandenen Metallpartikel tragen eine hierauf aufgebrachte Last von der Gleitfläche, um die auf das Harz aufgebrachte Last relativ zu vermindern. Somit erhöht die Gegenwart der Metallpartikel die Dauerhaftigkeit der Beschichtungslage. Die Gegenwart der Metallpartikel erhöht die Dauerhaftigkeit der Beschichtungslage. Die Beschichtungslage ist poliert, so dass sie eine Dicke von bis zu einem der Partikelgröße der Metallpartikel in etwa entsprechenden Wert aufweist. Beispielsweise wird eine flüssigkeitsähnliche Mischung aus Metallpartikeln und einem Harz auf die Basismetalloberfläche der Glieder aufgebracht und die Beschichtungslage gehärtet. Die Oberfläche der Beschichtungslage wird dann poliert, bis die Lage eine Dicke von bis zu einem der Partikelgröße der Metallpartikel in etwa entsprechenden Wert aufweist. Die an der Oberfläche der Beschichtungslage exponierten Metallpartikel kommen in direkten Kontakt oder stehen im Wesentlichen in Kontakt mit dem Basismaterial. Die auf die Gleitfläche aufgebrachte Last wird hauptsächlich von den Metallpartikeln getragen, und als eine Folge davon wird die auf das Harz aufgebrachte Last relativ vermindert. Die Gleitverschleißfestigkeit der Beschichtungslage wird daher noch weiter erhöht. Ferner bedeutet "ein der Partikelgröße der Metallpartikel in etwa entsprechender Wert" ungefähr die Partikelgröße der Metallpartikel plus 10 % der Partikelgröße.

Der Verdichter, auf den die vorliegende Erfindung angewandt wird, ist vorzugsweise ein Verdichter vom Taumelscheibentyp. Der Verdichter vom Taumelscheibentyp ist mit einer Taumelscheibe und Schuhen zum Verbinden des peripheren Bereichs der Taumelscheibe mit einem Kolben versehen. Das erste und das zweite Glied, welche in gleitbeweglichem Kontakt relativ zueinander stehen, sind die Schuhe bzw. die Taumelscheibe. Die Beschichtungslage wird auf mindestens einer der Gleitflächen gebildet. Wenn die Beschichtungslage gebildet wird, weist die auf der Gleitfläche der Taumelscheibe und der Schuhe gebildete Beschichtungslage eine hohe Dauerhaftigkeit auf; daher bleibt die Gleitfähigkeit der Taumelscheibe und der Schuhe über einen langen Zeitraum hinweg hervorragend erhalten.

Die Partikelgröße der Metallpartikel liegt vorzugsweise in einem Bereich von 10 bis 100 &mgr;m. Wenn die Partikelgröße kleiner ist als 10 &mgr;m, wird die Beschichtungslagendicke zum Tragen der Last dünn. Daher zeigt die Beschichtungslage eine geringe Gleitverschleißfestigkeit. Ferner: wenn die Partikelgröße 100 &mgr;m überschreitet, muss die Beschichtungslage dicker gemacht werden als notwendig, und als eine Folge davon resultiert ein Nachteil betreffend die Adhäsionsfestigkeit, z.B. Abblättern der Beschichtungslage von dem Basismaterial, in der Erfordernis übermäßiger Materialmengen.

