DE10255680B4

DE10255680B4 - Axialkolbenverdichter, insbesondere CO 2-Verdichter für Fahrzeug-Klimaanlagen mit geteiltem Zylinderkopf

Info

Publication number: DE10255680B4
Application number: DE10255680A
Authority: DE
Inventors: Otfried Schwarzkopf
Original assignee: Valeo Compressor Europe GmbH
Current assignee: Valeo Compressor Europe GmbH
Priority date: 2002-11-28
Filing date: 2002-11-28
Publication date: 2008-07-31
Anticipated expiration: 2022-11-29
Also published as: DE10255680A1; FR2847953B1; FR2847953A1

Abstract

Axialkolbenverdichter, insbesondere CO₂-Verdichter für Fahrzeug-Klimaanlagen, bestehend aus
– einem einen Triebwerksraum begrenzenden Gehäuse (38a),
– einem Zylinderblock (38b),
– einem Kavitäten (40, 41) für Saug- und Druckgas aufweisenden Zylinderkopf (39), und
– einer zwischen Zylinderkopf und Zylinderblock angeordneten Ventilplatte,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Zylinderkopf (39) wenigstens zweiteilig ausgebildet ist, wobei der eine, dem Zylinderblock zugewandte Teil (21) die Kavitäten (40, 41) für Saug- und Druckgas umfasst und aus einem hochfesten Material, insbesondere Stahl bzw. einer Stahllegierung hergestellt ist, während der andere, dem Zylinderblock abgewandte Teil (22) aus einem leichteren und insbesondere leicht bearbeitbaren Material, wie Aluminium, Leichtmetall oder temperaturfestem Kunststoff besteht.

Description

Die Erfindung betrifft einen Axialkolbenverdichter, insbesondere CO₂-Verdichter, für Fahrzeug-Klimaanlagen, bestehend aus

– einem einen Triebwerksraum begrenzenden Gehäuse,
– einem Zylinderblock, und
– einem Kavitäten für Saug- und Druckgas aufweisenden Zylinderkopf.

