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Dokumentenidentifikation DE10261884A1 24.07.2003
Titel Kolbendrehsicherungsmechanismus für einen Taumelscheibenverdichter
Anmelder Visteon Global Technologies, Inc., Dearborn, Mich., US
Erfinder Pitla, Srinivas S., Farmington Hills, Mich., US;
Khetarpal, Vipen, Novi, Mich., US
Vertreter Dr. Heyner & Dr. Sperling Patentanwälte, 01217 Dresden
DE-Anmeldedatum 20.12.2002
DE-Aktenzeichen 10261884
Offenlegungstag 24.07.2003
Veröffentlichungstag im Patentblatt 24.07.2003
IPC-Hauptklasse F04B 27/08
IPC-Nebenklasse F04B 39/00   F04B 53/14   
Zusammenfassung Die Erfindung bietet einen Drehsicherungskolben für eine Taumelscheibenverdichterbaugruppe mit einer Kolbenaufnahmebohrung und einer daran anstoßend eingeformten Drehsicherungsnut. Der Drehsicherungskolben besitzt einen Kolbenkörper und ein sich vom Kolbenkörper weg erstreckendes Kolbenhemd. Der Kolbenkörper hat einen ersten Krümmungsradius und ein erstes und zweites Ende. Der Kolbenkörper ist das Komplement der Bohrung, so dass er sich in der Bohrung gleitend bewegen kann. Das Kolbenhemd erstreckt sich vom zweiten Ende des Kolbenkörpers weg und hat eine gekrümmte Außenfläche, die das Komplement der Nut ist, so dass sich das Kolbenhemd entlang der Nut gleitend bewegen kann. Das Kolbenhemd hat einen zweiten Krümmungsradius, der größer als der erste Krümmungsradius ist. Der zweite Krümmungsradius ist gegenüber dem ersten Krümmungsradius versetzt, so dass der Kolbenkörper und das Kolbenhemd voneinander verschiedene Drehachsen haben, wodurch eine Drehung des Kolbens verhindert wird.

Beschreibung[de]
Technisches Gebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft einen Kolbendrehsicherungsmechanismus für eine Taumelscheibenverdichterbaugruppe mit Hin- und Herbewegung.

Taumelscheibenverdichter sind im Stand der Technik bekannt und werden in zahlreichen Industriezweigen weithin verwendet, z. B. in Klimaanlagen für Kraftfahrzeuge in der Autoindustrie. Typischerweise enthält ein Taumelscheibenverdichter ein Verdichtergehäuse, das für die Aufnahme einer drehbaren Antriebswelle und einer an der Antriebswelle winklig angeordneten Taumelscheibe konfiguriert ist. Der Verdichter enthält ferner eine Anzahl von Kolben, die gleitfähig an der Taumelscheibe angebracht sind, so dass die Taumelscheibe dem Kolben im Verdichter eine Längsbewegung erteilt, wenn der Kolben eine Drehbewegung um seine Drehachse vollzieht.

In den meisten Fällen ist es unerwünscht, dass sich der Kolben in seiner Bohrung im Verdichtergehäuse drehend bewegt. Allerdings verleiht die Taumelscheibe, an der der Kolben gleitfähig angebracht ist, dem Kolben nicht nur eine Längsbewegung, sondern oft auch eine Drehbewegung im Verdichter. Die Drehung des Kolbens verursacht einen unerwünschten Kontakt mit der Taumelscheibe, d. h. einen unerwünschten Kontakt von Taumelscheibe und Kolbenhemd. Ein derartiger Kontakt kann zu einer Beschädigung des Kolbens führen. Mehrere Hersteller von Taumelscheibenverdichtern haben sich veranlasst gefühlt, den Kolben in der Verdichterbaugruppe Drehsicherungseigenschaften bei aufrechterhaltenem hohem Wirkungsgrad und geringen Kosten zu verleihen. Die heutige Taumelscheibenverdichtertechnik erfordert weitere Verbesserungen dieses Verdichters.

