DE10221595A1

DE10221595A1 - Coolant, especially carbon dioxide, compressor for vehicle air conditioning systems, has drive shaft axial and radial bearings combined within cylinder block to form commonly mounted/removable unit

Info

Publication number: DE10221595A1
Application number: DE2002121595
Authority: DE
Inventors: Daniel Damson; Otfried Schwarzkopf
Original assignee: Zexel Valeo Compressor Europe GmbH
Current assignee: Valeo Compressor Europe GmbH
Priority date: 2002-05-15
Filing date: 2002-05-15
Publication date: 2003-11-27

Abstract

The device has a housing bounding a drive mechanism chamber, a cylinder block, a cylinder head and a radially and axially supported drive shaft for connection to an external drive with a housing end in the block and coupled to a piston movable reciprocally in the block, especially via an inclined plate or wobble plate mechanism. The axial and radial bearings for the drive shaft are combined in the block into a commonly mounted/removable unit The device consists of a housing (6) bounding a drive mechanism chamber (7), a cylinder block (2), a cylinder head and a drive shaft (1) for connection to an external drive, that has its end within the housing in the cylinder block and that is radially and axially supported and coupled to a piston (3) movable reciprocally in the block, especially via an inclined plate or wobble plate mechanism. The axial and radial bearings (9,10) for the drive shaft are combined within the cylinder block to form a commonly mounted/removable unit (18).

Description

Die Erfindung betrifft einen Kältemittel-, insbesondere CO₂- Verdichter für Fahrzeugklimaanlagen, bestehend aus einem einen Triebwerksraum begrenzenden Gehäuse, einem Zylinderblock, einem Zylinderkopf, und einer mit einem externen Antrieb verbindbaren Antriebswelle, die mit ihrem gehäuseinneren Ende im Zylinderblocks sowohl radial als auch axial gelagert und mit innerhalb des Zylinderblocks hin- und herbewegbaren Kolben gekoppelt ist, insbesondere über einen Schrägscheiben- oder Taumelscheiben- Mechanismus. The invention relates to a refrigerant, in particular CO ₂ - compressor for vehicle air conditioning systems, consisting of a housing delimiting an engine room, a cylinder block, a cylinder head, and a drive shaft which can be connected to an external drive and which has both its radial and axial ends in the cylinder block is stored and coupled with pistons which can be moved back and forth within the cylinder block, in particular via a swashplate or swashplate mechanism.

Ein derartiger Verdichter ist u. a. bekannt aus der DE 198 21 265 A1, wobei die gehäuseinnere Lagerung der Antriebswelle innerhalb des Zylinderblocks durch getrennte Lager erfolgt, nämlich ein Radiallager einerseits und ein unabhängig davon ausgebildetes Axiallager andererseits. Beide Lager sind jeweils Nadellager, wobei das Axiallager zwischen zwei gesonderten Ringscheiben (Lager-Laufscheiben) positioniert ist. Diese Konstruktion ist relativ aufwendig, und zwar insbesondere hinsichtlich der Montage. Es muß eine Vielzahl von Einzelteilen für die gehäuseinnere Lagerung der Antriebswelle zusammengesetzt und relativ zueinander zugeordnet werden. Auch müssen entsprechende Lauf- und Passflächen vorgesehen sein, deren Herstellung relativ aufwendig ist. Such a compressor is u. a. known from the DE 198 21 265 A1, the interior of the housing mounting the Drive shaft inside the cylinder block through separate bearings takes place, namely a radial bearing on the one hand and an independent thrust bearing formed therefrom on the other hand. Both camps are each needle bearing, the thrust bearing between two separate washers (bearing washers) is positioned. This construction is relatively complex, in particular in terms of assembly. There must be a variety of items for the inner bearing of the drive shaft composed and assigned relative to each other. Also have to Appropriate running and fitting surfaces are provided, the Manufacturing is relatively complex.

Ein weiteres Beispiel zum Stand der Technik stellt die Konstruktion nach der US 6,164,252 dar. Auch diese Konstruktion zeichnet sich durch voneinander getrennte Radial- und Axiallager aus. Another example of the prior art is the Construction according to US 6,164,252. Also this construction is characterized by separate radial and Thrust bearing.