Der Gehalt der Metallpartikel in der Beschichtungslage beträgt mindestens 30 Vol.%, vorzugsweise bis hin zu dem Volumenverhältnis, oberhalb dessen das Harz die Lücken zwischen den Metallpartikeln nicht füllen kann. Weil das Volumenverhältnis der Metallpartikel so hoch wie mindestens 30 Vol.% ist, kann die Gleitverschleißfestigkeit der Beschichtungslage erhalten werden. Ferner: weil das Volumenverhältnis der Metallpartikel bis hin zu dem Volumenverhältnis beträgt, oberhalb dessen das Harz die Lücken zwischen den Metallpartikeln nicht füllen kann, gibt es keine Lücken im Inneren und in der Oberfläche der Beschichtungslage, verursacht durch einen Mangel an dem Harz, und die Oberflächenglattheit wird aufrecht erhalten, was zur Lubrizität beiträgt. Ferner: selbst wenn die Partikelgröße der Metallpartikel so klein wie ca. 10 &mgr;m ist und kleiner als ein Wert, der in etwa der Beschichtungsdicke entspricht, können die Metallpartikel zwischen der Oberfläche der Beschichtungslage und dem Basismaterial (oder der Primer-Beschichtung) vorliegen, wobei sie Gruppen bilden, die jeweils z.B. zwei oder drei Partikel, die miteinander verbunden sind, umfassen, wenn der Volumenanteil der Metallpartikel hoch ist. Dementsprechend kann eine Last von dem Basismaterial durch die Gruppen von einer Mehrzahl von den miteinander verbundenen Metallpartikeln sicher getragen werden; die auf das Harz aufgebrachte Last wird aufgrund des gleichen Prinzips vermindert, und die Beschichtungslage weist eine hohe Gleitverschleißfestigkeit auf.

Wenn die Beschichtungslage auf der Oberfläche von nur einem der beiden Glieder gebildet wird, ist es bevorzugt, wenn das Material für die Metallpartikel in der Beschichtungslage so gewählt wird, dass es von dem Metallmaterial des Gliedes, auf dem die Beschichtungslage nicht gebildet ist, verschieden ist, so dass die Adhäsion der Metallpartikel vermindert wird. Folglich werden die an der Oberfläche der Beschichtungslage exponierten Metallpartikel an einer Adhäsion an dem Metall des Gegenglieds gehindert.

Spezifische Beispiele für das Material der Metallpartikel umfassen Zinn, Silber, Aluminium, Kupfer, Zink, Nickel, Silicium, Cobalt, Titan, Wolfram, Molybdän, Magnesium, Eisen und eine Legierung, welche mindestens eines der oben erwähnten Metalle enthält. Es kann nur ein aus der oben erwähnten Gruppe ausgewähltes Material verwendet werden. Alternativ kann auch eine Mehrzahl der Materialien verwendet werden. Ferner können der Beschichtungslage auch andere Festschmierstoffe hinzugefügt werden. Bei dem Festschmierstoff handelt es sich um Molybdändisulfid und/oder Graphit.

Das Harz fungiert hauptsächlich als Binder zum Binden der Metallpartikel in Pulverform an das Basismaterial etc. des Gliedes. Ferner ist ein Teil des Harzes an der Oberfläche als eine Matrix der Beschichtungslage exponiert, um die Oberfläche zu glätten, und trägt zur Manifestation der Feststofflubrizität der Oberfläche bei. Das Verfahren zum Bilden einer Beschichtungslage umfasst z.B. das Aufbringen einer flüssigkeitsähnlichen Mischung aus den Metallpartikeln und dem Harz auf die Gleitfläche des Gliedes, gefolgt von Backen der Beschichtungslage bei einer geeigneten Temperatur. Es kann eine beliebige der folgenden Vorgehensweisen als Applikationsverfahren verwendet werden: Sprühen; Tumbling; Transferbeschichten; und Aufbürsten. Beispiele für das Harzmaterial umfassen Expoxidharz, Phenolharz, Furanharz, Polyamidimidharz, Polyimidharz, Polyamidharz, Polyacetalharz, Fluorharz wie PTFE und ungesättigtes Polyesterharz. Es kann eines oder eine Kombination von mehreren solcher Harze verwendet werden. Ferner kann die Beschichtungslage auf dem Basismaterial durch eine Primer-Beschichtung gebildet sein (Primer-Beschichtung kann weggelassen werden).

KURZBESCHREIBUNG DER FIGUREN Fig. 1

1 ist eine Darstellung im Längsschnitt eines Verdichters vom Taumelscheibentyp mit einfachwirkendem Kolben, auf den die vorliegende Erfindung angewandt wird.

Fig. 2

2 ist eine vergrößerte Schnittdarstellung, die die Beziehung zwischen einer Taumelscheibe und Schuhen umreißt.

