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Dokumentenidentifikation DE19603109C2 02.07.1998
Titel Kolben-Kältemittelkompressor mit verbesserter Dichtfunktion
Anmelder Kabushiki Kaisha Toyoda Jidoshokki Seisakusho, Kariya, Aichi, JP
Erfinder Tarutani, Tomoji, Kariya, Aichi, JP;
Shintoku, Noriyuki, Kariya, Aichi, JP;
Wakita, Tomohiro, Kariya, Aichi, JP;
Toyama, Atsuko, Kariya, Aichi, JP
Vertreter HOEGER, STELLRECHT & PARTNER PATENTANWÄLTE GBR, 70182 Stuttgart
DE-Anmeldedatum 29.01.1996
DE-Aktenzeichen 19603109
Offenlegungstag 14.08.1996
Veröffentlichungstag der Patenterteilung 02.07.1998
Veröffentlichungstag im Patentblatt 02.07.1998
IPC-Hauptklasse F04B 39/12
IPC-Nebenklasse F04B 27/08   

Beschreibung[de]

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Kolben-Kältemittelkompressor gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und befaßt sich speziell mit einer internen Abdichtkonstruktion für einen solchen Kompressor.

Es gibt zahlreiche Kolbenkompressoren, die der Verdichtung eines gasförmigen Kältemittels als Kühlmedium für ein Kühlsystem, beispielsweise ein Kraftfahrzeugkühlsystem oder eine Kraftfahrzeugklimaanlage, dienen. Dabei können diese Kolbenkompressoren mit fester oder variabler Förderleistung arbeiten und als Taumelscheiben- oder Taumelplattenkompressoren ausgebildet sein.

Taumelscheibenkompressoren arbeiten dabei üblicherweise mit mehreren doppelt-wirkenden Kolben, die zu einer axialen Hin- und Herbewegung in einer Zylinderblockanordnung angetrieben werden, welche den Hauptteil des Grundkörpers des Kompressors bildet und mit einem vorderen und einem hinteren Gehäuse zusammenwirkt.

Ein solcher Taumelscheibenkompressor mit doppelt-wirkenden Kolben ist beispielsweise aus der deutschen Offenlegungsschrift 41 10 647 bekannt. Bei dem aus dieser Druckschrift bekannten Kompressor sind die Ansaugkammern jedoch, im Unterschied zu dem Kolben-Kältemittelkompressor nach dem Oberbegriff von Anspruch 1, nicht innenliegend, zentral in dem vorderen bzw. hinteren Gehäuse, sondern radial außenliegend in dem vorderen bzw. hinteren Gehäuse angeordnet.

Taumelplattenkompressoren haben dagegen üblicherweise mehrere einfach-wirkende Kolben, die zu einer Hin- und Herbewegung in Zylinderbohrungen eines Zylinderblocks angetrieben werden, der in Verbindung mit einem Kurbelgehäuse und einem weiteren Gehäuse den Grundkörper eines Kompressors bildet.

Ein solcher Taumelplattenkompressor mit einfach-wirkenden Kolben ist beispielsweise aus der deutschen Offenlegungsschrift 43 03 745 bekannt. Bei dem aus dieser Druckschrift bekannten Kompressor sind jedoch, im Unterschied zu dem Kolben-Kältemittelkompressor nach dem Oberbegriff von Anspruch 1, keine Ansaugkanäle in der Zylinderblockanordnung ausgebildet. Vielmehr steht die Ansaugkammer des Kompressors der genannten Druckschrift über einen in dem Gehäuse vorgesehenen Ansaugeinlaß unmittelbar mit einem externen Kühlsystem in Verbindung.

Eine Zylinderblockanordnung für einen Taumelscheibenkompressor mit doppelt-wirkenden Kolben besitzt einen vorderen und einen hinteren Zylinderblock, wobei diese Zylinderblöcke in axialer Richtung hintereinanderliegend angeordnet und an ihren äußeren Enden unter Einfügung von Ventilplatten durch ein vorderes bzw. hinteres Gehäuse geschlossen sind. Die Zylinderblockanordnung, das vordere und das hintere Gehäuse und die Ventilplatten, d. h. die vordere und die hintere Ventilplatte, sind dabei durch mehrere lange Schraubbolzen in axialer Richtung dicht zusammengespannt. Ferner besitzt ein solcher Kompressor eine Einlaßöffnung für das Zuführen eines zu komprimierenden gasförmigen Kältemittels in einen Niederdruckbereich, nämlich in eine im Grundkörper des Kompressors vorgesehene Taumelscheibenkammer, und eine Auslaßöffnung zum Abgeben des komprimierten gasförmigen Kältemittels an eine Kühl- oder Klimaanlage. Das der Taumelscheibenkammer zugeführte gasförmige Kältemittel strömt über Ansaugkanäle zu Ansaugkammern im vorderen und im hinteren Gehäuse und wird dann über Ansaugventile, die in Abhängigkeit von der Hin- und Herbewegung der doppelt-wirkenden Kolben in ihre Schließstellung und ihre Offenstellung gebracht werden, in die betreffenden Zylinderbohrungen gesaugt, wobei die Kolben durch eine Taumelscheibe betätigt werden, die drehfest auf einer zu einer Drehbewegung antreibbaren Antriebswelle sitzt. Das gasförmige Kältemittel wird durch die Kolben in den einzelnen Zylinderbohrungen komprimiert, und dann aus diesen in die Auslaßkammern ausgestoßen, die im vorderen und im hinteren Gehäuse vorgesehen sind, und zwar über Auslaßventile, die in Abhängigkeit von der Hin- und Herbewegung der Kolben in ihre Offenstellung und ihre Schließstellung gebracht werden. Das komprimierte gasförmige Kältemittel wird mit hohem Druck aus den Auslaßkammern des vorderen und des hinteren Gehäuses einer externen Kältemittelleitung zugeführt, die mit dem Kühlsystem verbunden ist, und zwar über in dem Kompressor vorgesehene Auslaßkanäle und die oben erwähnte Auslaßöffnung.

