DE10223962A1 - Verdichter - Google Patents

Abstract

Ein Verdichter der Kolbenbauart hat Dichtungen, die zwischen Zylinderblöcken und Vorder- und Hintergehäusen angeordnet sind, die mit den Zylinderblöcken gepaart sind. Die Vorder- und Hintergehäuse bestehen aus einer Magnesiumlegierung und die Zylinderblöcke bestehen aus Aluminium. Die Dichtungen sind aus einem elastischen Material gebildet und enthalten Weißruß oder eine Mischung von Weißruß und schwarzem Kohlenstoff, um eine hervorragende elektrische Nichtleitung vorzusehen. Die Dichtungen isolieren die Gehäuse und die Zylinderblöcke elektrisch, um eine galvanische Korrosion an Flächen zu verhindern, an denen die zwei verschiedenen Metalle der Verdichterbauteile verbunden sind.

Description

• Die vorliegende Erfindung betrifft einen Verdichter und insbesondere einen Verdichter mit Bauteilen, die aus verschiedenartigen Metallwerkstoffen bestehen.
• Die japanische ungeprüfte Patentoffenlegungsschrift Nr. 10-26077 offenbart einen Verdichter, der Zylinderblöcke zum Aufnehmen von Kolben sowie Vorder- und Hintergehäuse hat, die an dem vorderen und hinteren Ende der Zylinderblöcke gelegen sind. Die Vorder- und Hintergehäuse sind über die Zylinderblöcke durch Schrauben zusammengeklemmt. Anders gesagt sind Durchgangslöcher in die Zylinderblöcke gebohrt und Schrauben durch die Durchgangslöcher und die Enden an dem Hintergehäuse verschraubt, um die Vorder- und Hintergehäuse an beiden Enden der Zylinderblöcke zu klemmen.
• Der vorstehend erwähnte Verdichter hat die Vorder- und Hintergehäuse, die aus Aluminium bestehen. Um das Gewicht des zusammengebauten Verdichters zu verringern, kann das Gehäuse aus einer Magnesiumlegierung bestehen, wobei sein Gewicht dann geringer als bei dem aus Aluminium bestehenden ist. Da die Vorder- und Hintergehäuse relativ schwere Teile bei dem Verdichter sind, ist das Verringern des Gewichts des Gehäuse daher beim Verringern des gesamten Verdichtergewichts wirksam.
• Wenn jedoch der Verdichter die Magnesiumlegierung bei den Vorder- und Hintergehäusen verwendet, gibt es ein Korrosionsproblem in dem Bereich, bei dem die Gehäuse die Zylinderblöcke berühren, was zu einer Verschlechterung der Haltbarkeit des Verdichters führt. Das liegt daran, dass die Zylinderblöcke aus Aluminium oder Eisen beziehungsweise Stahl bestehen, während die Gehäuse aus einer Magnesiumlegierung bestehen, einem andersartigen Metall. Jedes Metall hat ein kleines inhärentes beziehungsweise eigenes elektrisches Potential. Das inhärente Potential von Magnesium ist niedriger als das von Aluminium. Daher gibt es an dem Kontaktbereich zwischen den Gehäusen aus Magnesiumlegierung und den Zylinderblöcken aus Aluminium eine Differenz des elektrischen Potentials, was eine galvanische Korrosion verursacht. Die Potentialdifferenz zwischen dem Aluminium und der Magnesiumlegierung ist größer als die Potentialdifferenz zwischen Aluminium und Eisen beziehungsweise Stahl. Die große Potentialdifferenz neigt dazu, einfach eine Anodenkorrosion bei einem Material mit niedrigem Potential zu verursachen, wie zum Beispiel bei der Magnesiumlegierung. Diese Korrosion wird bei einer bestimmten Ausstattung, die bei dem Verdichter verwendet wird, beschleunigt, die harte Umweltbedingungen sind, bei denen die Temperatur und der Druck häufig variiert. Es ist insbesondere wahrscheinlich, dass Verdichter von Fahrzeugklimaanlagen unter einer ernsthafteren Korrosion leiden, da sie üblicherweise Wasser oder Salz ausgesetzt sind, das die Korrosion weitergehend beschleunigt. Wenn sich eine schwerwiegende Korrosion des Gehäuses entwickelt, gibt es die Möglichkeit des Auslaufens von Kühlmittel.
• Es ist demgemäß die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen leichtgewichtigen und haltbaren Verdichter zu schaffen, der Elemente hat die aus einem Werkstoff mit niedrigem inhärenten Potential bestehen, wie zum Beispiel einer Magnesiumlegierung, die mit Bauteilen gepaart werden können, die ein anderes inhärentes elektrisches Potential haben. Es ist des weiteren die Aufgabe der Erfindung, eine galvanische Korrosion bei Verdichtern der Bauart zu verringern, die bei Fahrzeugkühlsystemen und ähnlichen Anwendungen verwendet wird.
• Die vorliegende Erfindung macht Verwendung eines Isolators zwischen einem Kontaktbereich der unähnlichen Metalle, Magnesiumlegierung und Aluminium oder Eisen, um die galvanische Korrosion zu verhindern. Insbesondere wurde herausgefunden, dass ein Isolator, der Weißruß (White Carbon) enthält, eine überragende elektrische Isolation der unähnlichen metallischen Bauteile des Verdichters vorsieht und die galvanische Korrosion der Magnesiumlegierung verhindert, da der Weißruß eine hochgradige Nichtleitereigenschaft hat.
