往复活塞式压缩机的制作方法

往复活塞式压缩机
1.本发明涉及根据权利要求1的前序部分的往复活塞式压缩机(hubkolbenkompressor)。这种往复活塞式压缩机例如从ep 1 148 241 a2中已知。
2.已知的往复活塞式压缩机具有驱动轴，传动盘(mitnehmerscheibe)以旋转固定的方式与该驱动轴连接。摆动盘(taumelscheibe)经由滑动轴承与多个往复活塞连接，并且具有轴孔，驱动轴被引导穿过该轴孔。此外，在摆动盘上还设置了摆动凸轮，该摆动凸轮包括贴靠传动盘的滑动面的弯曲的凸轮尖端。
3.为了吸收操作中产生的力，摆动盘被构造成相对坚固的。这导致相对较大的质量惯性矩，从而引起振动。这些振动会产生噪音，然而这种噪音在已知的往复活塞式压缩机用于具有内燃机的交通工具时几乎不会被感知到。更确切地说，内燃机的噪音盖过了这种噪音。
4.然而，在日益兴起的电动交通工具或混合动力交通工具中，发动机噪音不再盖过往复活塞式压缩机的噪音，特别是用于交通工具空调系统的往复活塞式压缩机的噪音，因此往复活塞式压缩机的噪音被认为是令人讨厌的。就这一点而言，力求降低往复活塞式压缩机的噪音。
5.因此，本发明的任务在于给出一种往复活塞式压缩机，其特征在于安静操作和高效率。
6.该任务通过权利要求1的主题来实现。
7.具体而言，本发明基于以下思想，即给出一种往复活塞式压缩机，该往复活塞式压缩机具有摆动盘和至少两个往复活塞，其中该摆动盘包括至少一个摆动凸轮和至少一个平衡配重(ausgleichsgewicht)。摆动凸轮和平衡配重被布置在盘基体的第一环形面上。往复活塞分别具有活塞轴线k，这些活塞轴线k被布置在具有圆直径d
p
的圆的共同的圆周线上。摆动盘具有：
8.‑
摆动盘质量m，
9.‑
密度ρ，
10.‑
取决于摆动盘的倾斜角ψ的重心位置y，
11.‑
厚度z，其对应于盘基体的第一环形面与平行的第二环形面的距离，以及
12.‑
在操作中取决于摆动盘的倾斜角ψ的摆动盘不平衡度。
13.摆动盘不平衡度和参考不平衡度之间的不平衡比m为：
[0014][0015]
其中，参考不平衡度是参考质量m
ref
和圆直径d
p
的一半的乘积。参考质量m
ref
由盘基体的厚度z、圆直径d
p
和摆动盘的密度ρ得出。
[0016]
根据本发明，在ψ＝0
°
和ψ＝23
°
之间的倾斜角范围内的多个，特别是所有的离散的全倾斜角ψ下的不平衡度比m的均方根值m
rms
为：
[0017][0018]
其中，m
rms
<0.045，特别地m
rms
<0.035，特别地m
rms
<0.022，特别地m
rms
<0.01，特别地m
rms
<0.006。“n”表示倾斜角ψ的数量(倾斜角数量)。优选地，倾斜角数量n为n＝23。
[0019]
在本发明中，摆动盘具有较低的质量惯性矩，从而在操作中出现的噪音低。因此，往复活塞式压缩机在相关的倾斜角范围内非常安静地操作，因此特别适用于电动交通工具或混合动力交通工具。
[0020]
用于计算参考质量m
ref
的圆直径d
p
对应于垂直于往复活塞式压缩机的驱动轴定向并且连接所有往复活塞，特别是往复活塞的纵向轴线的圆的直径。
[0021]
在本技术的范围内，布置在轴或盘上的倒圆的突出部被称为凸轮，该突出部沿着配对元件的接触或滑动轮廓滑动。例如，摆动凸轮形成为摆动盘上的突出部。
[0022]
在本技术的范围内，摆动盘的一部分被理解为盘基体，该盘基体在两个平行的环形面之间延伸，并且在径向方向上被摆动盘的外边缘限定。优选地，盘基体是摆动盘的一件式组成部分。特别地，摆动盘优选一件式形成并且包括盘基体、至少一个摆动凸轮和至少一个平衡配重。
[0023]
摆动凸轮和平衡配重实质上是不平衡质量体，这些不平衡质量体在摆动盘旋转时可能会引起振动。已经表明，当摆动凸轮和平衡配重的质量相对于盘基体的质量较小(或者整个摆动盘的质量相对于盘基体的质量较小)时，振动引起较小的噪音。同时，减小的质量提高了效率。
[0024]
在优选的实施方式中，设置成整个摆动盘的质量m与盘基体的质量m
ref
的质量比m/m
ref
最高为2.2，特别是最高为1.9，特别是最高为1.85。
[0025]
可替代地或除了设定质量比m/m
ref
之外，盘基体可以具有平行地布置在环形面之间的中心平面e，其中摆动盘的重心s与中心平面e的距离f与盘基体的厚度z之间的距离比f/z最高为0.6mm。特别地，重心s可以位于盘基体之外和/或盘基体的旋转轴线之外。
[0026]
此外，重心s可以相对于驱动轴的纵向轴线偏心地布置。
[0027]
摆动盘的重心的位置影响摆动盘操作时产生的振动，并从而影响配备有摆动盘的往复活塞式压缩机的噪音。已经表明，盘基体的中心平面的距离比f/z最高为0.6mm确保了摆动盘的特别平稳的运转。
[0028]