Kurze Zusammenfassung der Erfindung

Die Erfindung stellt eine Taumelscheibenverdichterbaugruppe mit einem Kolbendrehsicherungsmechanismus zur Verfügung, der verhindert, dass sich in der Verdichterbaugruppe angeordnete Kolben in ihr drehen. Die Baugruppe enthält im Allgemeinen ein vorderes Bauteil mit in einer Innenwand ausgeformten Nuten und einen Zylinderblock mit eingeformten Bohrungen. Der Zylinderblock ist am vorderen Bauteil in einer solchen Weise angebracht, dass die Nuten mit den Bohrungen fluchten, so dass die Kolben gleichzeitig innerhalb der Bohrungen und der Nuten angeordnet sein können. Jeder Kolben besitzt einen Kolbenkörper und ein Kolbenhemd, das sich vom Kolbenkörper weg erstreckt. Der Kolbenkörper ist das Komplement der Bohrung und das Kolbenhemd das Komplement der Nut, so dass der Kolben in der Verdichterbaugruppe gleiten kann. Der Kolbenkörper und die Nut haben voneinander verschiedene Drehachsen, die gegeneinander versetzt sind. Die Versetzung der Achsen und die Komplementmaße des Kolbens in Bezug auf die Nut und die Bohrung definieren den Drehsicherungsmechanismus, der verhindert, dass sich der Kolben in der Verdichterbaugruppe dreht, wenn er sich entlang der Nut und der Bohrung bewegt.

Die Taumelscheibenverdichterbaugruppe der Erfindung bietet ferner einen Kostenvorteil und verbesserte Qualitätssteuerung bei der Fertigung der Baugruppe. In einer Ausgestaltung der Erfindung sind Nut und Kolbenhemd lediglich zylindrisch und erfordern keine durch Fräsen oder Räumen zu erzeugenden komplizierten Formen. Die Nuten können leicht auf einer normalen Ausbohrmaschine gebohrt werden, was Zeit und damit Kosten spart.

Diese und weitere Vorteile, Merkmale und nützliche Eigenschaften der Erfindung gehen aus den Zeichnungen, der detaillierten Beschreibung und den Ansprüchen im folgenden Text hervor.

Kurzbeschreibung der Zeichnungen

Fig. 1 ist eine seitliche Schnittdarstellung einer Taumelscheibenverdichterbaugruppe mit einem Kolbendrehsicherungsmechanismus gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung.

Fig. 2a ist eine Draufsicht eines vorderen Bauteils der Verdichterbaugruppe von Fig. 1.

Fig. 2b ist eine vergrößerte Ansicht einer Drehsicherungsnut des in Fig. 2a gezeigten vorderen Bauteils.

Fig. 3 ist eine perspektivische Vorderansicht eines Zylinders der Verdichterbaugruppe von Fig. 1.

Fig. 4 ist eine perspektivische Seitenansicht einer ersten Ausgestaltung eines Drehsicherungskolbens der Verdichterbaugruppe.

Fig. 5 ist eine andere Seitenansicht des Drehsicherungskolbens von Fig. 4.

Fig. 6a ist eine seitliche Baugruppenansicht einer Anzahl von im vorderen Bauteil der Verdichterbaugruppe angeordneten Drehsicherungskolben.

Fig. 6b ist eine Querschnittsansicht der in Fig. 6a gezeigten Verdichterbaugruppe entlang der Geraden 6-6.

Fig. 6c ist eine Seitenansicht des in Fig. 4 gezeigten Drehsicherungskolbens, angeordnet in der in Fig. 2b gezeigten Drehsicherungsnut.

Fig. 6d ist eine weitere Querschnittsansicht der in Fig. 6a gezeigten Verdichterbaugruppe entlang der Geraden 6-6 und zeigt die Achsen B und C des Drehsicherungskolbens.