Bei der Ausführungsform nach der US 2001/0008607 A1 wird auf ein axiales Rollenlager für die Antriebswelle innerhalb des Zylinderblocks verzichtet. Die axiale Abstützung der Antriebswelle innerhalb des Zylinderblocks erfolgt über eine Anlaufscheibe, die sich axial am Zylinderblock über eine Tellerfeder abstützt. Die Anlaufscheibe definiert ein axiales Gleitlager. Diese Konstruktion ist sicherlich kostengünstig; andererseits ist die Qualität dieser Lagerkonstruktion fraglich im Hinblick auf die an der Anlaufscheibe entstehende Reibung und Reibungswärme sowie den dadurch bedingten Verschleiß. Vorteilhaft ist die Anordnung der erwähnten Tellerfeder, mittels der Axialspiel der Antriebswelle ausgeglichen werden kann. Vor allem sollen dadurch axiale Toleranzen ausgeglichen werden. In the embodiment according to US 2001/0008607 A1 is on an axial roller bearing for the drive shaft inside the Cylinder blocks dispensed with. The axial support of the Drive shaft inside the cylinder block is made via a Thrust washer, which is axially attached to the cylinder block via a plate spring supported. The thrust washer defines an axial plain bearing. This construction is certainly inexpensive; on the other hand the quality of this bearing construction is questionable in terms of on the friction occurring on the thrust washer and Frictional heat and the resulting wear. It is advantageous the arrangement of the plate spring mentioned, by means of the axial play the drive shaft can be compensated. Above all, should this compensates for axial tolerances.

Alternativ ist es natürlich auch denkbar, das erwähnte Axialspiel durch eine Einstellmutter oder dergleichen nach Montage sämtlicher Teile bedarfsgerecht einzustellen (DE 100 37 659 A1). Das Axialspiel kann des weiteren eingestellt werden durch Bereitstellung mehr oder weniger dicker Ausgleichs- bzw. Anlaufscheiben. Alternatively, it is of course also conceivable for the above Axial play through an adjusting nut or the like after assembly adjust all parts as required (DE 100 37 659 A1). The axial play can also can be adjusted by providing more or less thicker Shim or thrust washers.

Schließlich ist es noch bekannt, in dem Bereich der gehäuseinneren Lagerung der Antriebswelle, d. h. im Bereich der Antriebswellenlagerung im Zylinderblock Dichtelemente vorzusehen. Dies ist insbesondere dann der Fall, wenn hochdruckseitig im Zylinderkopfbereich Öl vom Kältemittel abgeschieden und über eine (z. B. zentral) angeordnete Drosselstelle in den Lagerbereich geleitet wird. Durch eine zentrale Wellenbohrung wird dann das Öl weiter z. B. in den Bereich des Gehäusedurchgangs für die Antriebswelle geführt. Um dies zu ermöglichen, muß natürlich verhindert werden, dass Öl über die Lagerung in den Triebwerksraum gelangt; denn dann bestünde nämlich die Gefahr, dass zuwenig Öl zur Gehäuse-Wellenlagerung gelangt. Das fragliche Dichtelement kann als Labyrinth-Dichtung (drucklos dichten) oder aber auch als Reibdichtung (Druckdifferenz abdichten) ausgebildet sein. Natürlich werden dann Materialien verwendet, die sich durch einen äußerst niedrigen Reibungskoeffizienten auszeichnen. Finally, it is still known in the field of inner bearing of the drive shaft, d. H. in the field of Drive shaft bearing in the cylinder block to provide sealing elements. This is particularly the case when the high pressure side in the Cylinder head area oil separated from the refrigerant and via a (e.g. centrally) throttling point in the storage area is directed. This is then done through a central shaft bore Oil further z. B. in the area of the housing passage for Drive shaft guided. To make this possible, of course prevent oil from being stored in the engine room arrives; because then there would be the danger that too little oil comes to the housing shaft bearing. The sealing element in question can be used as a labyrinth seal (pressureless sealing) or also be designed as a friction seal (seal pressure difference). Of course, materials are used that stand out have an extremely low coefficient of friction.