在根据本发明的往复活塞式压缩机的优选实施方式中，接触凸轮分别被布置在盘基体的第一环形面和/或第二环形面上，该接触凸轮固定地与盘基体连接，其中该接触凸轮具有用于压缩弹簧的向外弯曲的贴靠面。优选地，接触凸轮直接邻接摆动盘的轴孔，该轴孔被设置用于使往复活塞式压缩机的驱动轴穿过。
[0029]
接触凸轮的弯曲的贴靠面可以使摆动盘略微倾斜，其中与压缩弹簧保持基本恒定的接触。特别地，接触凸轮和压缩弹簧之间的接触面可以在摆动盘的不同倾角下保持基本不变。因此，总的来说，可以实现摆动盘的低噪音倾斜，因为当摆动盘倾斜时，弯曲的贴靠面产生低阻力。这有助于往复活塞式压缩机平稳且安静地操作。
[0030]
优选地，摆动盘具有两个彼此平行定向的摆动凸轮。摆动盘还可以具有中轴线t，该中轴线沿着盘基体的直径在摆动凸轮之间居中地延伸。
[0031]
在往复活塞式压缩机的优选设计方案中，第一平衡配重被设置在盘基体的第一环形面上，该第一平衡配重被布置成相对于盘基体的中轴线t旋转第一角度α1。平衡配重补偿由摆动凸轮产生的不平衡或质量惯性矩。
[0032]
可替代地或附加地，第二平衡配重可以被设置在盘基体的第二环形面上，该第二平衡配重被布置成相对于盘基体的中轴线t旋转第二角度α2。因此，第二平衡配重被布置在盘基体的与摆动凸轮相对的一侧，并且即使在倾斜角不同的情况下也补偿摆动盘的不平衡。总的来说，第二平衡配重以这种方式进一步减小了在摆动盘的操作时发生的振动，并从而减小了往复活塞式压缩机中的噪音。
[0033]
优选地，第一角度α1和第二角度α2具有不同的量和/或不同的符号。换句话说，第一平衡配重和第二平衡配重优选地被布置成相对于彼此旋转。
[0034]
在本发明的另一个优选设计方案中，摆动盘具有两个摆动凸轮，这两个摆动凸轮形成第一摆动凸轮和第二摆动凸轮。第一摆动凸轮可以具有比第二摆动凸轮更大的壁厚度。由于产生的活塞力，作用到第一摆动凸轮上的力大于作用到第二摆动凸轮上的力。因此规定，承受更大的力的第一摆动凸轮配备有更大的壁厚度。负载较小的第二摆动凸轮可以包括较小的壁厚度。因此，实现了重量减轻，这有助于显著降低往复活塞式压缩机的总质量和噪音。
[0035]
优选地，设置了传动盘，该传动盘具有在摆动凸轮之间延伸的两个传动凸轮。传动盘可以具有第三平衡配重，该第三平衡配重被布置成相对于中心轴线z旋转第三角度α3。优选地，中心轴线z沿传动盘的直径在传动凸轮之间居中地延伸。
[0036]
下面将参考所附的示意图并基于实施例更详细地解释本发明。在附图中：
[0037]
图1示出了根据优选实施例的根据本发明的往复活塞式压缩机的纵截面；
[0038]
图2示出了根据图1的往复活塞式压缩机的带有传动盘和摆动盘的驱动轴的俯视图；
[0039]
图3示出了根据图1的往复活塞式压缩机的带有传动盘和摆动盘的驱动轴的纵截面视图；
[0040]
图4示出了具有接触凸轮的摆动盘的一部分的侧视图，这些接触凸轮具有弯曲的贴靠面；
[0041]
图5a示出了具有第二平衡配重的摆动盘的后视图；
[0042]
图5b示出了根据图5a的摆动盘的侧视图；
[0043]
图5c示出了根据图5a的具有第一平衡配重和摆动凸轮的摆动盘的前视图；
[0044]
图6示出了用于计算参考质量的虚拟参考摆动盘的俯视图和侧视图；
[0045]
图7示出了用于比较根据图1的根据本发明的往复活塞式压缩机和现有技术的往复活塞式压缩机的不平衡比的图表；
[0046]
图8a示出了具有传动凸轮和第三平衡配重的传动盘的后视图；
[0047]
图8b示出了根据图8a的传动盘的侧视图；
[0048]
图8c示出了根据图8a的传动盘的前视图；
[0049]
图9示出了根据本发明的往复活塞式压缩机的摆动盘的相关尺寸的示意图；以及
[0050]
图10示出了具有摆动盘、传动盘和驱动轴的往复活塞式压缩机的传动系的侧视图。
[0051]
在图1中，示出了具有壳体15的往复活塞式压缩机。驱动轴10被安装在壳体15中。驱动轴10承载传动盘20，该传动盘20以旋转固定的方式与驱动轴10连接。此外，还设置了摆动盘30，该摆动盘30包括轴孔34，驱动轴10被引导穿过该轴孔34。摆动盘30经由滑动轴承37与多个往复活塞25力传递地接合。往复活塞25在缸体26中被引导，这些缸体分别具有端面28。
[0052]
摆动盘30具有第一环形面41和第二环形面42。这些环形面41、42彼此平行地布置，并且限定盘基体40。盘基体40具有厚度z。因此，厚度z对应于第一环形面41和第二环形面42之间的距离。
[0053]
第一环形面41面向传动盘20，而第二环形面42面向缸体26。第一摆动凸轮31和第二摆动凸轮32从第一环形面41起始，这些摆动凸轮分别包括凸轮尖端33。每个凸轮尖端33贴靠在传动盘20上形成的对应的滑动面21。
[0054]
传动盘20包括在摆动凸轮31、32之间延伸的第一传动凸轮22和第二传动凸轮23。滑动面21分别侧向地形成在传动凸轮22、23外侧并且紧邻传动凸轮22、23。在图1中，与第二摆动凸轮32相对的滑动面21被传动盘20的第二传动凸轮23遮盖。滑动面21与传动盘20一件式形成。