Fig. 7a ist eine Baugruppendraufsicht des vorderen Bauteils der Verdichterbaugruppe mit dem darin angeordneten Drehsicherungskolben.

Fig. 7b ist eine vergrößerte Ansicht des in Fig. 7a gezeigten Drehsicherungskolbens.

Fig. 8 ist eine Seitenansicht einer zweiten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Drehsicherungskolbens.

Fig. 9 ist eine Draufsicht des in Fig. 8 gezeigten Drehsicherungskolbens.

Fig. 10 ist eine weitere Seitenansicht der zweiten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Drehsicherungskolbens.

Fig. 11 ist eine Querschnittsansicht des Verdichterbaugruppengehäuses der zweiten Ausgestaltung des Drehsichcrungskolbens.

Fig. 12a ist eine Querschnittsdraufsicht der in Fig. 11 gezeigten Verdichterbaugruppe.

Fig. 12b ist eine vergrößerte Ansicht des in Fig. 12a gezeigten Kolbendrehsicherungsmechanismus.

Ausführliche Beschreibung der Erfindung

Fig. 1 zeigt die Taumelscheibenverdichterbaugruppe 10 mit einem Kolbendrehsicherungsmechanismus. Wie ersichtlich, enthält die Verdichterbaugruppe 10 ein hinteres Bauteil und ein vorderes Bauteil 13 mit der Antriebswellenseite 16 und der Innenwand 20, die sich von der Antriebswellenseite 16 bis zum offenen Ende 23 erstreckt und das Kurbelwellengehäuse 26 definiert. Die Fig. 1-2b zeigen auf, dass die Innenwand 20 eine Anzahl von darauf geformten und sich zum offenen Ende 23 hin erstreckenden Drehsicherungsnuten 30 ausweist. Die Fig. 1 und 3 zeigen den Zylinder 33 mit der Vorderfläche 36 und der Hinterfläche 37. Die Vorderfläche 36 enthält eine Anzahl von darin geformten Kolbenaufnahmebohrungen 40, wobei die Vorderfläche 36 so am offenen Ende 23 anliegt, dass jeweils eine Drehsicherungsnut 30 an einer Kolbenaufnahmebohrung 40 liegt. Wie gezeigt, weist die Verdichterbaugruppe 10 ferner eine Antriebswelle 43 auf, die einen ersten Abschnitt 46 und einen zweiten Abschnitt 47 besitzt und die Drehachse A definiert. Bei dieser Ausgestaltung ist die Antriebswelle 43 drehfähig durch die Antriebswellenseite 16 hindurchreichend und in der Mitte des vorderen Bauteils 13 angeordnet, so dass sich der erste Abschnitt 46 der Antriebswelle 43 im Kurbelwellengehäuse 26 befindet. Dadurch kann sich die Taumelscheibe 50 relativ zur Baugruppe 10 winklig drehen, wenn die Antriebswelle 43 um die Achse A rotiert.