Ausgehend vom vorgenannten Stand der Technik liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Verdichter der eingangs genannten Art zu schaffen, dessen gehäuseinnere Lagerung der Antriebswelle sich durch ein Minimum an Bauteilen einerseits sowie ein Minimum von Passungen bzw. bearbeiteten Oberflächen wenigstens im Bereich des Zylinderblocks andererseits auszeichnet. Based on the aforementioned prior art, the present invention the object of a compressor to create the type mentioned above, its interior The drive shaft is supported by a minimum of components on the one hand and a minimum of fits or machined Surfaces at least in the area of the cylinder block on the other hand.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruches 1 gelöst, wobei Details und bevorzugte Ausführungsformen in den Unteransprüchen beschrieben sind. This object is achieved by the characterizing Features of claim 1 solved, details and preferred Embodiments are described in the subclaims.

Der Kern der vorliegenden Erfindung liegt also darin, dass Axial- und Radiallager der Antriebswelle innerhalb des Zylinderblocks zu einer gemeinsam montier- bzw. demontierbaren Baueinheit zusammengefasst sind. Damit wird eine äußert einfache Montaoe bzw. Demontage erreicht. Außerdem sind lediglich zwei Passflächen zur Einpassung des Lagers erforderlich, nämlich eine radiale und eine axiale Passfläche. Die gesonderte Anfertigung von Laufflächen oder dergleichen für die Lager-Wälzkörper innerhalb des Zylinderblocks sind nicht mehr erforderlich. Die gesamte Lager-Baueinheit für die gehäuseinnere Lagerung der Antriebswelle kann vorgefertigt und als einheitliches Bauteil montiert bzw. demontiert und bei Bedarf ausgetauscht werden. The essence of the present invention is therefore that Axial and radial bearings of the drive shaft within the Cylinder blocks to a jointly assembled or disassembled Unit are summarized. This makes it extremely simple Montaoe or disassembly achieved. Also, there are only two Mating surfaces required to fit the bearing, namely a radial and an axial mating surface. The separate Production of treads or the like for the bearing rolling elements are no longer required within the cylinder block. The Entire bearing assembly for internal storage of the Drive shaft can be prefabricated and as a single component assembled or disassembled and replaced if necessary.

Aufgrund der Verwendung einer vorgefertigten Baueinheit ist es auch nicht möglich, beim Einbau Teile der Lagereinheit zu vergessen oder Einzelteile falsch einzubauen. Because of the use of a prefabricated assembly, it is also not possible to install parts of the storage unit forgotten or incorrectly installed individual parts.

Insbesondere ist es auch möglich, innerhalb der Baueinheit eine Einrichtung zur Einstellung des Axialspiels der Antriebswelle anzuordnen, insbesondere in Form einer spielausgleichenden Tellerfeder. Diese befindet sich vorzugsweise zwischen Axiallager und Radiallager. In particular, it is also possible to have a Device for adjusting the axial play of the drive shaft to arrange, especially in the form of a game-balancing Belleville spring. This is preferably located between the thrust bearing and radial bearings.

Auch ist es denkbar, innerhalb der Lagerbaueinheit eine Dichtung zur Abdichtung der Antriebswelle gegenüber dem Triebwerksraum anzuordnen, die entweder an der dem Triebwerksraum zugewandten Seite der Lagerbaueinheit, im Bereich zwischen Axial- und Radiallager oder an der zylinderblockinneren Seite der Lagerbaueinheit angeordnet ist. Es handelt sich dabei vorzugsweise um einen Dichtring, der zwischen Antriebswelle und einem Axial- und Radiallager umfassenden Gehäuse wirksam ist. Damit ist sichergestellt, dass Ölleckagen zwischen Antriebswelle und Lagerbohrung innerhalb des Zylinderblocks in den Triebwerksraum hinein vermieden sind. It is also conceivable to have one within the bearing assembly Seal to seal the drive shaft from the Engine room to be arranged either at the engine room facing side of the bearing assembly, in the area between the axial and radial bearings or on the inside of the cylinder block Bearing assembly is arranged. These are preferably around a sealing ring between the drive shaft and a Axial and radial bearing comprehensive housing is effective. In order to it is ensured that oil leaks between the drive shaft and Bearing bore inside the cylinder block in the engine room are avoided.