Die Ansaugkammer und die Auslaßkammer in dem vorderen und dem hinteren Gehäuse sind so ausgebildet, daß entweder die Ansaugkammern in zentralen Bereichen der Gehäuse angeordnet sind und in Umfangsrichtung von den Auslaßkammern umgeben werden, die von ihnen durch eine ringförmige Trennwand getrennt sind, oder so, daß die Auslaßkammern in zentralen Bereichen der Gehäuse angeordnet und auf ihrem Umfang von den Ansaugkammern umgeben sind. Bei der an erster Stelle erwähnten Anordnung von Ansaug- und Auslaßkammern ergibt sich der Vorteil, daß sich die Ansaugkammern im vorderen und im hinteren Gehäuse in Bereichen befinden, die in Fluidverbindung mit auf der Antriebswelle montierten Wellendichtungseinrichtungen stehen können, so daß diese durch das gasförmige Kältemittel in den Ansaugkammern gekühlt und mit dem darin suspendierten Schmiermittel geschmiert werden können. Ferner kann der interne Aufbau des vorderen und des hinteren Gehäuses bei zentral angeordneter Ansaugkammer einfacher sein.

Fig. 4 zeigt beispielsweise den internen Aufbau eines vorderen oder hinteren Gehäuses für einen konventionellen Taumelscheibenkompressor mit doppelt-wirkenden Kolben, die zu einer Hin- und Herbewegung in fünf Zylinderbohrungen im vorderen und im hinteren Teil einer Zylinderblockanordnung antreibbar sind. Aus der Darstellung gemäß Fig. 4 wird deutlich, daß das runde vordere Gehäuse 5 in seinem zentralen Teil mit einer Ansaugkammer 14 versehen ist, welche von einer Auslaßkammer umgeben ist. Dabei ist die Ansaugkammer als unrunde Kammer mit fünf radialen Vorsprüngen ausgebildet und gegenüber der Auslaßkammer durch eine unrunde gekrümmte Trennwand 30 isoliert, welche derart verläuft, daß sie sich bis dicht zu halbkreisförmigen Augen erstreckt, die am äußeren Umfang des Gehäuses angeordnet sind und durchgehende Öffnungen für lange Schraubbolzen bilden. Gemäß Fig. 4 sind in einer dem Gehäuse 5 zugeordneten Ventilplatte Ansaugöffnungen 18 vorgesehen, die gestrichelt eingezeichnet sind und sich zu der Ansaugkammer 14 öffnen.

Wenn das gasförmige Kältemittel bei dem vorstehend beschriebenen Aufbau des vorderen Gehäuses 5 in den einzelnen Zylinderbohrungen 11 der Zylinderblockanordnung, deren Lage ebenfalls durch gestrichelte Linien angedeutet ist, derart komprimiert wird, daß es unter einem hohen Druck steht, dann wirkt dieser hohe Druck des Kältemittels direkt auf die Ventilplatte ein, die zwischen dem betreffenden Ende der Zylinderblockanordnung und dem vorderen Gehäuse 5 angeordnet ist. Somit kann der zentrale Teil der Ventilplatte, welcher der Ansaugkammer 14 zugewandt ist und einen größeren Abstand von den Bereichen besitzt, die in engem Kontakt mit den oben erwähnten halbkreisförmigen Augen des vorderen Gehäuses 5 stehen, wenn die langen Schraubbolzen fest angezogen werden, durch den hohen Druck des komprimierten gasförmigen Kältemittels teilweise deformiert und dadurch von der angrenzenden Stirnfläche der Zylinderblockanordnung abgehoben werden. Dieses Abheben der Ventilplatte von der Stirnfläche der Zylinderblockanordnung nimmt mit dem Abstand von der Trennwand 30 zu, welche die Ventilplatte ebenfalls gegen die Stirnfläche der Zylinderblockanordnung drückt.

An dieser Stelle ist darauf hinzuweisen, daß die in der Zylinderblockanordnung ausgebildeten Ansaugkanäle zum Zuführen des gasförmigen Kältemittels aus der unter niedrigem Druck stehenden Taumelscheibenkammer zu der Ansaugkammer 14 sehr dicht an den einzelnen Zylinderbohrungen 11 angeordnet sind, so daß zwischen einer Zylinderbohrung 11 und dem benachbarten Ansaugkanal 28 nur ein sehr kleiner Abstand s verbleibt. Wenn daher die oben erläuterte Deformation der Ventilplatte eintritt, führen schmale Spalte zu einem Versagen der hermetischen Abdichtung zwischen der Stirnfläche der Zylinderblockanordnung und der angrenzenden ebenen Fläche der Ventilplatte, so daß unter hohem Druck stehendes komprimiertes gasförmiges Kältemittel aus den betreffenden Zylinderbohrungen 11 direkt in die angrenzenden Ansaugkanäle 28 entweichen kann und sich dort mit dem angesaugten Kältemittel mischt. Hierdurch wird der Kompressions-Wirkungsgrad des Taumelscheibenkompressors verringert. Außerdem wird durch das Entweichen von komprimiertem Kältemittel in die Ansaugkanäle 28 und die Ansaugkammer 14 eine zusätzliche Erwärmung des Kältemittels vor der Kompression desselben hervorgerufen, wodurch eine Verschlechterung der Kühlleistung des angeschlossenen Kühlsystems eintritt.