Derartige Axialkolbenverdichter sind allgemein bekannt. Sie bestehen entweder aus Leichtmetall, insbesondere Aluminium, oder aus Stahl. Ein Beispiel für die letztgenannte Ausführungsform zeigt die DE 198 33 604 A1 , von der in 5 ein Längsschnitt dargestellt ist. Dementsprechend besteht der bekannte Axialkolbenverdichter aus einem Zylinderkopf 4 mit Sauggas- und Druckgasanschlüssen, einem Zylinderblock 14 mit mehreren gleichmäßig über den Umfang einer Verdichterlängsachse 8 angeordneten Zylindern 16, in denen Kolben 9 axial hin- und herverschiebbar gelagert sind, und einem Gehäuse 3, welches – da aus Stahl hergestellt – relativ dünnwandig ausgebildet ist. An der dem Zylinderkopf 4 abgewandten Stirnseite des Gehäuses 3 ist dieses durch einen Deckel 17 verschlossen, durch den sich eine Antriebswelle 7 hindurcherstreckt. Die Antriebswelle 7 ist über eine elektromagnetische Kupplung mit einer Antriebsscheibe 6 koppelbar. Des weiteren ist die Antriebswelle 7 innerhalb des Gehäuses 3 mit einem Taumelscheibenmechanismus verbunden. Dieser besteht aus einer mit der Antriebswelle 7 drehverbundenen Schrägscheibe 10. Relativ zur Schrägscheibe 10 ist eine Taumelscheibe 12 drehbar gelagert, und zwar über Axiallager 11 einerseits und Radiallager 18 andererseits. Die Taumelscheibe 12 ist über Kolbenstangen 13 mit den Kolben 9 verbunden. Das Gehäuse 3 begrenzt einen Triebwerksraum 5, innerhalb dem der vorgenannte Taumelscheibenmechanismus angeordnet ist. Abhängig vom Betrieb des Kompressors ist die Schrägscheibe 10 mehr oder weniger stark gegenüber der Antriebswelle 7 geneigt.
Da es sich hierbei um einen an sich bekannten Mechanismus handelt, bedarf es hier keiner näheren Erläuterung. Zwischen Zylinderkopf 4 und Zylinderblock 14 ist noch eine Ventilplatte 15 angeordnet. Zylinderblock 14 und Ventilplatte 15 befinden sich innerhalb des Gehäuses 3. Deckel 17, Gehäuse 3 und Zylinderkopf 4 werden durch mehrere gleichmäßig über den Umfang verteilt angeordnete Verbindungsschrauben 19 zusammengehalten. Der Zusammenhalt von Zylinderblock 14, Ventilplatte 15 und Zylinderkopf 4 erfolgt durch gesonderte Verbindungsschrauben 20.
Dadurch, dass Gehäuse und Zylinderkopf aus Stahl gefertigt sind, eignet sich der beschriebene Verdichter besonders gut für die CO₂-Kältemittelanwendung. CO₂-Dichter zeichnen sich durch hohe Betriebstemperaturen und Betriebsdrücke aus. Diesem CO₂-spezifischen Parametern kann der aus Stahl gefertigte Kompressor langfristig widerstehen. Vor allem treten bei solchen CO₂-Verdichtern hohe Differenzdrücke zwischen der Saug- und der Druckseite einerseits und auch dem Triebwerksraum andererseits auf. Diesen hohen Differenzdrücken kann der aus Stahl gefertigte Verdichter gut standhalten.
R134a-Verdichter bestehen vorzugsweise aus Aluminiumwerkstoffen, die eine geringere Festigkeit besitzen und auch nur niedrigeren Temperaturen standhalten können. Für R134a als Kältemittel ist die Standfestigkeit von Aluminium ausreichend. Dabei ist jedoch zu bedenken, dass bereits ab 100°C von einer deutlich verringerten Festigkeit von Aluminium ausgegangen werden muß. Dementsprechend sollten Verdichter aus Aluminium nicht über 100°C hinaus belastet werden. Die Festigkeit von Aluminium bei Temperaturen ab 150°C erreicht nur noch Werte von etwa 20 bis maximal 60% der Festigkeit bei Raumtemperatur. Da es bei Verdichtern für Fahrzeug-Klimaanlagen sehr häufig zu relativ hohen Druck- und Temperaturschwankungen kommt, muß selbst bei R134a-Verdichtern hochwertiges Aluminium verwendet werden, um den vorgenannten Schwankungen standhalten zu können. Aus diesem Grunde wird zunehmend Stahl als Werkstoff für Axialkolbenverdichter der hier fraglichen Art verwendet.
Es ist auch noch zu bedenken, dass der Zylinderkopf eines CO₂-Verdichters eine Vielzahl von Kanälen und Einbauteilen aufweist, die die Herstellung des Zylinderkopfes entsprechend verteuert. Folgende Bauteile/Funktionen müssen in einem Zylinderblock in der Regel integriert werden:

– (A) ein (oder zwei) Regelventile mit korrespondierenden Gasführungskanälen
– (B) eine Ölabscheidevorrichtung
– (C) Sauggasanschluß und Druckgasanschluß
– (D) Sicherheitsvorkehrungen, wie z. B. Berstscheiben oder Abblasventile
– (E) (differenz)druckabhängiges Absperrventil (check valve) auf der Saug- und/oder Hochdruckseite für das Anfahren des Verdichters
– (F) Überströmventil zwischen Saug- und Druckseite, etc.
– (G) Befestigung/Halter