[0055]
为了低振动的旋转，在摆动盘30上还设置了第一平衡配重38和第二平衡配重39。第一平衡配重38从第一环形面41起始。第一平衡配重38相对于摆动盘30的旋转轴线与摆动凸轮31、32基本上相对。
[0056]
摆动凸轮31、32和第一平衡配重38与盘基体40一件式形成。换句话说，盘基体40与摆动凸轮31、32和平衡配重38、39一件式地形成摆动盘30。
[0057]
在图2中，在俯视图中可以看出，摆动盘30总共具有两个摆动凸轮31、32。在此，第一摆动凸轮31配备有比第二摆动凸轮32大的壁厚度。这两个摆动凸轮分别以其内表面贴靠传动盘20的传动凸轮22、23。
[0058]
在操作中，传动盘20与驱动轴10一起旋转，因此将旋转力传递到摆动盘30。由于所得到的往复活塞25的力主要作用到第一摆动凸轮31上，因此设置成该第一摆动凸轮31配备有更大的壁厚度。第二摆动凸轮32具有比第一摆动凸轮31小的壁厚度，因此有助于往复活塞式压缩机的重量减轻。
[0059]
在图2中还可以看出，这两个摆动凸轮31、32中的每个都贴靠相应的滑动面21。因此，相应的滑动面21和相应的摆动凸轮31、32之间的接触面的大小不同。特别地，第一摆动凸轮31与滑动面21的接触面大于第二摆动凸轮32与滑动面21的接触面。与第二摆动凸轮32相比，这也增加了第一摆动凸轮31在纵轴方向上的力传递面积。这也有助于一方面实现良好的力传递，并且另一方面实现重量减轻。
[0060]
特别地，整个摆动盘30的质量m和参考质量m
ref
之间的质量比m/m
ref
最高为2.2，这有助于重量减轻和振动减小。可以通过各种措施来实现重量减轻。例如，可以减小盘基体40的厚度z。由此，不仅减小了盘基体40的质量，而且还可以减小平衡配重38、39的质量。
[0061]
参考质量m
ref
由盘基底40的厚度z、圆直径d
p
和摆动盘30的密度ρ得出。
[0062]
减小振动可以通过改善重心位置来实现。为此可以设置成，摆动盘30的重心s离开盘基体40的中心平面e的量(距离f)最高对应于盘基体40的厚度z的0.6倍(图9)。优选地，摆动盘30的重心s位于盘基体40之外，这在图9中可以很好地看出。此外，重心s可以被布置在
旋转轴线a之外，特别是上方，即更靠近摆动凸轮31、32。
[0063]
图9以非常示意性的视图示出了与改善的噪音排放和重量减小相关的摆动盘的尺寸。特别地，示出了盘基体40。为了清楚起见，未示出平衡配重38、39。摆动凸轮31、32也未示出。但是，摆动凸轮31、32由点划线示意性地表示，即不具有其真实的外部轮廓。
[0064]
重心s的位置在图9中清晰可见，该重心s被布置成从纵向轴线14偏离偏心距y并且从摆动盘30的中心平面e偏离距离f。已经证实，所示的重心s的位置对于减少摆动盘30操作期间的振动是特别有利的。因此，往复活塞式压缩机的噪音显著降低。
[0065]
为了清楚起见，图3再次示出了驱动轴10、传动盘20和摆动盘30的纵截面视图。从图3中清晰可见，传动盘20和摆动盘30是如何相对于彼此布置的。摆动盘30具有由两个圆锥形的凹部形成的轴孔34。因此，摆动盘可以在预定的角度范围内改变枢转角或倾斜角ψ。这优选地基于往复活塞25中的背压来实现。在摆动盘30枢转时，凸轮尖端33沿着滑动面21滑动，这也影响各个往复活塞25的冲程。在图9中也示出了摆动盘30的可变的倾斜角ψ。
[0066]
在图5a至图5c中，示出了具有两个平衡配重38、39的摆动盘30的实施例。在此，第一平衡配重38从第一环形面41起始，而第二平衡配重39从第二环形面42起始(图5b)。
[0067]
从图5a中可以看出，第二平衡配重39大体u形地围绕摆动盘30的轴孔34形成。轴孔34被构造成通孔。此外，第二平衡配重39被定向成从中轴线t起始旋转第二角度α2。
[0068]
图5c以前视图示出了摆动盘30，其中第一平衡配重38是可见的。第一平衡配重38具有大致梯形的形状，并且紧邻轴孔34。第一平衡配重38被布置成从中轴线t偏离第一角度α1。第一角度α1和第二角度α2各自朝向相同的旋转方向取向，即，这两个平衡配重38、39均被布置成在相对于中轴线t相同的方向上旋转。
[0069]
根据图6的图示以简化的形式示出了用作计算参考质量m
ref
的基础的参考体积。参考体积对应于厚度为z的圆柱体，即盘基体40的厚度或盘基体40的环形面41、42之间的距离。缸体的直径对应于延伸穿过所有铰接点或连接所有这些铰接点的圆的直径，往复活塞25在这些铰接点处与摆动盘30连接。从厚度z和圆直径d
p
得出参考体积，从该参考体积连同摆动盘30的材料的密度可以得出参考质量m
ref
。
[0070]
在图7中，示出了在摆动盘30从0
°
到23
°