Fig. 4 zeigt den Drehsicherungskolben 53, von dem eine Anzahl gleitfähig in der Verdichterbaugruppe 10 angeordnet ist. Wie gezeigt, besitzt der Drehsicherungskolben 53 einen Kolbenkörper 56 und ein Kolbenhemd 60, das sich vom Kolbenkörper 56 weg erstreckt. Der Kolbenkörper 56 hat einen ersten Krümmungsradius 63 und ein erstes und zweites Ende 66, 67. Wie gezeigt, bildet der Kolbenkörper 56 das Komplement der Kolbenaufnahmebohrung 40 des Zylinders 33, so dass sich der Kolbenkörper 56, wenn in der Baugruppe 10 befindlich, in der Bohrung 40 gleitend bewegen kann. Wie ebenfalls gezeigt, erstreckt sich das Kolbenhemd 60 vom zweiten Ende 67 weg und hat eine gekrümmte Außenfläche 70, die das Komplement der Nut 30 der Innenwand 20 ist, so dass sich das Kolbenhemd 60, wenn in der Baugruppe 10 befindlich, in der Nut gleitend bewegen kann. Das Kolbenhemd 60 hat ferner einen zweiten Krümmungsradius 73, der größer als der erste Krümmungsradius 63 des Kolbenkörpers 56 ist. Der zweite Radius 73 und der erste Radius 63 liegen nichtkonzentrisch bzw. versetzt zueinander, so dass Kolbenkörper 56 und Kolbenhemd 60 voneinander verschiedene Drehachsen haben. Vorzugsweise ist der Kolbenkörper 56 so konfiguriert, dass seine Drehachse B innerhalb des Kolbens 53 liegt, und das Kolbenhemd 60 so, dass seine Drehachse C innerhalb des Kolbens 53 zwischen der Innenwand 20 und der Drehachse B liegt. Die Versetzungsbeziehung der Achsen und die komplementären Maße des Kolbens in Bezug auf die Nut und die Bohrung definieren den Drehsicherungsmechanismus. Er verhindert, dass sich der Kolben 53 beim Betrieb der Verdichterbaugruppe 10 in ihr dreht.

Wie in den Fig. 4 und 5 gezeigt, bildet das Kolbenhemd 60 den Taumelscheibenaufnahmeschlitz 76, durch den hindurch sich die Taumelscheibe 50 gleitend dreht, wobei sie den Kolben 53 gleitend entlang der Nut 30 bewegt. Der Taumelscheibenaufnahmeschlitz 76 wird durch die erste und die zweite Wand 78, 79 bestimmt, die durch die Rückwand 80 integral verbunden sind. Wie gezeigt, weist die erste Wand 78 die in ihr geformte erste Gleitschuhtasche 83 und die zweite Wand 79 die in ihr geformte zweite Gleitschuhtasche 84 auf. Wie gezeigt, ist der Gleitschuh 86 im Taumelscheibenaufnahmeschlitz 76 innerhalb der ersten und der zweiten Gleitschuhtasche 83, 84 untergebracht. Damit ist die Taumelscheibe 50 bei normalem Betrieb der Baugruppe 10 zwischen Paaren von Gleitschuhtaschen im Gleitschuh 86 gleitfähig aufgenommen.

Fig. 6a zeigt den Drehsicherungskolben 53 aufgenommen in der Verdichterbaugruppe 10. Wie in den Fig. 6b und 6c gezeigt, können sich das Kolbenhemd 60 entlang der Drehsicherungsnut 39 und der Kolbenkörper 56 in der Kolbenaufnahmebohrung 40 gleitend bewegen. Die gekrümmte Außenfläche 70 ist das Komplement zur Nut 30, so dass sich der Kolben 53 entlang der Nut 30 gleitend bewegen kann. Der Kolbenkörper 56 ist das Komplement der Kolbenaufnahmebohrung 40, so dass der Kolben 53 auch innerhalb der Bohrung 40 gleiten kann. Bei Betrieb wird die Taumelscheibe 50 um die Drehachse A winklig gedreht und ist gleitfähig am Gleitschuh 86 im Taumelscheibenaufnahmeschlitz 76 angeordnet, so dass bei Drehung der Taumelscheibe 50 um die Drehachse A durch die winklige Bewegung der Taumelscheibe 50 der Kolben 53 entlang Nut 30 und Bohrung 40 eine Längsbewegung ausführen kann. Wie in den Fig. 6b und 7a-b gezeigt, wird eine Drehung des Kolbens 53 sowohl um die Achse B als auch die Achse C verhindert, weil die Achsen B und C versetzt zueinander liegen, wenn der Kolbenkörper 56 das Komplement zur Bohrung 40 und das Kolbenhemd 60 das Komplement zur Nut 30 bildet. Dadurch wird verhindert, dass die Taumelscheibe 50 die Brücke oder Rückwand 80 berührt, wodurch die Lebensdauer eines jeden Kolbens 53 verlängert wird.