Aus der DE 100 37 659 A1 ist ebenfalls ein Axialkolbenverdichter bekannt, dessen Zylinderkopf aus Stahl hergestellt ist. Über eine Ringmutter wird der Zylinderkopf in das zylindrische oder topfförmige Gehäuse eingepasst und eingeschraubt. Auch ist es denkbar, den Zylinderkopf als Ganzes in das Gehäuse einzuschrauben. Zu diesem Zweck müssen das Gehäuse und der Zylinderkopf miteinander korrespondierende Innen- und Außengewinde aufweisen.
Die DE 35 34 289 A1 zeigt eine Kleinkältemaschine mit einem Zylinderkopf bestehend aus einem Deckel aus Aluminium-Druckguß und einer zwischen diesem und einem Zylinderblock angeordneten Ventilplatte aus Gußeisen. Die Kavitäten, nämlich Druckgaskammer und Sauggaskammer, befinden sich im Deckel.
Es sei auch noch darauf hingewiesen, dass insbesondere bei CO₂-Verdichtern eine Isolation zwischen der Sauggas- und Druckgasseite vorgesehen wird, um einen übermäßigen Wärmeaustausch zwischen diesen beiden Seiten zu vermeiden. Vor allem soll das Sauggas nicht unnötig durch das Druckgas vorgewärmt werden; denn darunter würde die Effizienz des Verdichters nicht unbeträchtlich leiden. Die vorgenannte Isolierung erfolgt in Form einer Wand-Beschichtung. Dabei hat sich Stahl als Untergrund für eine solche Beschichtung sehr vorteilhaft erwiesen. Aluminiumwerkstoffe sind dafür weniger geeignet.
Die bekannten Ausführungsformen, bei denen Stahl verwendet wird, zeichnen sich dadurch aus, dass praktisch sämtliche Teile, insbesondere der gesamte Zylinderkopf aus Stahl hergestellt ist mit der Folge eines relativ hohen Verdichter-Gewichts.
Aufgrund der Vielzahl von Kanälen und Bauteilen im Zylinderkopf muß dieser entsprechend bearbeitet werden (Bohren, Fräsen, Gewindeschneiden, etc.). Da Stahl schwieriger zu bearbeiten ist als Aluminium, wäre es wünschenswert, auch bei einem CO₂-Verdichter leichter bearbeitbares Aluminium für den Zylinderkopf zu verwenden.
Zur Vereinfachung der Herstellung wäre es außerdem wünschenswert, wenn der Zylinderkopf in einem sogenannten Urformverfahren, wie Schmieden, Pressen oder Gießen hergestellt werden könnte. Um eine höhere Festigkeit zu erreichen, ist es vorteilhaft, wenn der Zylinderkopf durch Schmieden oder Pressen hergestellt wird. Nur ist dann wiederum eine spanabhebende Nachbearbeitung erforderlich, die entsprechende Bearbeitungskosten zur Folge hat.
Schließlich wird angestrebt, für den Zylinderkopf ein Material einzusetzen, welches eine geringe Wärmeleitfähigkeit aufweist. Stahllegierungen, die eine solche Eigenschaft besitzen, sind in der Regel schwer zu bearbeiten.
Der vorliegenden Erfindung liegt also die Aufgabe zugrunde, zur Vermeidung der vorgenannten Nachteile herkömmlicher Zylinderköpfe einen Kompromiss vorzuschlagen, der sich sowohl durch leichte Bearbeitung einerseits als auch ausreichend hohe Festigkeit andererseits auszeichnet und der darüber hinaus gewichtssparend ist.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruches 1 gelöst, wobei vorteilhafte Details in den Unteransprüchen beschrieben sind.
Der Kern der vorliegenden Erfindung besteht also darin, einen Zylinderkopf aus wenigstens zwei Teilen bereitzustellen, wobei derjenige Teil, der Kavitäten mit großem Volumen umfasst, wie Sauggas- und Druckgaskammer, aus Stahl oder einer Stahllegierung besteht, während der andere Teil des Zylinderkopfes, in dem nur kleine Kavitäten vorgesehen sind, wie Gasführungskanäle für die Regelung, Befestigungen und Anschlüsse sowie Gewinde für Regelventile, Sicherheitseinrichtungen oder dergleichen, aus einem Material besteht, welches weniger fest, jedoch leichter bearbeitbar ist. Vorzugsweise besteht dieser andere Teil aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung.
Stahl repräsentiert einen Werkstoff hoher Festigkeit, die auch bei hohen Temperaturen sichergestellt ist. Aluminium dagegen ermöglicht in erster Linie eine gute Bearbeitbarkeit, insbesondere spanende Bearbeitung. Die Festigkeit des aus Aluminium hergestellten Zylinderkopfteils ist natürlich geringer als die des aus Stahl hergestellten Teils. Da der aus Aluminium oder dergleichen Leichtmetall oder auch temperaturfestem Kunststoff hergestellte Teil des Zylinderkopfs nur kleine Kavitäten aufweist, kommt es auf die Festigkeit dieses Teils weniger an. Insbesondere muß der die größeren Kavitäten umfassende Teil dauerhaft fest sein, und zwar auch bei höheren Temperaturen von bis zu 200 bis 250°C.