Die beschriebenen Probleme treten aber nicht nur bei Taumelscheibenkompressoren mit doppelt-wirkenden Kolben auf, sondern auch bei konventionellen Taumelplattenkompressoren mit einfach-wirkenden Kolben, bei denen an einem Zylinderblock eine Kurbelkammer und ein einziges Gehäuse, nämlich ein hinteres Gehäuse, vorgesehen sind, wobei letzteres über eine Ventilplatte mit dem hinteren Ende des Zylinderblockelements verbunden ist und eine Ansaugkammer und eine Auslaßkammer aufweist. Wenn nämlich der Taumelplattenkompressor mit einfach-wirkenden Kolben mit einer Taumelscheiben- bzw. Kurbelkammer im Inneren des Kurbelgehäuses versehen ist und wenn die Kurbelkammer der Zuführung von zu komprimierendem Kältemittel dient und mit der Ansaugkammer über in dem Zylinderblock ausgebildete Ansaugkanäle in Verbindung steht, dann ergeben sich auch für diesen Kompressor im Bereich der an das einzige Gehäuse angrenzenden Ventilplatte ähnliche Probleme wie sie vorstehend beschrieben wurden.

Ausgehend vom Stand der Technik und der vorstehend erläuterten Problematik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, für einen Kältemittel-Kolbenkompressor eine verbesserte interne Abdichtkonstruktion anzugeben, mit der die erläuterten Probleme vermieden werden können und mit deren Hilfe ein Entweichen von komprimiertem gasförmigem Kältemittel aus den Zylinderbohrungen in einen Ansaugbereich des Kompressors aufgrund der Deformation mindestens einer Ventilplatte verhindert werden kann.

Diese Aufgabe wird bei einem gattungsgemäßen Kompressor durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.

In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung hat es sich als günstig erwiesen, wenn die axiale Länge der einzelnen Andrückrippen um einen Betrag von 0,05 bis 0,15 mm größer ist als die axiale Länge der Außenwand des Gehäuses.

Ferner ist vorzugsweise die axiale Länge der von der Innenseite des Gehäuses abstehenden Trennwand, deren Stirnfläche ebenfalls als Andrückfläche dient, größer als die axiale Länge der Außenwand des Gehäuses, jedoch kleiner als die axiale Länge der vorstehenden Andrückrippen.

Bei einem Kompressor gemäß der Erfindung kann der Ansaugteil entweder eine Ansaugkammer oder eine Kurbelkammer sein, die mit einem externen Kühlsystem über eine Einlaßöffnung des Kompressors in Verbindung steht, um das gasförmige Kältemittel vor der Kompression desselben aufzunehmen, wenn dieses aus einem externen Kältemittelkreislauf zurückkehrt.

Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung werden nachstehend anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen noch näher erläutert werden. Es zeigen:

Fig. 1 einen Längsschnitt eines Kolbenkompressors mit doppelt-wirkenden Kolben, bei dem die neuartige interne Abdichtkonstruktion gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung realisiert ist;

Fig. 2 eine Innenansicht eines vorderen Gehäuses des Kompressors gemäß Fig. 1 zur Verdeutlichung des internen Gehäuseaufbaus;

Fig. 3 einen Querschnitt durch ein hinteres Gehäuse des Kompressors gemäß Fig. 1 zur Verdeutlichung wesentlicher Einzelheiten des internen Gehäuseaufbaus; und

Fig. 4 eine Innenansicht eines vorderen Gehäuses eines Kältemittel-Kolbenkompressors gemäß dem Stande der Technik.

Im einzelnen zeigen Fig. 1 bis 3 einen Taumelscheiben-Kältemittelkompressor mit doppelt-wirkenden, zu einer Hin- und Herbewegung antreibbaren Kolben, wobei eine im wesentlichen runde Zylinderblockanordnung vorgesehen ist, die einen vorderen Zylinderblock 1 und einen hinteren Zylinderblock 2 aufweist, und wobei diese beiden Blöcke in axialer Richtung stramm zusammengespannt sind. Die zusammengebaute Zylinderblockanordnung 1, 2 besitzt ein vorderes Ende und ein hinteres Ende, und diese Enden sind jeweils über eine vordere und eine hintere Ventilplatte 3 bzw. 4 durch ein vorderes bzw. ein hinteres Gehäuse 5 bzw. 6 geschlossen. Die zusammengebaute Zylinderblockanordnung 1, 2, die vordere und die hintere Ventilplatte 3 und 4 und das vordere und das hintere Gehäuse 5 und 6 sind mittels mehrerer langer Schraubbolzen 7 stramm zusammengespannt, welche durchgehende Bohrungen 1a und 2a in dem vorderen bzw. dem hinteren Zylinderblock 1 bzw. 2 durchgreifen. Im Verbindungsbereich des vorderen und des hinteren Zylinderblockes 1, 2 ist eine Taumelscheibenkammer 8 vorgesehen, die der Aufnahme einer Taumelscheibe 10 dient, die drehfest an einer axialen Antriebswelle 9 montiert ist, welche axiale Wellenbohrungen bzw. Mittelbohrungen 1b und 2b der Zylinderblöcke 1, 2 in axialer Richtung durchgreift. Die axiale Antriebswelle 9 ist mit Hilfe eines vorderen und eines hinteren reibungsarmen Lagers derart gelagert, daß sie um ihre Längsachse als Drehachse drehbar ist, wobei ein vorderer Endbereich der Welle 9 das vordere Gehäuse 5 durchgreift und auf der Außenseite desselben mit einer Antriebsquelle, beispielsweise einem Kraftfahrzeugmotor, über nicht gezeigte Verbindungseinrichtungen verbindbar ist.