BESCHREIBUNG BEVORZUGTER AUSFÜHRUNGSFORMEN

Zunächst wird eine Ausführungsform eines volumenveränderlichen Verdichters vom Taumelscheibentyp, der der Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist, kurz erläutert. Gemäß 1 ist der Verdichter vom Taumelscheibentyp mit einem Zylinderblock 1, einem vorderen Gehäuse 2, welches mit dem vorderen Ende des Zylinderblocks 1 verbunden ist, und einem hinteren Gehäuse 4, welches mit dem hinteren Ende des Zylinderblocks 1 über eine Ventilplatte 3 verbunden ist, versehen. Diese sind mittels einer Mehrzahl von Durchgangsbolzen (in der Figur weggelassen) miteinander zusammengefügt, um das Gehäuse des Verdichters zu bilden. Das Innere des Gehäuses ist in eine Kurbelkammer 5, eine Einlasskammer 6 und eine Auslasskammer 7 geteilt. Eine Mehrzahl von Zylinderbohrungen 1a (von denen nur eine gezeigt ist) sind in dem Zylinderblock 1 gebildet. Ein einfachwirkender Kolben 8 ist in jeder Bohrung 1a hin- und herbeweglich angeordnet. Die Einlasskammer 6 und die Auslasskammer 7 sind in der Lage, über Klappenventile, mit denen die Ventilplatte 3 versehen ist, selektiv mit jeder Bohrung 1a in Verbindung zu treten.

Eine Antriebswelle 9 ist in der Kurbelkammer 5 drehbeweglich gehalten, und eine Taumelscheibe 10, die als erstes Glied angesehen wird, ist darin angeordnet. Es ist eine Wellenbohrung 10a bereitgestellt, welche den zentralen Bereich der Taumelscheibe 10 durchdringt, und die Antriebswelle 9 ist durch die Wellenbohrung 10a hindurchgeführt. Die Taumelscheibe 10 ist mit der Antriebswelle 9 über einen Gelenkmechanismus 13 und eine Stützplatte 11 beweglich verbunden und ist mit einer Neigung gegenüber der Antriebswelle 9 beweglich, während sie synchron mit der Antriebswelle 9 rotiert und in der Axialrichtung der Antriebswelle 9 gleitet; ein peripherer Bereich 10d der Taumelscheibe 10 ist mit einem Basisende 8a jedes Kolbens 8 frei gleitbeweglich verbunden durch ein Paar von Schuhen (als Kurvenscheibe wirkender Folger) 20, 20, wodurch alle Kolben 8 mit der Taumelscheibe 10 beweglich verbunden sind. Wenn die in einem gegebenen Winkel geneigte Taumelscheibe 10 zusammen mit der Antriebswelle 9 rotiert, wird jeder Kolben 8 mit einem Hub gemäß einem Neigungswinkel der Taumelscheibe hin- und herbewegt. In jeder Zylinderbohrung 1a werden Einlass und Kompression eines Kühlmittelgases aus der Einlasskammer 6 (Gebiet des Einlassdrucks Ps) und Auslass des komprimierten Kältemittelgases in die Auslasskammer 7 (Gebiet des Auslassdrucks Pd) aufeinanderfolgend wiederholt.

Die Taumelscheibe 10 wird zu einer Position (neigungswinkelverkleinernden Position) in der Nähe des Zylinderblocks 1 hin bewegt mittels einer Feder 14 (eine Feder zum Treiben der Taumelscheibe in Richtung der Position, in der sie ihren minimalen Neigungswinkel einnimmt). Jedoch wird der minimale Neigungswinkel (z.B. 3 bis 5°) der Taumelscheibe 10 begrenzt durch Regulierung der Gleitbewegung der Taumelscheibe 10 zu ihrer neigungswinkelverkleinernden Position hin, z.B. durch einen an der Antriebswelle 9 fixierten Sicherungsring 1. Auf der anderen Seite wird der maximale Neigungswinkel der Taumelscheibe 10 z.B. dadurch begrenzt, dass ein Gegengewichtsbereich 10b der Taumelscheibe 10 mit einem definierenden Bereich 11a einer Stützplatte 11 zur Anlage kommt.