的倾斜角范围内的不平衡度比m。实线示出了根据本发明的往复活塞式压缩机的不平衡度比m。虚线和点划线分别涉及从现有技术中已知的往复活塞式压缩机。清晰可见的是，根据本发明的往复活塞式压缩机具有总体上更好的，特别是更低的不平衡度比m。因此，总体上，根据本发明的往复活塞式压缩机在整个倾斜角范围内存在较小的不平衡度，这引起较低的噪声。因此，根据本发明的往复活塞式压缩机在操作中非常安静。
[0071]
通过与压缩弹簧45、46配合的接触凸轮43、44各自具有向外弯曲的贴靠面47(图4)，实现了摆动盘30的平稳运动。接触凸轮43、44直接邻接轴孔34。优选地，接触凸轮43、44围绕轴孔34环形地形成。在此，接触凸轮43、44可以分别形成完全闭合的环。接触凸轮43、44可以是摆动盘30的一件式的组成部分。
[0072]
如在图4中可以看到的，第一压缩弹簧45贴靠摆动盘30的第一接触凸轮43的贴靠面47。相反，被布置成与第一接触凸轮43相对的第二接触凸轮44与第二压缩弹簧46间隔开。然而，第二接触凸轮44的贴靠面47以另外的倾斜角与第二压缩弹簧46产生贴靠。
[0073]
优选地，接触凸轮43、44与摆动盘一件式形成。
[0074]
在图8a至图8c中，示出了传动盘20。传动盘20包括传动凸轮22、23，这些传动凸轮22、23基本相同地、但相对于中心轴线z轴对称地形成(图8a)。此外，传动盘20还承载第三平衡配重24，该第三平衡配重24突出超过传动盘20的圆形的外轮廓。突出部分在根据图8c的后视图中清晰可见。第三平衡配重被设计为大致梯形的。为了减小往复活塞式压缩机的噪音，平衡配重被布置成从中心轴线z起始旋转第三角度α3。因此，第三角度α3的大小也根据第一摆动凸轮31的质量来确定。换句话说，第三平衡配重24不仅用于平衡传动盘20的质量，而且还用于平衡包括驱动轴10、传动盘20和摆动盘30的整个传动系内的质量。
[0075]
图10示出了用于计算本发明的决定性参数的相关尺寸。特别地，参考质量m
ref
计算如下：
[0076][0077]
其中，ρ表示摆动盘30的密度。
[0078]
已经证实，第一摆动凸轮31的宽度c、第二摆动凸轮32的宽度a和摆动凸轮31、32的距离b彼此成预定的比或者取决于盘基体40的直径d
p
(参见图2)是有利的且优选的。
[0079]
因此，优选地设置成摆动凸轮31、32的距离b和盘基体40的直径d
p
之间的比b/d
p
介于0.2和0.5之间，特别是0.34。摆动凸轮31、32各自的宽度a、c彼此之间的比c/a优选介于0.7和4.0之间，特别是1.6。
[0080]
参考标记列表
[0081]
10
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
驱动轴
[0082]
14
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
纵向轴线
[0083]
15
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
壳体
[0084]
20
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
传动盘
[0085]
21
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
滑动面
[0086]
22
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
第一传动凸轮
[0087]
23
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
第二传动凸轮
[0088]
24
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
第三平衡配重
[0089]
25
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
往复活塞
[0090]
26
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
缸体
[0091]
28
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
端面
[0092]
30
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
摆动盘
[0093]
31
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
第一摆动凸轮
[0094]
32
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
第二摆动凸轮
[0095]
33
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
凸轮尖端
[0096]
34