Der vordere Zylinderblock 1 und der hintere Zylinderblock 2 der Zylinderblockanordnung 1, 2 sind jeweils mit fünf vorderen bzw. fünf dazu koaxialen hinteren Zylinderbohrungen 11 versehen, welche sich parallel zur Drehachse der Antriebswelle 9 durch die Zylinderblöcke hindurch erstrecken. Die vorderen und die hinteren Zylinderbohrungen 11 dienen der gleitverschieblichen Aufnahme von fünf doppelt-wirkenden Kolben 12, die mit der Taumelscheibe 10 über halbkugelförmige Schuhe 13 in Eingriff stehen. Wenn die Taumelscheibe 10zusammen mit der axialen Antriebswelle 9 zu einer Drehbewegung angetrieben wird, werden die Kolben 12 folglich in ihren zugeordneten Zylinderbohrungen 11 zu einer Hin- und Herbewegung angetrieben.

In dem vorderen Gehäuse 5 und in dem hinteren Gehäuse 6 ist jeweils eine zentrale Ansaugkammer 14 bzw. 15 vorgesehen. Außen angeordnete Auslaßkammern 16 und 17 umgeben die innenliegenden zentralen Ansaugkammern 14 bzw. 15. Die zentralen Ansaugkammern 14 und 15 in dem vorderen bzw. dem hinteren Gehäuse 5, 6 sind gegenüber den außenliegenden Auslaßkammern 16 und 17 durch eine vordere bzw. eine hintere Trennwand 30 bzw. 31 in Form kontinuierlicher Wände hermetisch dichtend getrennt. Die Trennwände 30 und 31 stehen in axialer Richtung von einer Innenfläche des vorderen Gehäuses 5 bzw. des hinteren Gehäuses 6 ab und besitzen Stirnflächen, die unter Druck in Kontakt mit der vorderen bzw. der hinteren Ventilplatte 3 bzw. 4 stehen. Die vordere und die hintere Ventilplatte 3, 4 sind mit mehreren (fünf) darin ausgebildeten vorderen bzw. hinteren Ansaugöffnungen 18, 19 versehen, um eine Fluidverbindung zwischen den einzelnen Zylinderbohrungen 11 und der vorderen bzw. der hinteren Ansaugkammer 14 bzw. 15 herzustellen. Ein in der Gasphase vorliegendes Kältemittel niedrigen Druckes wird aus den Ansaugkammern 14 und 15 über die Ansaugöffnungen 18 bzw. 19 in die vorderen bzw. die hinteren Zylinderbohrungen 11 gesaugt, wenn die doppelt-wirkenden Kolben 12 eine Hin- und Herbewegung ausführen. Die vordere und die hintere Ventilplatte 3 bzw. 4 sind außerdem mit mehreren (fünf) vorderen bzw. hinteren Auslaßöffnungen 20 bzw. 21 versehen, die darin ausgebildet sind, um eine Fluidverbindung zwischen den vorderen und den hinteren Zylinderbohrungen 11 und der vorderen Auslaßkammer 16 bzw. der hinteren Auslaßkammer 17 herzustellen. Nach der Kompression wird das unter hohem Druck stehende gasförmige Kältemittel in Abhängigkeit von der Hin- und Herbewegung der Kolben 12 aus den vorderen bzw. hinteren Zylinderbohrungen 11 über die vorderen und die hinteren Auslaßöffnungen 20 und 21 in die jeweils zugeordneten Auslaßkammern 16 bzw. 17 ausgestoßen.

Es ist zu beachten, daß jede der Trennwände 30, 31 als kontinuierliche, nicht kreisförmige gekrümmte Wand ausgebildet ist, die in der Weise verläuft, daß sie an die im Randbereich vorgesehenen Augen des vorderen Gehäuses 5 und des hinteren Gehäuses 6 und an die Ansaugöffnungen 18 und 19 der vorderen bzw. der hinteren Ventilplatte 3 bzw. 4 nahe heranreicht. Dabei sind die Durchführungen bzw. Augen des vorderen und des hinteren Gehäuses 5 bzw. 6 zur Bildung durchgehender Öffnungen vorgesehen, welche von den oben erwähnten langen Schraubbolzen 7 durchgriffen werden können.