• Der Verdichter gemäß der Erfindung hat ein erstes Bauteil, das aus einem ersten metallischen Werkstoff besteht, und ein zweites Bauteil, das aus einem zweiten metallischen Werkstoff besteht, das ein von demjenigen des ersten metallischen Werkstoffs verschiedenes inhärentes elektrisches Potential hat. Ein Isolator, der Weißruß enthält, ist zwischen die Paarungsbereiche beziehungsweise die Paarungsflächen des ersten und des zweiten Bauteils angeordnet, das zum Beispiel aus einer Aluminiumlegierung und Aluminium oder Eisen beziehungsweise Stahl und deren Legierungen bestehen kann. Bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist die Magnesiumlegierung beispielsweise auf das Endgehäuse angewendet, wohingegen der Zylinderblock aus Aluminium oder Eisen beziehungsweise Stahl oder deren Legierung besteht. Ein vollständigeres Verständnis der Erfindung und ihrer Merkmale sowie Vorteile kann aus der folgenden genauen Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele erhalten werden.
• Die Merkmale der vorliegenden Erfindung, die für neu zu betrachten sind, sind insbesondere in den beigefügten Ansprüchen vorgestellt. Die Erfindung gemeinsam mit der Aufgabe und ihren Vorteilen kann am Besten unter Bezugnahme auf die folgende Beschreibung der gegenwärtig bevorzugten Ausführungsbeispiele zusammen mit der beigefügten Zeichnung verstanden werden.
• Fig. 1 ist eine Querschnittsansicht eines bevorzugten Ausführungsbeispiels eines Verdichters gemäß der Erfindung.
• Ein Ausführungsbeispiel eines Verdichters unter Einbeziehung des verbesserten Isolators der vorliegenden Erfindung ist in Fig. 1 gezeigt. Dieses Ausführungsbeispiel ist ein Verdichter der Bauart mit zweiseitig wirkendem Kolben für eine Fahrzeugklimaanlage der in dem WS. Patent Nr. 5 947 698 offenbarten Bauart, die der japanischen ungeprüften Patentoffenlegungsschrift Nr. 10-26077 entspricht.
• Unter Bezugnahme auf Fig. 1 hat ein Verdichter 101 ein Paar Zylinderblöcke 111, 112, die miteinander an den Paarungsenden jedes Zylinderblocks gekoppelt sind. Ein Vordergehäuse 113 ist an dem vorderen Ende (linke Seite von Fig. 1) des Zylinderblocks 111 gekoppelt, wobei eine Ventilplatte 114 dazwischen angeordnet ist. Auf die selbe Weise ist ein Hintergehäuse 115 an dem hinteren Ende (rechte Seite von Fig. 1) des Zylinderblocks 112 gekoppelt, wobei eine andere beziehungsweise weitere Ventilplatte 114 dazwischen angeordnet ist. Während in dem Ausführungsbeispiel jeder Zylinderblock aus einer Aluminiumlegierung besteht, bestehen das Vordergehäuse 113 und das Hintergehäuse 115 aus einer Magnesiumlegierung. Da das Gewicht der Magnesiumlegierung geringer als das der Aluminiumlegierung ist, kann das Gesamtgewicht des Verdichters 101 im Vergleich mit dem herkömmlichen Verdichter mit Aluminiumgehäusen verringert werden.
• Durchgangslöcher 117 zum Einsetzen von Schrauben 119 erstrecken sich durch die Zylinderblöcke 111, 112, so dass die Schrauben 119 vollständig durch die Zylinderblöcke 111, 112 hindurch treten. Insgesamt sind fünf Schrauben 119 und fünf Durchgangslöcher 117, von denen nicht alle in der Figur gezeigt sind, bei dem Verdichter 101 ausgebildet.
• Die Schrauben 119 bestehen aus Eisen beziehungsweise Stahl und haben Außengewindeenden 119a. Die Außengewindeenden 119a verlaufen durch Bohrungen in dem Vordergehäuse 113 und durch Durchgangslöcher 117, um mit Gewindebohrungen 120 in dem Hintergehäuse 115 gepaart zu werden. Die Durchmesser der Durchgangslöcher 117 sind geringfügig größer als die Durchmesser der Schrauben 119, so dass die Schrauben 119 das Vordergehäuse 113 und die Zylinderblöcke 111, 112 nicht berühren. Demgemäß werden das Vordergehäuse 113 und das Hintergehäuse 115 fest an den jeweiligen Enden der Zylinderblöcke 111, 112 geklemmt, wenn die Schrauben 119 festgezogen werden, wobei dadurch eine Einfassung 102 des Verdichters 101 gebildet wird.
• In der Einfassung 102 ist eine Antriebswelle 121 drehbar durch den Mittenabschnitt jedes Zylinderblocks 111, 112 und das Vordergehäuse 113 drehbar gestützt. Die Antriebswelle 121 ist mit einer Leistungsquelle, wie zum Beispiel einem Automobilverbrennungsmotor, über eine Kupplung verbunden und durch diese angetrieben.
• Eine Kurbelkammer 127 ist in den Zylinderblöcken 111, 112 ausgebildet. In der Kurbelkammer 127 ist eine Taumelscheibe 128 an der Antriebswelle 121 mit einem bestimmten Winkel befestigt. Zweiseitig wirkende Kolben 125 sind hin- und herbewegbar in den Zylinderbohrungen 124 angeordnet. In jeder Zylinderbohrung 124 sind Verdichtungskammern 126 zwischen jedem Ende der Kolben 125 und jeweiligen Ventilplatten 114 definiert. Die Kolben 125 greifen mit der Umfangsfläche der Taumelscheibe 128 über Gleitstücke 129 ein.