Für den Verdichter vom Taumelscheibentyp gemäß 1 kann der Neigungswinkel der Taumelscheibe 10 frei eingestellt werden auf einen Winkel zwischen dem minimalen Neigungswinkel und dem maximalen Neigungswinkel durch Anpassen des Kurbelkammerdrucks Pc (Rückdruck des Kolbens), der den Innendruck der Kurbelkammer 5 darstellt, unter Verwendung eines Leistungssteuerventils 16.

Die Taumelscheibe 10 weist eine Fläche 10c auf, die in dem zentralen Bereich der Taumelscheibe angeordnet ist, und einen ringförmigen peripheren Bereich 10d, der die Fläche 10c umgibt. Die Fläche 10c ist relativ dick verglichen mit dem peripheren Bereich 10d, und sowohl die Wellenbohrung 10a als auch der Gegengewichtsbereich 10b sind in der Fläche 10c gebildet. Ferner ist das Basisende 8a des Kolbens 8 mit einem konkaven Bereich 8b versehen zum Aufnehmen des peripheren Bereichs 10d der Taumelscheibe 10 und eines Paares von Schuhen 20, 20, die als das zweite Glied angesehen werden.

Als nächstes wird die Oberflächenstruktur etc. der Taumelscheibe, die das Merkmal der vorliegenden Erfindung darstellt, unter Bezugnahme auf 2 erläutert. Wie in 2 gezeigt, weist jedes Paar von Schuhen 20 eine sphärische konvexe Oberfläche 20a und eine flache Ebene 20b auf. Ein Paar von sphärischen konkaven Oberflächen 8c, die auf einander gegenüberliegenden Seiten mit den respektiven sphärischen konvexen Oberflächen 20a der Schuhe 20 in Kontakt gebracht werden sollen, sind an der Innenfläche des konkaven Bereichs 8b des Kolbens 8 gebildet. Die Schuhe des Paars von Schuhen 20 sind gleitbeweglich an den sphärischen konkaven Oberflächen 8c geführt. Die Taumelscheibe 10 ist durch das Paar von Schuhen 20 von der vorderen und hinteren Seite gehalten, während die vordere und die hintere Oberfläche 22 des peripheren Bereichs 10d mit den respektiven flachen Ebenen 20b der Schuhe 20 in Kontakt sind. Das heißt, das Paar von Schuhen 20, die zwischen dem Paar von sphärischen konkaven Oberflächen 8c und dem peripheren Bereich 10d der Taumelscheibe 10 angeordnet sind, sind von dem Basisende 8a des Kolbens 8 drehbar gehalten, wodurch das Basisende 8a des Kolbens 8 mit dem peripheren Bereich 10d der Taumelscheibe 10 über das Paar von Schuhen 20 verbunden ist. Ferner wird die Oberfläche 22 des peripheren Bereichs 10d der Taumelscheibe 10, der Bereich, der über die flache Ebene 20b der Schuhe 20 gleitet, die Gleitfläche der Taumelscheibenseite, und die flachen Ebenen 20b der Schuhe 20 werden die Gleitflächen der Schuhseiten.

Der Kolben 8 ist aus einer Aluminiumlegierung hergestellt (z.B. aus einer Al-Si-Legierung), und die Taumelscheibe 10 ist aus einem Material der Eisenreihe hergestellt (z.B. Gusseisen). Ferner sind die Schuhe 20 aus einem Lagerstahl hergestellt, der ein Material der Eisenreihe ist. Um die Kolben 8 leichtgewichtiger zu machen, wird hierfür ein Material der Aluminiumreihe verwendet. Um das Trägheitsmoment der Taumelscheibe 10 zu erhöhen, wird hierfür ein Material der Eisenreihe mit einer relativ hohen Dichte verwendet. Weil sowohl die Taumelscheibe 10 als auch die Schuhe 20 aus einem Material der Eisenreihe hergestellt sind und sich aus gleichartigen Metallwerkstoffen zusammensetzen, ist mit dem Auftreten von Adhäsion an der Gleitfläche zu rechnen. Demgemäß wird ein Film 23, der als eine Beschichtungslage zur Adhäsionsverhinderung angesehen wird, auf den Oberflächen 22 des peripheren Bereichs 10d der Taumelscheibe 10 gebildet. Der Film 23 wird auf dem Basismaterial 24 der Taumelscheibe 10 gebildet. Ferner ist das Basismaterial 24 der Taumelscheibe 10, auf dem der Film 23 gebildet werden soll, nicht auf ein Material der Eisenreihe begrenzt; es kann auch z.B. ein Material der Aluminiumreihe sein.