Ansaugventile 22 und 23 sind so angeordnet, daß sie sandwichartig zwischen der vorderen und der hinteren Ventilplatte 3, 4 und dem vorderen bzw. dem hinteren stirnseitigen Ende der zusammengebauten Zylinderblockanordnung 1, 2 liegen, während Auslaßventile 24 und 25 mit ihren zugeordneten Fängerelementen 24, 25 sandwichartig zwischen der vorderen und der hinteren Ventilplatte 3, 4 einerseits und dem vorderen bzw. dem hinteren Gehäuse 5, 6 angeordnet sind.

Der hintere Zylinderblock 2 ist mit einem in seinem oberen Teil angebrachten Montageelement 26 versehen, so daß er mit einem Flanschelement verbunden werden kann, und das Montageelement 26 ist mit einer darin ausgebildeten Einlaßöffnung (nicht gezeigt) versehen, durch die gasförmiges Kältemittel vor seiner Kompression in die Taumelscheibenkammer 8 geleitet werden kann. Die Taumelscheibenkammer 8 ist mit der vorderen und der hinteren Ansaugkammer 14, 16 über Ansaugkanäle 28 bzw. 29 verbunden, die in dem vorderen und dem hinteren Zylinderblock 1, 2 ausgebildet sind. Dabei sind die Ansaugkanäle 28 und 29 jeweils zwischen benachbarten Zylinderbohrungen 11 des vorderen bzw. des hinteren Zylinderblockes 1 bzw. 2 angeordnet und befinden sich in einem radial zentralen Teil des vorderen bzw. des hinteren Zylinderblockes 1 bzw. 2. Die Ansaugkanäle 28 und 29 gestatten ein Fließen des gasförmigen Kältemittels vor der Kompression desselben aus der Taumelscheibenkammer 8 zu der vorderen bzw. der hinteren Ansaugkammer 14 bzw. 15, wenn die doppelt-wirkenden Kolben 12 eine Hin- und Herbewegung ausführen.

Das vorstehend erwähnte Montageelement 26 ist außerdem mit einer Auslaßöffnung (nicht gezeigt) versehen, welche mit den Auslaßkammern 16 und 17 über Auslaßkanäle (in Fig. 1 bis 3 nicht gezeigt) in Verbindung steht, die in dem vorderen und dem hinteren Zylinderblock 1 bzw. 2 vorgesehen sind. Das gasförmige Kältemittel wird somit nach seiner Kompression aus der vorderen und der hinteren Auslaßkammer 16 bzw. 17 einer externen Kältemittelleitung zugeführt, die mit einem externen Kühlsystem verbunden ist, und zwar über die vorstehend angesprochenen Auslaßkanäle und die erwähnte Auslaßöffnung.

Bei dem vorstehend beschriebenen Kompressor mit einer Taumelscheibe zum Antreiben doppelt-wirkender Kolben zu einer Hin- und Herbewegung sind das vordere und das hintere Gehäuse 5, 6 in gleicher Weise mit einer neuartigen Dichtungskonstruktion versehen, um zu verhindern, daß das unter hohem Druck stehende komprimierte Kältemittel aus den einzelnen Zylinderbohrungen 11 direkt zu den Ansaugkanälen 28, 29 entweicht.

Die Beschreibung der neuartigen Dichtungskonstruktion für das vordere und das hintere Gehäuse 5, 6 erfolgt nachstehend unter Bezugnahme auf Fig. 2 und 3.

Das vordere und das hintere Gehäuse 5, 6 besitzen zentrale Ansaugkammern 14 bzw. 15 und außenliegende Auslaßkammern 16 bzw. 17, und die Trennwände 30 und 31 sind zusätzlich mit mehreren Andrückrippen 32 und 33 versehen, die in den Ansaugkammern 14, 15 derart angeordnet sind, daß sie die vordere bzw. die hintere Ventilplatte 3 bzw. 4 im Zusammenwirken mit den Trennwänden 30 bzw. 31 gegen das vordere bzw. das hintere Stirnseitige Ende der Zylinderblockanordnung 1, 2 drücken. Die Andrückrippen 32 und 33 sind in Form axialer Vorsprünge einstückig mit der Innenfläche des vorderen bzw. des hinteren Gehäuses 5 bzw. 6 ausgebildet, stehen von dieser Innenfläche ab und sind jeweils in einer Position zwischen zwei benachbarten Öffnungen der Ansaugkanäle 28 und 29 angeordnet. Die Andrückrippen 32 und 33 in Form axialer Vorsprünge haben Andrückflächen 32a bzw. 33a, die unter Druck in Kontakt mit der vorderen bzw. der hinteren Ventilplatte 3, 4 stehen, so daß axiale Andrückkräfte erzeugt werden, die verhindern, daß die Ventilplatten 3 bzw. 4 von der vorderen bzw. der hinteren Stirnfläche der Zylinderblockanordnung 1, 2 weg bewegt und gelöst werden, und die ständig auf die Ventilplatten 3 und 4 ausgeübt werden.