Die Fig. 8 und 9 stellen eine zweite Ausgestaltung des Kolbens für die Taumelscheibenverdichterbaugruppe 10 dar. Wie gezeigt, weist der Drehsicherungskolben 153 ähnliche Merkmale wie der Drehsicherungskolben 53 auf. Beispielsweise sind Kolbenkörper 156, Kolbenhemd 160, erster Radius 163, erstes Ende 166, zweites Ende 167 und zweiter Radius 173 des Drehsicherungskolbens 153 analog zu Kolbenkörper 56, Kolbenhemd 60, erstem Radius 63, erstem Ende 66, zweitem Ende 67 und zweitem Radius 73 des Drehsicherungskolbens 53. Wie in Fig. 10 zu sehen, hat die Außenfläche 170 des Kolbenhemds 160 gekrümmte und ebene Flächen. Die gekrümmten Flächen 171, 172 sind durch die ebene Fläche 174 integral verbunden. Wie gezeigt, haben die gekrümmten Flächen 171, 172 komplementäre Maße zur Drehsicherungsnut 30, so dass sie denselben Krümmungsradius wie das Kolbenhemd 60 haben, obwohl die Außenfläche 171 kein vollständiges Komplement der Nut 30 ist. Im Ergebnis wiegt der Drehsicherungskolben 153 beträchtlich weniger als der Drehsicherungskolben 53 der ersten Ausgestaltung bei aufrechterhaltener Drehsicherung des Kolbens 153 in der Verdichterbaugruppe 10. Obwohl die ebene Fläche 174 kein Komplement der Nut 130 ist, verhindern die gekrümmten Flächen 171, 172, dass sich der Kolben 135 dreht, weil seine Drehachse C' gegenüber der Drehachse B', wie gezeigt, versetzt ist. Zusätzlich entsprechen die gekrümmten Flächen 171, 172 der Drehsicherungsnut, so dass die Drehung des Kolbens 153 weiter verhindert wird.

Es hat sich herausgestellt, dass die Taumelscheibenverdichterbaugruppe der Erfindung ferner einen Kostenvorteil und verbesserte Qualitätssteuerung bei der Fertigung der Baugruppe bietet. Wie in den Figuren dargestellt, ist den Nuten der Innenwände eine einfache zylindrische Form zur Aufnahme des Kolbenhemds des jeweiligen Kolbens gegeben. Diese Form der Nuten an den Innenwänden ist im Vergleich mit anderen komplizierten, durch Fräsen oder Räumen gestalteten Innenwandformen relativ einfach oder leicht auszuformen. Mit einer typischen Ausbohrmaschine werden die Innenwandnuten der Erfindung zeiteffizient ausgeformt, was Kosteneinsparungen mit sich bringt.

Mit der Beschreibung der Erfindung anhand von Vorzugsausgestaltungen geht selbstredend einher, dass die Erfindung darauf nicht beschränkt ist, da durch im Fachgebiet erfahrene Personen, insbesondere im Lichte der Lehren der Erfindung, Modifikationen schaffen können.


Anspruch[de]
  1. 1. Ein Kolbendrehsicherungsmechanismus für eine Taumelscheibenverdichterbaugruppe

    mit dem Kolbendrehsicherungsmechanismus bestehend aus:

    einem Taumelscheibenverdichter mit einer Kolbenaufnahmebohrung und einer in ihm eingeformten angrenzenden Drehsicherungsnut und