Erfindungsgemäß sind also nicht mehr unterschiedliche Gehäuse für Dichtelement und Lager erforderlich. Auch kann auf eine gesonderte Anlaufscheibe zur axialen Abstützung der Antriebswelle verzichtet werden. Die spielausgleichende Tellerfeder ist integraler Teil der Lagerbaueinheit. According to the invention, there are no longer different housings required for sealing element and bearing. Can also on a separate thrust washer for axial support of the drive shaft to be dispensed with. The backlash adjuster is integral part of the bearing assembly.

Die erwähnte Baueinheit wird als Art "Cartridge-Patrone" zur Verfügung gestellt. Nur noch diese Patrone bedarf einer Einpassung in den Zylinderblock bzw. innerhalb einer im Zylinderblock entsprechend ausgebildeten Bohrung, insbesondere Sacklochbohrung. The unit mentioned is used as a "cartridge cartridge" Provided. Only this cartridge needs one Fitting in the cylinder block or within one in the cylinder block appropriately trained bore, in particular Blind hole.

Nachstehend wird eine bevorzugte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Antriebswellen-Lagerung anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert. Diese zeigt eine gehäuseinnere Lagerung der Antriebswelle im Schnitt, wobei die übrigen Teile des dargestellten Axialkolbenverdichters zum besseren Verständnis des Kerns der vorliegenden Erfindung weggelassen sind. Diesbezüglich wird auf den eingangs erwähnten Stand der Technik verwiesen. A preferred embodiment of a drive shaft bearing according to the invention with reference to the accompanying Drawing explained in more detail. This shows an interior of the housing Bearing of the drive shaft in section, the remaining parts of the shown axial piston compressor for better understanding of the gist of the present invention are omitted. In this regard, the prior art mentioned at the outset directed.

Es handelt sich also bei der dargestellten Zeichnung um die Darstellung der gehäuseinneren Radial- und Axiallagerung einer Antriebswelle 1, die mit einem externen Antrieb verbindbar ist, und die mit ihrem gehäuseinneren Ende in einem Zylinderblock 2 sowohl radial als auch axial drehbar gelagert ist. Die Antriebswelle ist des weiteren mit innerhalb des Zylinderblocks 2 hin- und herbewegbaren Kolben gekoppelt, und zwar über einen Schrägscheiben- oder Taumelscheiben-Mechanismus 4. Die axiale Hin- und Herbewegung der Kolben 3, von denen mehrere über den Umfang der Antriebswelle 1 im gleichen Winkelabstand voneinander angeordnet sind, ist mit dem Doppelpfeil 5 gekennzeichnet. The drawing shown is therefore a representation of the radial and axial bearing of a drive shaft 1 inside the housing, which can be connected to an external drive, and which is mounted with its inner end in a cylinder block 2 both radially and axially rotatably. The drive shaft is further coupled to pistons which can be moved back and forth within the cylinder block 2 , specifically via a swash plate or swash plate mechanism 4 . The axial reciprocating movement of the pistons 3 , of which several are arranged at the same angular distance from one another over the circumference of the drive shaft 1 , is indicated by the double arrow 5 .

Die vorgenannten Teile sind innerhalb eines mehrteiligen Gehäuses 6 angeordnet, welches auch einen Triebwerksraum 7 begrenzt. The aforementioned parts are arranged within a multi-part housing 6 , which also delimits an engine room 7 .