An dieser Stelle ist anzumerken, daß das vordere Gehäuse und das hintere Gehäuse 5, 6 jeweils mit einer entsprechenden umlaufenden Wand versehen sind, die sich von einem peripheren Teil der Innenfläche des betreffenden Gehäuses 5, 6 in axialer Richtung erstreckt. Die äußeren umlaufenden Wände haben flache Andrückflächen 5a bzw. 6a, die unter Druck in Kontakt mit den äußeren Randbereichen der vorderen bzw. der hinteren Ventilplatte 3, 4 stehen, so daß die beiden Ventilplatten 3 und 4 sandwichartig stramm zwischen den äußeren umlaufenden Wänden des vorderen und des hinteren Gehäuses 5, 6 und der vorderen bzw. hinteren Stirnfläche der Zylinderblockanordnung 1, 2 eingespannt sind. Die Andrückflächen 32a und 33a der Andrückrippen 32 und 33 sind jedoch so ausgebildet, daß sie in axialer Richtung weiter über die Innenfläche des vorderen bzw. des hinteren Gehäuses 5 bzw. 6 vorstehen als die Andrückflächen der äußeren umlaufenden Wände der Gehäuse 5, 6. Die Andrückflächen 32a und 33a der Andrückrippen 32, 33 können also auf die Ventilplatten 3 bzw. 4 einen Druck ausüben, der höher ist als der Druck, der von den Andrückflächen 5a, 6a der äußeren umlaufenden Wände auf die Ventilplatten 3 bzw. 4 ausgeübt wird. Wie am besten aus Fig. 3 deutlich wird, ist die axiale Höhe bzw. Länge der Andrückrippen 32, 33 um einen vorgegebenen Betrag H von 0,05 bis 0,15 mm größer als diejenige der äußeren umlaufenden Wände.

Ferner sind die Stirnflächen 30a, 31a der Trennwände 30 bzw. 31 derart ausgebildet, daß sie in axialer Richtung weiter vorstehen als die Andrückenden 5a, 6a der äußeren umlaufenden Wände, und zwar um einen Betrag h, für den ein geringerer Wert vorgegeben wird als für den Betrag H, um den die Andrückrippen 32 und 33 in axialer Richtung weiter vorstehen.

Wenn die Taumelscheibe 10 bei dem betrachteten Kompressor gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung zusammen mit der Antriebswelle 9 zu einer Drehbewegung angetrieben wird, dann führen die einzelnen doppelt-wirkenden Kolben 12 in den vorderen und hinteren Zylinderbohrungen 11 eine Hin- und Herbewegung aus, in deren Verlauf das gasförmige Kältemittel komprimiert wird. Im einzelnen fließt das gasförmige Kältemittel, welches über den nicht gezeigten Einlaß in die Taumelscheibenkammer 8 fließt, über die Ansaugkanäle 28 und 29 in die Ansaugkammern 14 und 15 und wird von dort über die Ansaugöffnungen 18 und 19 in der vorderen bzw. der hinteren Ventilplatte 3 bzw. 4 in Abhängigkeit vom Öffnen der Ansaugventile 22, 23, welches durch die Hin- und Herbewegung der betreffenden Kolben 12 verursacht wird, in die betreffenden Zylinderbohrungen 11 gesaugt. Das angesaugte Kältemittel wird anschließend in den betreffenden Zylinderbohrungen 11 durch die Kolben 12 komprimiert, bis der Druck des komprimierten Kältemittels einen vorgegebenen Pegel erreicht. Wenn der Druck des komprimierten Kältemittels den vorgegebenen Druckpegel erreicht, werden die vorderen bzw. hinteren Auslaßventile 24 bzw. 25 geöffnet, und das komprimierte Kältemittel wird aus den betreffenden Zylinderbohrungen 11 über die Auslaßöffnungen 20, 21 in die vordere bzw. die hintere Auslaßkammer 16 bzw. 17 ausgestoßen.

Durch die Hin- und Herbewegung der doppelt-wirkenden Kolben 12 in den zugeordneten vorderen und hinteren Zylinderbohrungen 11 wird das gasförmige Kältemittel in den betreffenden Zylinderbohrungen 11 komprimiert, so daß die Tendenz besteht, daß die vordere und die hintere Ventilplatte 3, 4 durch das unter hohem Druck stehende komprimierte Kältemittel verformt werden, welches in den betreffenden vorderen und hinteren Zylinderbohrungen 11 komprimiert wird, und zwar entgegen der Andrückkraft, die von dem vorderen und dem hinteren Gehäuse 5, 6 aufgrund des Anziehens der langen Schraubbolzen 7 auf die Ventilplatten 3, 4 ausgeübt wird. Insbesondere die zentralen Teile der vorderen und der hinteren Ventilplatte 3, 4, die der vorderen bzw. der hinteren Ansaugkammer 14 bzw. 15 gegenüberliegen und weit von den Einspannpositionen der langen Schraubbolzen 7 entfernt sind, werden durch das komprimierte Kältemittel einer starken Druckkraft ausgesetzt.