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
轴孔
[0097]
37
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
滑动轴承
[0098]
38
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
第一平衡配重
[0099]
39
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
第二平衡配重
[0100]
40
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
盘基体
[0101]
41
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
第一环形面
[0102]
42
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
第二环形面
[0103]
43
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
第一接触凸轮
[0104]
44
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
第二接触凸轮
[0105]
45
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
第一压缩弹簧
[0106]
46
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
第二压缩弹簧
[0107]
47
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
贴靠面
[0108]
α1ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
第一角度
[0109]
α2ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
第二角度
[0110]
α3ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
第三角度
[0111]
ψ、psi
ꢀꢀꢀ
倾斜角
[0112]
a
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
第二摆动凸轮32的宽度
[0113]
b
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
摆动凸轮31、32的距离
[0114]
c
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
第一摆动凸轮31的宽度
[0115]
m
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
摆动盘30的质量
[0116]
m
ref
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
参考质量
[0117]
d
p
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
往复活塞25或缸体26的节圆直径
[0118]
y
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
偏心距
[0119]
s
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
重心
[0120]
z
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
盘基体40的厚度
[0121]
a
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
旋转轴线
[0122]
e
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
中心平面
[0123]
t
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
中轴线
[0124]
z
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
中心轴线
[0125]
rms
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
均方根值
[0126]
k
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
活塞轴线。