Zur Aufnahme des Axial- und Radiallagers der Antriebswelle 1 ist innerhalb des Zylinderblocks 2 eine sacklochartige Aufnahmebohrung 8 ausgebildet. Das Axiallager ist mit der Bezugsziffer 9 und das Radiallager mit der Bezugsziffer 10 gekennzeichnet. Beide Lager sind Nadelrollenlager. Des weiteren sind beide Lager innerhalb eines gemeinsamen Lagergehäuses 11 angeordnet und somit zu einer einheitlich montierbaren bzw. demontierbaren Baueinheit zusammengefasst. Die Nadeln des Axiallagers 9 sind zwischen zwei Scheiben 12 und 13 angeordnet, die die innere und äußere Laufbahn der Nadeln definieren. Zwischen einer umlaufenden Stufe 14 des Lagergehäuses 11 und der zugeordneten Laufbahnscheibe 13 ist eine Tellerfeder 15 zum Ausgleich von Axialspiel der Antriebswelle 1 angeordnet, wobei die lagergehäuseseitige Abstützung der Tellerfeder 15 auch über eine Ringscheibe 16 erfolgen kann. To accommodate the axial and radial bearing of the drive shaft 1 , a blind hole-like receiving bore 8 is formed within the cylinder block 2 . The axial bearing is identified by the reference number 9 and the radial bearing by the reference number 10 . Both bearings are needle roller bearings. Furthermore, both bearings are arranged within a common bearing housing 11 and thus combined to form a unitary assembly or disassembly. The needles of the thrust bearing 9 are arranged between two disks 12 and 13 which define the inner and outer raceways of the needles. Between a circumferential step 14 of the bearing housing 11 and the associated race disk 13 , a plate spring 15 is arranged to compensate for axial play of the drive shaft 1 , wherein the support of the plate spring 15 on the bearing housing side can also take place via an annular disk 16 .

Die gesamte Baueinheit wird durch einen Sicherungsring 17 auf der Antriebswelle 1 gehalten, so dass die Lagerbaueinheit, die mit der Bezugsziffer 18 gekennzeichnet ist, nicht in den Triebwerksraum 7 hinein entweichen kann. Die Lagerbaueinheit 18 wird also im montierten Zustand durch den Sicherungsring 17 einerseits und den Boden der Lageraufnahmebohrung 8 andererseits gehalten. Statt des Sicherungsrings 17 kann auch ein entsprechender Wellenabsatz vorgesehen sein. The entire assembly is held on the drive shaft 1 by a retaining ring 17 , so that the bearing assembly, which is identified by the reference number 18 , cannot escape into the engine compartment 7 . The bearing assembly 18 is thus held in the assembled state by the retaining ring 17 on the one hand and the bottom of the bearing receiving bore 8 on the other. Instead of the locking ring 17 , a corresponding shaft shoulder can also be provided.

Wie bereits oben erwähnt, kann die Lagerbaueinheit 18 noch eine Dichtung zur Abdichtung der Antriebswelle 1 gegenüber dem Triebwerksraum 7 aufweisen. Diese kann entweder an der dem Triebwerksraum 7 zugewandten Seite 19, an der zylinderblockinneren Seite 21 oder im Bereich 20 zwischen Axial- und Radiallager angeordnet sein. Die Dichtung muß natürlich den Spalt zwischen Antriebswelle 1 und dem Lagergehäuse 11 ausfüllen und abdichten. As already mentioned above, the bearing assembly 18 can also have a seal for sealing the drive shaft 1 from the engine room 7 . These can be arranged either at the the engine room 7 facing side 19 to the cylinder block inner side 21 or in the area 20 between axial and radial bearings. The seal must of course fill and seal the gap between the drive shaft 1 and the bearing housing 11 .

Damit ist sichergestellt, dass Öl, welches durch eine axiale Ölversorgungsbohrung 22 von der Zylinderblockseite zur gegenüberliegenden Gehäuseseite geleitet werden soll, nicht über die Lagerbaueinheit 18 in den Triebwerksraum 7 gelangt. This ensures that oil, which is to be directed from the cylinder block side to the opposite housing side through an axial oil supply bore 22 , does not reach the engine compartment 7 via the bearing assembly 18 .