• Wenn sich die Antriebswelle 121 dreht, dreht sich die Taumelscheibe 128 ebenso. Die Drehbewegung der Taumelscheibe 128 wird in die Hin- und Herbewegung der Kolben 125 umgewandelt, wobei die Kolbenverdrängung bzw. der Kolbenhub durch den bestimmten Winkel der Taumelscheibe 128 relativ zu der Antriebswelle 121 festgelegt ist. Die Hin- und Herbewegung der Kolben 125 verdichtet das Kühlmittel in den Verdichtungskammern 126.
• Eine Saugkammer 131 und eine Ausstoßkammer 132 sind in sowohl dem Vordergehäuse 113 als auch dem Hintergehäuse 115 ausgebildet.
• Das Kühlmittel wird in die Saugkammer 131 von einem in der Figur nicht gezeigten Kühlkreislauf, der mit dem Verdichter 101 über eine Saugleitung verbunden ist, über einen Saugventilmechanismus 136 eingeführt. In der Verdichtungskammer 126 wird verdichtetes Kühlmittelgas in die Ausstoßkammer 132 durch einen jeweiligen Ausstoßventilmechanismus 137 ausgestoßen. Von dort tritt das verdichtete Kühlmittel in einen externen Kühlkreislauf durch eine Ausstoßleitung.
• Gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel sind Dichtungen 140 zwischen den gepaarten Flächen zwischen dem Vordergehäuse 113 und dem Zylinderblock 111 bzw. zwischen dem Hintergehäuse 115 und dem Zylinderblock 112 angeordnet. Die Dichtungen 140 bestehen aus einem elastischen Werkstoff, der Weißruß enthält. Beispiele eines Weißrußes, der zur Verwendung bei den Dichtungen 140 geeignet ist, sind Siliziumanhydrid, Siliziumhydrat und synthetisches Silikat.
• Die Dichtungen 140 sind aus einem elastischen Werkstoff ausgebildet, der Weißruß enthält, der üblicher Weise auf ein elastisches Material als Verstärker angewendet wird, und hat eine im Vergleich zu anderen Verstärkern, wie zum Beispiel schwarzem Kohlenstoff bzw. Ruß, eine niedrigere inhärente elektrische Leitfähigkeit. Jedoch können die Dichtungen 140 sowohl schwarzen Kohlenstoff als auch Weißruß enthalten, ebenso wie auch nur Weißruß.
• Ein Versuch für den Korrosionswiderstand der Magnesiumlegierung auf der Grundlage eines Salzsprühversuchs des JIS (Japanischer Industriestandard) Z2371 bestätigt, dass der Gehalt an Weißruß mit einem beträchtlichen Grad zu einem Korrosionswiderstand der Magnesiumlegierung bei Dichtungen beiträgt, die sowohl Weißruß als auch schwarzen Kohlenstoff enthalten. Bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel besteht der gesamte Verstärker, der mit ungefähr 50 Gew.-% des elastischen Materials enthalten ist, aus Weißruß. Demgemäß sind die Gehäuse 113, 115, die aus der Magnesiumlegierung bestehen, elektrisch von den Zylinderblöcken 111, 112, die aus der Aluminiumlegierung bestehen, durch die Dichtungen 140 isoliert.
• Wie vorangehend angegeben, tritt an Stellen, an denen das Vordergehäuse 113 und das Hintergehäuse 115 aus der Magnesiumlegierung direkt die Aluminiumzylinderblöcke 111, 112 aus Aluminium berühren, die galvanische Korrosion aufgrund der Differenz des inhärenten Potentials zwischen Aluminium und der Magnesiumlegierung auf, das beträchtlich höher als die Differenz des inhärenten Potentials zwischen Aluminium und Eisen beziehungsweise Stahl ist. Die Dichtungen 140 isolieren die Magnesiumlegierungsgehäuse 113, 115 und die Aluminiumzylinderblöcke 111, 112 elektrisch und physikalisch. Daher verhindern die Dichtungen 140 die galvanische Korrosion an Außenseiten bzw. Seiten, die sonst auftreten würde. Die Dichtungen 140 führen sowohl eine Abdichtungsfunktion als auch eine Antikorrosionsfunktion durch.
• Wie vorangehend angegeben ist, setzt die Erfindung Bauteile mit geringem Gewicht ein, um das Gewicht der Einfassung zu verringern. Die Verwendung von isolierenden Dichtungen 140, die Weißruß enthalten, zwischen unähnlichen Metallen verhindert die galvanische Korrosion, die sich sonst ergeben würde. Das ist insbesondere da vorzuziehen, wo der Verdichter 101 schweren Umweltbedingungen ausgesetzt ist, wie zum Beispiel Wasser oder Salz, was als Faktor zum Beschleunigen der Korrosion beiträgt, wenn er bei einer Fahrzeugklimaanlage verwendet wird. Des weiteren gibt es keinen Bedarf nach irgendwelchen weiteren Teilen, da die Dichtungen 140 die zwei Funktionen der Abdichtung und der Antikorrosion haben.
• Obwohl nur ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung hier beschrieben ist, ist es dem Fachmann offensichtlich, dass die vorliegende Erfindung auf viele andere spezifische Arten ohne Abweichen von dem Grundgedanken oder dem Anwendungsbereich der Erfindung ausgeführt werden kann. Insbesondere ist es verständlich, dass die Erfindung in der folgenden Ausgestaltungsform ausgeführt werden kann:
  