Auf den Oberflächen 22 des peripheren Bereichs 10d der Taumelscheibe 10 ist der Film 23 auf einer Fläche gebildet, die mindestens die gesamte Gleitfläche der Schuhe 20 umfasst. Als eine Folge davon gleiten die Schuhe 20 über den Film 23 der Taumelscheibe 10. Die innere Struktur des Films 23 und die Verfahren zu seiner Herstellung werden detailliert in den folgenden Beispielen 1 bis 2 erläutert.

[Beispiel]

Als nächstes werden die Beispiele 1 bis 2, die spezifische Beispiele für einen auf der Oberfläche einer Taumelscheibe 10 gebildeten Film 23 zeigen, und ein Vergleichsbeispiel, welches in die Kategorie der konventionellen Technik gehört, erläutert.

Beispiel 1

Eine Aluminiumlegierung (12 % Si-Al) mit einer Partikelgröße von ca. 70 &mgr;m wurde als metallische Partikel verwendet. Das Aluminiumlegierungspulver und ein Polyimidharz, welches als ein Harz angesehen wird, wurden in einem Mischungsverhältnis der Legierung zu dem Harz von 65 Gew.% zu 35 Gew.% gemischt, um eine flüssigkeitsähnliche Mischung zu erhalten. Die Oberfläche des Basismaterials einer Taumelscheibe, gebildet aus einem Material der Eisenreihe, wurde gereinigt und entfettet. Die flüssigkeitsähnliche Mischung aus einem Polyimidharz mit darin dispergierten Aluminiumlegierungspartikeln wurde auf beide periphere Oberflächen des Basismaterials der Taumelscheibe durch Sprühen aufgebracht. Nach der Aufbringung wurde die Beschichtung bei 200 °C gebacken, um die Filmbildung zu vervollständigen. Die Filmoberfläche wurde poliert, um einen Film 23 mit einer Dicke von ca. 50 &mgr;m zu bilden.

Beispiel 2

Als metallische Partikel wurde Zinn (Sn) mit einer Partikelgröße von ca. 40 bis 50 &mgr;m verwendet. Das Zinnpulver und ein Polyimidharz, welches als ein Harz angesehen wird, wurden in einem Mischungsverhältnis des Zinns zu dem Harz von 80 Gew.% zu 20 Gew.% gemischt, um eine flüssigkeitsähnliche Mischung zu erhalten. Die Oberfläche des Basismaterials einer Taumelscheibe, gebildet aus einem Material der Eisenreihe, wurde gereinigt und entfettet. Die flüssigkeitsähnliche Mischung aus einem Polyimidharz mit darin dispergierten Zinnpartikeln wurde auf beide periphere Oberflächen des Basismaterials der Taumelscheibe durch Sprühen aufgebracht. Nach der Aufbringung wurde die Beschichtung bei 200 °C gebacken, um die Filmbildung zu vervollständigen. Die Filmoberfläche wurde poliert, um einen Film 23 mit einer Dicke von ca. 50 &mgr;m zu bilden.

Vergleichsbeispiel

Molybdändisulfid mit einer Partikelgröße von ca. 1 &mgr;m wurde als Festschmierstoff verwendet. Das Molybdändisulfidpulver und ein Polyimidharz, welches als ein Harz angesehen wird, wurden in einem Mischungsverhältnis des Molybdändisulfids zu dem Harz von 60 Gew.% zu 40 Gew.% gemischt, um eine flüssigkeitsähnliche Mischung zu erhalten. Die Oberfläche des Basismaterials einer Taumelscheibe, gebildet aus einem Material der Eisenreihe, wurde gereinigt und entfettet. Die flüssigkeitsähnliche Mischung aus einem Polyimidharz mit darin dispergierten Molybdändisulfidpartikeln wurde auf beide periphere Oberflächen des Basismaterials der Taumelscheibe durch Sprühen aufgebracht. Nach der Aufbringung wurde die Beschichtung bei 200 °C gebacken, um die Filmbildung zu vervollständigen. Die Filmoberfläche wurde poliert, um einen Film 23 mit einer Dicke von ca. 50 &mgr;m zu bilden.