Es sei hier noch erwähnt, dass die beschriebene Lager- Baueinheit (Cartridge-Patrone) auch im Bereich des Wellendurchgangs an der dem Zylinderblock gegenüberliegenden Seite des Verdichtergehäuses denkbar und vorteilhaft ist, und zwar aus den gleichen Erwägungen, wie sie oben angegeben sind. It should also be mentioned here that the described storage Unit (cartridge cartridge) also in the area of Shaft passage on the side of the cylinder block opposite Compressor housing is conceivable and advantageous, namely from the same considerations as set out above.

Sämtliche in den Anmeldungsunterlagen offenbarten Merkmale werden als erfindungswesentlich beansprucht, soweit sie einzeln oder in Kombination gegenüber dem Stand der Technik neu sind. Bezugszeichenliste 1 Antriebswelle
2 Zylinderblock
3 Kolben
4 Schrägscheiben-/Taumelscheiben-Mechanismus
5 Doppelpfeil
6 Gehäuse
7 Triebwerksraum
8 Aufnahmebohrung
9 Axiallager
10 Radiallager
11 Lagergehäuse
12 Ringscheibe
13 Ringscheibe
14 Stufe
15 Tellerfeder
16 Ringscheibe
17 Sicherungsring
18 Lagerbaueinheit
19 Triebwerksseite
20 Bereich zwischen Axiallager und Radiallager
21 Zylinderblockseite
22 Ölversorgungsbohrung
All features disclosed in the application documents are claimed as essential to the invention, insofar as they are new compared to the prior art, individually or in combination. REFERENCE SIGNS LIST 1 drive shaft
2 cylinder block
3 pistons
4 swashplate / swashplate mechanism
5 double arrow
6 housing
7 engine room
8 location hole
9 thrust bearings
10 radial bearings
11 bearing housing
12 washer
13 washer
14 level
15 disc spring
16 washer
17 circlip
18 bearing unit
19 engine side
20 Area between the thrust bearing and radial bearing
21 cylinder block side
22 Oil supply hole

Claims

1. refrigerant, in particular CO ₂ compressor for vehicle air conditioning systems, comprising a housing ( 6 ) delimiting an engine room ( 7 ), a cylinder block ( 2 ), a cylinder head, and a drive shaft ( 1 ) which can be connected to an external drive and which its inner end in the cylinder block ( 2 ) is supported both radially and axially and is coupled to pistons ( 3 ) which can be moved back and forth within the cylinder block ( 2 ), in particular via a swashplate or swashplate mechanism ( 4 ), characterized in that the axial ( 9 ) and radial ( 10 ) bearings of the drive shaft ( 1 ) within the cylinder block ( 2 ) are combined to form a unit ( 18 ) which can be assembled or disassembled.

2. Compressor according to claim 1, characterized in that the bearing assembly ( 18 ) is held together by a housing ( 11 ).

3. Compressor according to claim 1 or 2, characterized in that both the axial bearing ( 9 ) and the radial bearing ( 10 ) is a needle bearing.

4. Compressor according to one of claims 1 to 3, characterized in that the axial bearing ( 9 ) is associated with a device for adjusting an axial play of the drive shaft ( 1 ), in particular in the form of a backlash-compensating disc spring ( 15 ).

5. Compressor according to claim 4, characterized in that the device for axial play adjustment, in particular disc spring ( 15 ) between the axial bearing ( 9 ) and radial bearing ( 10 ) is arranged.

6. Compressor according to one of claims 1 to 5, characterized in that the bearing assembly ( 18 ) on the drive shaft ( 1 ) either through a shaft shoulder or on the drive shaft ( 1 ) positionable locking ring (snap ring 17 ) axially immovable in position within the Cylinder block ( 2 ) is held.

7. Compressor according to one of claims 1 to 6, characterized in that the bearing assembly ( 18 ) has at least one seal for sealing the drive shaft ( 1 ) with respect to the engine compartment ( 7 ), which either on the side facing the engine compartment ( 8 ) ( 19) of the bearing assembly ( 18 ), in the area ( 20 ) between the axial and radial bearings or on the inside of the cylinder block (21) of the bearing assembly ( 18 ).