• A) In dem vorstehend genannten Ausführungsbeispiel ist die vorliegenden Erfindung beispielhaft auf einen Verdichter 101 der Bauart mit zweiseitig wirkendem Kolben für eine Fahrzeugklimaanlage angewendet. Jedoch kann sie in anderen Bauarten von Verdichtern mit einem verschiedenartigen Mechanismus, wie zum Beispiel einem Verdichter der Bauart mit einseitig wirkendem Kolben mit einer Taumelscheibe, oder einem Verdichter der sogenannten Bauart mit variabler Verdrängung, der den Neigungswinkel der Taumelscheibe variiert, ausgeführt werden. Des weiteren kann die vorliegende Erfindung in einem sogenannten Spiralverdichter ausgeführt werden, der eine bewegbare Spirale hat, die sich relativ zu einer stationären Spirale dreht, oder für andere Verdichter für andere Zwecke als für eine Klimaanlage für ein Fahrzeug.
• B) In dem vorstehend genannten Ausführungsbeispiel hat der Verdichter 101 das Vordergehäuse 113 und das Hintergehäuse 115, die aus der Magnesiumlegierung bestehen. Jedoch kann die Magnesiumlegierung in anderen Elementen der Einfassung 102 ausgeführt werden, wie zum Beispiel die gesamten Zylinderböcke 111, 112 oder einer von ihnen. Sicher ist es zu empfehlen, dass die Bohrungen der Durchgangslöcher geringfügig größer als die Außendurchmesser der Schrauben sind, so dass die Seitenfläche der Schrauben die innere Bohrungsfläche der Zylinderblöcke 111, 112 nichtberührt. Das vermeidet eine unvorteilhafte galvanische Korrosion zwischen den Stahlschrauben und den Magnesiumlegierungseinfassungsteilen.
  Wenn des weiteren einer der Zylinderblöcke 111, 112 aus einer Magnesiumlegierung und der andere aus Aluminium besteht, kann eine Dichtung, die zwischen den zwei Zylinderblöcken angeordnet ist, Weißruß enthalten. Eine solche Dichtung kann auch die galvanische Korrosion zwischen diesen verhindern.
• C) In dem vorstehend genannten Ausführungsbeispiel bildet der Weißruß im wesentlichen 50 Gew.-% des elastischen Materials. Jedoch kann in den Dichtungen eine Mischung von Weißruß und schwarzem Kohlenstoff verwendet werden. Für diesen Fall kann das Bestandteilverhältnis von Weißruß und schwarzem Kohlenstoff im Hinblick auf einen vorteilhaften Korrosionswiderstand festgelegt werden. Zum Sicherstellen der erforderlichen elektrischen Nichtleitung kann das Bestandteilverhältnis des schwarzen Kohlenstoffs 10 Gew.-% oder weniger, vorzugsweise 5 Gew.-% oder weniger betragen, wobei der in einer größeren Menge vorhandene Weißruß im wesentlichen 40 Gew.-% bis 45 Gew.-% des elastischen Materials bildet.
• Somit hat der Verdichter der Kolbenbauart Dichtungen, die zwischen den Zylinderblöcken und den Vorder- und Hintergehäusen angeordnet sind, die mit den Zylinderblöcken gepaart sind. Die Vorder- und Hintergehäuse bestehen aus einer Magnesiumlegierung und die Zylinderblöcke bestehen aus Aluminium. Die Dichtungen sind aus einem elastischen Material gebildet und enthalten Weißruß oder eine Mischung von Weißruß und schwarzem Kohlenstoff, um eine hervorragende elektrische Nichtleitung vorzusehen. Die Dichtungen isolieren die Gehäuse und die Zylinderblöcke elektrisch, um eine galvanische Korrosion an Flächen zu verhindern, an denen die zwei verschiedenen Metalle der Verdichterbauteile verbunden sind.