Verfahren und Evaluierung des Dauerhaftigkeitstests

Unter der Annahme, dass die wirkliche Maschine ein Verdichter vom Taumelscheibentyp ist, in den eine Taumelscheibe wie die in einem der oben erwähnten Beispiele und Vergleichsbeispiel angegebene eingebaut ist, wie in 1 gezeigt, wurde eine Beschleunigungstestmaschine verwendet und ein kontinuierlicher Gleitverschleißfestigkeitstest zwischen der Taumelscheibe und den Schuhen durchgeführt. In der Testmaschine wurden zwei Paare von Schuhen an der peripheren Oberfläche der Taumelscheibe an zwei respektiven Orten an beiden respektiven Endbereichen eines Durchmessers der Taumelscheibe angeordnet, derart, dass die respektiven Endflächen der Schuhe mit der peripheren Oberfläche in Kontakt kamen, und wurden in einen Zustand versetzt, in dem die Schuhe infolge der Kräfte von zwei Federn einen Druckkontakt auf die Taumelscheibenoberfläche ausübten. In diesem Zustand wurde die Taumelscheibe mit hoher Geschwindigkeit rotieren gelassen. Der Kontaktdruck zwischen den Schuhen und der Taumelscheibe wurde gemäß der wirklichen Maschine eingestellt. Ferner wurde in dem Test ein Zustand unmittelbar nach dem Starten der wirklichen Maschine beurteilt, und es wurden Schmierölbedingungen (Fluidschmierbedingungen) in einer öllosen Umgebung (unter der Annahme, dass die Menge des Schmieröls ca. 10 % des üblichen beträgt) verwendet. Die Drehzahl der Taumelscheibe wurde zu 9200 U/min bestimmt, was in etwa dem Doppelten der üblichen Drehzahl der wirklichen Maschine entspricht, und bei dieser Drehzahl wurde die Taumelscheibe für 8 Stunden rotieren gelassen.

Tabelle 1 fasst den Materialaufbau der Taumelscheiben der Beispiele 1 bis 2 und des Vergleichsbeispiels sowie die Testergebnisse zusammen. Das Auftreten von Problemen, wie Fressen zwischen den Schuhen und der Taumelscheibe wurde nach dem Test visuell beobachtet. In jedem der Beispiele 1 bis 2, in dem ein Film 23, der eine Mischung von Aluminiumlegierungspartikeln oder Zinnpartikeln und einem Polyimidharz umfasst, auf der peripheren Oberfläche einer Taumelscheibe gebildet war, zeigte weder die Gleitfläche der Taumelscheibe noch die der Schuhe Anormalitäten. Dagegen wurde bei dem Vergleichsbeispiel, bei dem eine Festschmierstoffschicht auf der peripheren Oberfläche einer Taumelscheibe gebildet ist, eine Anormalität betreffend Fressen bis zu einem gewissen Grad auf der Oberfläche beobachtet. Weil die Festschmierstoffschicht Effekte bis zu einem gewissen Grad in der wirklichen Maschine erzeugt, wurde bestätigt, dass die Filme der Beispiele 1 bis 2 hinsichtlich der Gleitverschleißfestigkeit exzellenter sind als die Festschmierstoffschicht.

Ferner ist die Realisierung der vorliegenden Erfindung nicht auf die oben erwähnte begrenzt. Die vorliegende Erfindung kann auch mit den Ausführungsformen (A) bis (F) realisiert werden.