Die zentralen Teile der vorderen und der hinteren Ventilplatte 3, 4 werden also mit Kräften beaufschlagt, die die Tendenz haben, die Ventilplatten bei laufendem Kompressor von den angrenzenden Stirnflächen des zusammengebauten Zylinderblockes 1, 2 abzuheben. Speziell besteht bei dem betrachteten Ausführungsbeispiel mit fünf vorderen und fünf hinteren Zylinderbohrungen 11 aufgrund der Tatsache, daß zwischen der Öffnung jedes Ansaugkanals 28 bzw. 29 und einer der Zylinderbohrungen 11 der Abstand (vgl. den entsprechenden Abstand s in Fig. 4) sehr kurz ist, die Gefahr, daß eine Deformation der betreffenden Ventilplatte 3, 4 zu einem schmalen Spalt zwischen dem betreffenden stirnseitigen Ende der Zylinderblockanordnung und der Innenseite der daran angrenzenden Ventilplatte 3, 4 führt, welcher zu einer direkten Fluidverbindung zwischen den vorderen bzw. den hinteren Zylinderbohrungen 11 einerseits und den Ansaugkanälen 28 bzw. 29 führt. Das unter einem hohen Druck stehende komprimierte gasförmige Kältemittel kann also gegebenenfalls aus dem Hochdruckbereich des Kompressors in dessen Niederdruckbereich entweichen. Gemäß der Erfindung wird nunmehr jedoch durch das Zusammenwirken der Trennwände 30, 31 und der Andrückrippen 32, 33, die angrenzend an die Öffnungen der Ansaugkanäle 28, 29 und die betreffenden Zylinderbohrungen 11 angeordnet sind, auf die beiden Ventilplatten 3, 4 eine ausreichende Andrückkraft ausgeübt, so daß die vordere und die hintere Ventilplatte 3, 4 in engem Kontakt mit den stirnseitigen Enden des vorderen bzw. des hinteren Zylinderblocks 1 bzw. 2 bleiben und eine Deformation der Ventilplatten 3, 4 verhindert wird. Da die Stirn- bzw. Andrückflächen 32a und 33a der Andrückrippen 32, 33 wie oben erläutert derart ausgebildet, daß ihre Höhe in axialer Richtung größer ist (wie in Fig. 3 gezeigt um den Betrag H) als die Höhe der umlaufenden Außenwände des vorderen und des hinteren Gehäuses 5, 6 bezüglich der Innenflächen dieser Gehäuse, wird außerdem auf die zentralen Teile der vorderen und der hinteren Ventilplatte 3, 4 eine stärkere Andrückkraft ausgeübt, um in den dicht bei den Öffnungen der Ansaugkanäle 28, 29 liegenden Bereichen der Ventilplatten 3, 4 zuverlässig eine Deformation derselben zu verhindern. Auf diese Weise wird das Auftreten der oben angesprochenen direkten Fluidverbindung zwischen den Ansaugkanälen 28 und 29 und den entsprechenden vorderen und hinteren Zylinderbohrungen 11 verhindert. Da außerdem die einzelnen Andrückrippen 32, 33 in den Ansaugkammern 14 bzw. 15 gegenseitig im Abstand voneinander angeordnet sind, stören die Anpreßrippen 32, 33 nicht die Ausbildung einer gleichmäßigen Strömung des gasförmigen Kältemittels in den Ansaugkammern 14 und 15.

Da ferner die Stirnflächen 30a, 31a der Trennwände 30 bzw. 31 derart ausgebildet sind, daß sie auf einem Niveau liegen, welches in axialer Richtung höher ist als das Niveau der flachen Andrückenden 5a, 6a der äußeren umlaufenden Wände - bezüglich der Innenfläche des vorderen bzw. des hinteren Gehäuses 5 bzw. 6 -, und zwar um einen Betrag h (siehe Fig. 3), welcher geringer ist als der Betrag H für die Andrückrippen 32 und 33, können die Trennwände 30 und 31 auf die Ventilplatten 3 bzw. 4 einen Druck ausüben, der größer ist als der Druck, welcher von den peripheren Wandbereichen des vorderen und des hinteren Gehäuses 5, 6 ausgeübt wird, und kleiner als der von den Andrückrippen 32, 33 ausgeübte Druck. Auf diese Weise ergibt sich über die gesamte Fläche der vorderen und der hinteren Ventilplatte 3 bzw. 4 jeweils eine Druckverteilung, die bezüglich des Druckes des komprimierten Kältemittels in den vorderen und den hinteren Zylinderbohrungen 11 optimiert werden kann. Infolgedessen wird nicht nur eine hermetische Abdichtung zwischen den in axialer Richtung äußeren Stirnflächen des vorderen und des hinteren Zylinderblocks 1, 2 der Zylinderblockanordnung einerseits und der vorderen bzw. der hinteren Ventilplatte 3 bzw. 4 andererseits erreicht; vielmehr wird auch zwischen jeder Ansaugkammer 14, 15 und der zugeordneten Auslaßkammer 16 bzw. 17 während des Betriebes des Kompressors zuverlässig eine hermetische Abdichtung aufrechterhalten.

In diesem Zusammenhang ist darauf hinzuweisen, daß für den oben erwähnten Wert von H für die Andrückrippen 32 und 33 experimentell eine Größe von 0,05 mm bis 0,15 mm bestimmt wurde. Wenn die Größe von H geringer ist als 0,05 mm, kann auf die zentralen Teile der Ventilplatten keine ausreichend hohe Andrückkraft ausgeübt werden, um eine Deformation der vorderen bzw. der hinteren Ventilplatte 3 bzw. 4 zu verhindern. Wenn andererseits die Größe von H größer ist als 0,15 mm, dann ist der von den umlaufenden äußeren Wandbereichen der Gehäuse 5, 6 auf die Randbereiche der Ventilplatten 3 bzw. 4 ausgeübte Anpreßdruck schwach, so daß die Druckverteilung für den auf die Ventilplatten 3, 4 von dem vorderen bzw. dem hinteren Gehäuse 5, 6 ausgeübten Anpreßdruck so geändert wird, daß keine stabile hermetische Abdichtung zwischen den Ventilplatten 3, 4 einerseits und den äußeren stirnseitigen Enden der Zylinderblockanordnung 1, 2 gewährleistet werden kann.