Claims (12)

1. Verdichter mit:
einem ersten Bauteil, das aus einem ersten Metallwerkstoff besteht;
einem zweiten Bauteil, das aus einem zweiten Metallwerkstoff besteht, der ein von demjenigen des ersten Metallwerkstoffs verschiedenes inhärentes elektrisches Potential hat; und
einem elastischen Isolationselement, das zwischen dem ersten Bauteil und dem zweiten Bauteil angeordnet ist, um die Bauteile voneinander elektrisch zu isolieren, wobei das elastische Isolationselement aus einem elastischen Werkstoff gebildet ist, das Weißruß enthält.

2. Verdichter gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Metallwerkstoff ein niedrigeres inhärentes elektrisches Potential als der erste Metallwerkstoff hat.

3. Verdichter gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Metallwerkstoff Aluminium oder eine Aluminiumlegierung ist.

4. Verdichter gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Metallwerkstoff Magnesium oder eine Magnesiumlegierung ist.

5. Verdichter gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Verdichter ein Verdichter der Kolbenbauart ist, und das erste Bauteil ein Zylinderblock ist, das innen einen Kolhen aufnimmt.

6. Verdichter gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Verdichter ein Verdichter der Kolbenbauart ist, wobei das zweite Bauteil ein Gehäuse ist, das mit einem Zylinderblock gepaart ist.

7. Verdichter gemäß Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest entweder eine Saugkammer oder eine Ausstoßkammer in dem Gehäuse vorgesehen ist.

8. Verdichter gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Weißruß aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Siliziumanhydrid, Siliziumhydrat, synthetischem Silikat und einer Mischung davon gebildet ist.

9. Verdichter gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Weißruß mit einem Betrag von im wesentlichen 50 Gew.-% des elastischen Materials vorhanden ist.

10. Verdichter gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das elastische Isolationselement schwarzen Kohlenstoff bzw. Ruß enthält.

11. Verdichter gemäß Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der schwarze Kohlenstoff mit einem Betrag von im wesentlichen 10 Gew.-% oder weniger des elastischen Materials vorhanden ist.

12. Verdichter gemäß Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der schwarze Kohlenstoff mit einem Betrag von im wesentlichen 5 Gew.-% oder weniger von dem elastischen Material vorhanden ist.