  • (A) Der Beschichtungslage kann ferner ein Festschmierstoff hinzugefügt werden. Beispiele für den Festschmierstoff umfassen Molybdändisulfid, Wolframdisulfid, Graphit, Bornitrid, Antimonoxid, Bleioxid, Blei (Pb), Indium (In), Zinn (Sn) und PTFE. Die Festschmierstoff-Komponente, die zur Verwendung kommt, ist bevorzugt mindestens eine Substanz, die aus der oben erwähnten Gruppe ausgewählt ist. Ferner können mehrere der Substanzen in Mischung als die Festschmierstoff-Komponente verwendet werden.

    Ferner umfasst die Festschmierstoff-Komponente zwar ein Metall, jedoch unterscheidet sich dieses Metall von den Metallpartikeln gemäß vorliegender Erfindung insofern, als die Metallpartikel Partikel (partikelförmig) sind. Ferner ist die Partikelgröße der Metallpartikel vorzugsweise mindestens ein Wert, der in etwa der Dicke der Beschichtungslage entspricht und der größer ist als die Partikelgröße des Festschmierstoffs in Pulverform. Ferner ist die Morphologie der Metallpartikel vorzugsweise isotrop. Wenn die Morphologie der Metallpartikel anisotrop ist, z.B. schuppenartig (flockenartig) oder nadelartig, erfahren die Metallpartikel eine Orientierung in der Beschichtungslage (Film 23) in der Lagenrichtung. Die Beschichtungslage zeigt also keine Gleitverschleißfestigkeit. Weiter ist der Gehalt der Metallpartikel vorzugsweise hoch. Beispielsweise liegt der Gehalt vorzugsweise bei mindestens 30 Vol.%, mehr bevorzugt mindestens 40 Vol.%, besonders bevorzugt mindestens 50 Vol.%. Wenn der Volumenanteil der Metallpartikel hoch ist, d.h. wenn der Füllfaktor hoch ist, tragen die Metallpartikel die Last leicht und tragen zu der Verbesserung der Gleitverschleißfestigkeit der Beschichtungslage bei.
  • (B) Die Partikelgröße der Metallpartikel kann kleiner sein als eine Größe, die in etwa der Dicke der Beschichtungslage (Film 23) entspricht. Beispielsweise wird die Partikelgröße der Metallpartikel so bestimmt, dass sie in einem Bereich von 10 bis 20 &mgr;m angesiedelt ist, und die Dicke der Beschichtungslage kann so ausgeführt sein, dass sie etwa das Doppelte ihrer Partikelgröße beträgt. In diesem Fall, wenn das Volumenverhältnis der Metallpartikel groß ist, liegen die Metallpartikel zwischen der Beschichtungslagenoberfläche und der Basismaterialoberfläche vor, wobei sie miteinander verknüpft sind. Als eine Folge hiervon tragen die Metallpartikel die Last effektiv, um die Gleitverschleißfestigkeit der Beschichtungslage zu erhöhen.
  • (C) Ferner kann eine Primer-Beschichtung, die von dem Basismaterial verschieden ist, unter dem Film 23 gebildet sein. Beispielsweise kann eine Kupferlegierungsschicht als Primer-Beschichtung nach einem Verfahren wie Thermospritzen gebildet sein.
  • (D) Die Oberfläche des Basismaterials 24 der Taumelscheibe 10 kann oberflächenaufgeraut sein (wobei die Oberflächenrauheit z.B. 3 bis 10 &mgr;m beträgt), um die Adhäsion des Films 23 an dem Basismaterial 24 zu verbessern.
  • (E) Der Bereich, auf den die Erfindung Anwendung finden kann, ist nicht auf den Gleitbereich zwischen der Taumelscheibe und den Schuhen begrenzt; die vorliegende Erfindung kann auch auf die nachfolgend aufgezeigten Kontaktgleitbereiche (a) bis (c) Anwendung finden. Das heißt, Beispiele für eine Kombination des ersten und zweiten Gliedes lauten wie folgt:

    (a) ein Bereich zwischen den Schuhen 20 und dem Kolben 8;

    (b) ein Bereich zwischen der Antriebswelle 9 und der Taumelscheibe 10; und

    (c) ein Bereich zwischen der peripheren Oberfläche des Kolbens 8 und der inneren Oberfläche der Zylinderbohrung 1a des Zylinderblocks 1
  • (F) Die Anwendung der vorliegenden Erfindung ist nicht auf den Verdichter vom Taumelscheibentyp begrenzt; sie kann auch auf andere Arten von Verdichter Anwendung finden, z.B. für einen Scrollkompressor.