Aus der vorstehenden Beschreibung des bevorzugten Ausführungsbeispiels wird deutlich, daß gemäß der vorliegenden Erfindung eine neuartige interne Abdichtkonstruktion für einen Kolbenkompressor geschaffen wird, mit der eine hermetische Abdichtung im Bereich der Ventilplatten geschaffen werden kann, um den Kompressionswirkungsgrad des Kompressors zu verbessern und die Kühlleistung des Kältemittelkompressors zu erhöhen.

Während vorstehend ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel eines Taumelscheibenkompressors mit doppelt-wirkenden Kolben beschrieben wurde, wird aus der vorstehenden Beschreibung ferner deutlich, daß die Erfindung in entsprechender Weise ohne weiteres auch bei Kältemittelkompressoren mit einfach-wirkenden Kolben realisiert werden kann, die durch eine nicht-drehbare Taumelscheibe bzw. durch eine Taumelplatte angetrieben werden.


Anspruch[de]
  1. 1. Kältemittel-Kolbenkompressor mit einer Zylinderblockanordnung als Bestandteil eines Grundkörpers des Kompressors und mit mehreren darin ausgebildeten, zwischen den beiden axialen Enden der Zylinderblockanordnung rund um eine Mittelachse derselben parallel zueinander verlaufenden Zylinderbohrungen mit jeweils einem zu einer Hin- und Herbewegung antreibbaren Kolben in jeder der Zylinderbohrungen zum Ansaugen eines gasförmigen Kältemittels, zum Komprimieren dieses Kältemittels und zum Ausstoßen des komprimierten Kältemittels, mit einer Ventilplatte an mindestens einem axialen Ende der Zylinderblockanordnung, welche mit Ansaug- und mit Auslaßöffnungen versehen ist, die jeweils in Verbindung mit den zugeordneten Zylinderbohrungen stehen, mit Ansaug- und mit Auslaßventilelementen zum Schließen und Öffnen der Ansaug- und der Auslaßöffnungen in Abhängigkeit von der Hin- und Herbewegung der Kolben, mit einem Gehäuse auf der von der Zylinderblockanordnung abgewandten Seite der Ventilplatte, wobei das Gehäuse mit einer Innenfläche und einer äußeren Wand versehen ist, die in axialer Richtung von einem Umfangsbereich der Innenfläche ausgeht und ein flaches Ende aufweist, welches unter Druck in Kontakt mit der Ventilplatte steht, wobei das Gehäuse in einem von der äußeren Wand umgebenen Bereich eine innenliegende, zentral angeordnete Ansaugkammer und eine äußere, die Ansaugkammer umgebende Auslaßkammer definiert, wobei die Ansaugkammer und die Auslaßkammer durch eine Trennwand hermetisch gegeneinander abgedichtet sind, welche einstückig mit dem Gehäuse ausgebildet ist und unter Druck in Kontakt mit der Ventilplatte steht, um diese gegen das angrenzende axiale Ende der Zylinderblockanordnung zu drücken, und mit mehreren, in der Zylinderblockanordnung ausgebildeten, offene Enden aufweisenden Ansaugkanälen, die jeweils im Zwischenraum zwischen zwei benachbarten Zylinderbohrungen in der Zylinderblockanordnung verlaufen, um eine Fluidverbindung zwischen einem Einlaßbereich des Grundkörpers des Kompressors und der Ansaugkammer des Gehäuses herzustellen, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Rippenelemente (32, 33) vorgesehen sind, die einstückig mit dem Gehäuse (5, 6) ausgebildet sind, um die dem Gehäuse (5, 6) zugeordnete Ventilplatte (3, 4) gegen das angrenzende axiale Ende der Zylinderblockanordnung (1, 2) zu drücken, und zwar in Bereichen der Ventilplatte (3, 4), die zwischen jeweils zwei benachbarten Öffnungen der Ansaugkanäle (28, 29) vorgesehen sind, und zwar jeweils im Zusammenwirken mit der Trennwand (30, 31), wobei die Trennwand (30, 31) und die Andrückrippen axial von der Innenfläche ihres zugeordneten Gehäuses (5, 6) in Richtung auf die Ventilplatte (3, 4) vorstehen und jeweils eine Andrückfläche (32a, 33a) aufweisen, und daß die Andrückflächen (32a, 33a) der Andrückrippen (32, 33) in axialer Richtung eine Länge haben, die größer ist als die axiale Länge der ebenfalls eine flache Andrückfläche (5a, 5b) aufweisenden Außenwand, jeweils bezogen auf die Innenfläche des Gehäuses (5, 6).
  2. 2. Kompressor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die axiale Länge jeder der Andrückrippen (32, 33) um einen Betrag (H) von 0,05 bis 0,15 mm größer ist als die axiale Länge der Außenwand.
  3. 3. Kompressor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die axiale Länge der Trennwand (30, 31) größer als die axiale Länge der Außenwand (5, 6), aber kleiner als die axiale Länge der Andrückrippen (32, 33) ist.
  4. 4. Kompressor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Andrückrippen (32, 33) des Gehäuses (5, 6) derart angeordnet sind, daß sie in der Ansaugkammer (14, 15) des zugeordneten Gehäuses (5, 6) im Abstand voneinander angeordnet sind.
  5. 5. Kompressor nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzahl der Andrückrippen (32, 33) in dem Gehäuse (5, 6) der Anzahl der Zylinderbohrungen (11) entspricht.






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