    einem Drehsicherungskolben mit einem Kolbenkörper und einem sich davon weg erstreckenden Kolbenhemd, wobei der Kolbenkörper einen ersten Krümmungsradius und ein erstes und zweites Ende hat, der Kolbenkörper das Komplement der Bohrung ist, so dass sich der Kolbenkörper in der Bohrung gleitend bewegen kann, das Kolbenhemd sich vom zweiten Ende des Kolbenkörpers weg erstreckt und eine gekrümmte Außenfläche hat, so dass sich das Kolbenhemd entlang der Nut gleitend bewegen kann, das Kolbenhemd einen zweiten Krümmungsradius hat, der gegenüber dem ersten Krümmungsradius versetzt ist, so dass der Kolbenkörper und das Kolbenhemd voneinander verschiedene Drehachsen besitzen, was die Kolbendrehung verhindert.
  2. 2. Der Kolbendrehsicherungsmechanismus von Anspruch 1, wobei der zweite Krümmungsradius größer als der erste Krümmungsradius ist und der Taumelscheibe ferner umfasst:

    ein vorderes Bauteil mit einer Antriebswellenseite und einer Innenwand, die sich von der Antriebswellenseite zu einem offenen Ende erstreckt, so dass ein Kurbelwellengehäuse definiert wird, wobei die Innenwand die in ihr geformte Drehsicherungsnut aufweist und sich bis zum offenen Ende erstreckt;

    ein Zylinder mit Vorderfläche und Hinterfläche, wobei die Vorderfläche die durch sie hindurchreichend geformte Kolbenaufnahmebohrung aufweist und die Vorderfläche so mit dem offenen Ende verbunden ist, dass die Nut an die Bohrung angrenzt;

    eine Antriebswelle mit einem ersten und einem zweiten Abschnitt, die drehfähig durch die Antriebswellenseite in der Vorderfläche hindurchreichend angeordnet ist, so dass sich der erste Abschnitt innerhalb des Kurbelwellengehäuses befindet und

    eine Taumelscheibe, die am ersten Abschnitt der Antriebswelle im Kurbelwellengehäuse winklig angeordnet ist, so dass die Scheibe mit der Antriebswelle winklig gedreht wird, wenn sich die Antriebswelle dreht.
  3. 3. Der Kolbendrehsicherungsmechanismus von Anspruch 2, wobei das Kolbenhemd einen Taumelscheibenaufnahmeschlitz formt, durch den hindurch sich die Taumelscheibe winklig dreht, wobei sie den Kolben gleitend entlang der Nut bewegt.
  4. 4. Der Kolbendrehsicherungsmechanismus von Anspruch 3, wobei der Taumelscheibenaufnahmeschlitz durch eine erste und eine zweite Wand definiert wird, die eine jeweils in ihnen geformte erste und zweite Gleitschuhtasche aufweisen.
  5. 5. Der Kolbendrehsicherungsmechanismus von Anspruch 4, ferner einen Gleitschuh umfassend, der in der Gleitschuhtasche zur Aufnahme der Taumelscheibe im Taumelscheibenaufnahmeschlitz angeordnet ist.
  6. 6. Der Kolbendrehsicherungsmechanismus von Anspruch 1, wobei die Drehachse des Kolbenhemds innerhalb des Kolbens liegt.
  7. 7. Der Kolbendrehsicherungsmechanismus von Anspruch 6, wobei die Drehachse des Kolbenhemds zwischen der Innenwand und der Drehachse des Kolbens liegt.
  8. 8. Der Kolbendrehsicherungsmechanismus von Anspruch 1, wobei die Taumelscheibenverdichterbaugruppe eine Vielzahl von aneinander stoßend eingeformten Nuten und Bohrungen aufweist.
  9. 9. Der Kolbendrehsicherungsmechanismus von Anspruch 8, ferner eine Vielzahl von Kolben so umfassend, dass jeder Kolben in einer entsprechenden Nut und Bohrung der Taumelscheibenverdichterbaugruppe aufgenommen ist.
  10. 10. Der Kolbendrehsicherungsmechanismus von Anspruch 1, wobei das Kolbenhemd eine ebene Außenfläche aufweist, die integral mit der gekrümmten, den zweiten Krümmungsradius aufweisenden Außenfläche verbunden ist.






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