Die technischen Ideen, welche von denjenigen der Ansprüche verschieden sind, aber in den obigen Ausführungsformen aufgezeigt sind, sowie weitere Beispiele werden im Folgenden beschrieben.

  • (1) In Anspruch 5 beträgt der Gehalt der Metallpartikel mindestens 40 Vol.%.
  • (2) Bei der in (1) erwähnten technischen Idee beträgt der Gehalt derselben mindestens 50 Vol.%.
  • (3) In Anspruch 4 liegt die Partikelgröße (mittlere Partikelgröße) der Metallpartikel in einem Bereich von 30 bis 80 &mgr;m. In diesem Fall wird die Gleitverschleißfestigkeit der Beschichtungslage erhöht und die Dickenkontrolle der Beschichtungslage kann leicht realisiert werden.

Wie im Vorstehenden detailliert beschrieben, verbessert die vorliegende Erfindung die Dauerhaftigkeit der Beschichtungslage, die auf der Gleitfläche zwischen zwei Gliedern, welche einen Verdichter bilden, gebildet ist, und kann die Kontaktgleitfähigkeit zwischen den zwei Gliedern über einen langen Zeitraum hervorragend aufrechterhalten.


Anspruch[de]
Verdichter, versehen mit einem ersten und einem zweiten Glied (10, 20), welche in gleitbeweglichem Kontakt relativ zueinander stehen, einer Beschichtungslage (23), die ein Metallpartikel enthaltendes Harz umfasst, gebildet auf der Gleitfläche des ersten Gliedes und/oder des zweiten Gliedes (10, 20), dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtungslage (23) poliert ist, so dass sie eine Dicke von bis zu einem der Partikelgröße der Metallpartikel in etwa entsprechenden Wert aufweist. Verdichter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Verdichter ein Verdichter vom Taumelscheibentyp ist, wobei der Verdichter vom Taumelscheibentyp mit einer Taumelscheibe (10) und Schuhen (20) zum Verbinden des peripheren Bereichs der Taumelscheibe (10) mit einem Kolben (8) als das erste und das zweite Glied, welche in gleitbeweglichem Kontakt relativ zueinander stehen, versehen ist und wobei die Beschichtungslage (23) auf der Taumelscheibenoberfläche und/oder der Gleitfläche der Schuhe (20) gebildet ist. Verdichter nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Partikelgröße der Metallpartikel im Bereich von 10 bis 100 &mgr;m liegt. Verdichter nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Gehalt der Metallpartikel mindestens 30 Vol.% und bis zu dem Volumenverhältnis, oberhalb dessen das Harz die Lücken zwischen den Metallpartikeln nicht füllen kann, beträgt. Verdichter nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtungslage nur auf einem der beiden Glieder (10, 20) gebildet ist und dass das Material der Metallpartikel in der Beschichtungslage (23) von dem Metallmaterial des Gliedes (10, 20), auf dem die Beschichtungslage (23) nicht gebildet ist, verschieden ist und schlechte Adhäsion an dem Metallmaterial zeigt. Verdichter nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Material der Metallpartikel aus einer oder mehreren Substanzen besteht, die ausgewählt sind aus der aus Zinn, Silber, Aluminium, Kupfer, Zink, Nickel, Titan, Wolfram, Molybdän, Magnesium, Eisen und einer mindestens eines der oben erwähnten Metalle enthaltenden Legierung bestehenden Gruppe. Verdichter nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Harzmaterial ein oder mehrere Materialien, ausgewählt aus der aus Epoxidharz, Phenolharz, Furanharz, Polyamidimidharz, Polyimidharz, Polyamidharz, Polyacetalharz, Fluorharz und ungesättigtem Polyesterharz bestehenden Gruppe, ist. Verdichter nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtungslage (23) einen Festschmierstoff enthält. Verdichter nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Festschmierstoff Molybdändisulfid und/oder Graphit ist.






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