Bevorzugt ist eine Stahl-Aluminium-Kombination. Es ist jedoch auch denkbar, eine Kombination Stahl/Stahl oder Aluminium/Aluminium, wobei dann entsprechende Legierungen dieser beiden Werkstoffe auszuwählen sind derart, dass der eine Werkstoff leichter zu bearbeiten ist, während sich der andere Werkstoff durch eine höhere Festigkeit auszeichnet.
Bei einer besonders einfachen Konstruktion sind die beiden den Zylinderkopf bildenden Teile miteinander verschraubt, und zwar entweder unmittelbar oder mittelbar durch gesonderte Verbindungsschrauben ähnlich wie bei der Ausführungsform nach 5. Alternativ ist es auch denkbar, dass die beiden Teile des Zylinderkopfes miteinander verschweißt, insbesondere reibverschweißt sind. Auch ist eine Verklebung der beiden vorgenannten Teile möglich.
Bei Anwendung einer Schraubverbindung erfolgt diese vorzugsweise unter Zwischenschaltung einer gesonderten Fluiddichtung, insbesondere elastomerbeschichteten Metallsickendichtung.
Der aus hochfestem Material, wie z. B. Stahl oder einer Stahllegierung hergestellte Teil des Zylinderkopfes ist vorzugsweise als Schmiedeteil ausgebildet, während der andere Teil ein Guß- oder Pressteil sein kann. Das Schmiedeteil kann so gefertigt werden, dass eine Nachbearbeitung, insbesondere spanabhebende Nachbearbeitung entfällt.
Bei einer Ausführungsform, bei der der aus hochfestem Material hergestellte Teil des Zylinderkopfes mit dem Gehäuse schraubverbunden ist, ist es möglich, ohne Unterlegscheiben auszukommen; denn sowohl der vorgenannte Teil des Zylinderkopfes als auch die Verbindungsschrauben bestehen aus gleich hochfestem Material, so dass selbst bei hohen Anzugsmomenten eine Materialverformung ausscheidet.
Nachstehend wird eine bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verdichters, insbesondere eines erfindungsgemäß ausgebildeten Zylinderkopfes anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
1a einen erfindungsgemäß ausgebildeten Zylinderkopf in Explosionsdarstellung, und zwar von der Triebwerkskammerseite her gesehen;
1b den Zylinderkopf gemäß 1a ebenfalls in Explosionsdarstellung, jedoch von der Oberseite des Zylinderkopfes aus gesehen;
2 den hochfesten Teil eines Zylinderkopfes gemäß den 1a, 1b in perspektivischer Ansicht;
3 einen Axialkolbenverdichter mit erfindungsgemäßem Zylinderkopf in perspektivischer Ansicht;
4a den Zylinderkopf entsprechend 1b unter zusätzlicher Darstellung der Gehäuse-Verbindungsschrauben; und
4b den Zylinderkopf entsprechend der Darstellung gemäß 1a, ebenfalls unter Darstellung der Gehäuse-Verbindungsschrauben.
Der in den 1a und 1b dargestellte Zylinderkopf besteht aus zwei Teilen, nämlich einem der Triebwerkskammer zugewandten Teil 21 und einem äußeren Teil 22, wobei diese beiden Teile durch Verbindungsschrauben 44 miteinander verbindbar sind, und zwar unter Zwischenschaltung einer elastomerbeschichteten Metallsickendichtung 23. Der Teil 21 des Zylinderkopfes, der eine Druckgaskammer 41 sowie Sauggaskam mer 40 umfaßt, besteht aus Stahl oder einer Stahllegierung, d. h. hochfestem Material. Vorzugsweise wird der Teil 21 als Schmiedeteil zur Verfügung gestellt, welches nur noch geringfügig bearbeitet werden muß, und zwar vorzugsweise nur noch in axialer Richtung unter Ausbildung von

– mehreren, hier 14 über den Umfang verteilt angeordneten Bohrungen 37 für Gehäuse-Befestigungsschrauben,
– einer ovalen Bohrung 30 zur tangentialen Anströmung eines Zentrifugal-Ölabscheiders zur Trennung von Öl und Druckgas (zum Druckgasanschluß des Verdichters),
– einer nierenförmigen Öffnung 31 zum Eintritt von Sauggas in eine zentrale Kammer,
– drei kleinen Bohrungen 32 (mit einem Durchmesser von etwa 2 mm) zur Beaufschlagung von Regelventilen mit den drei Druckniveaus „Hochdruck", „Saugdruck" und „Triebwerksraumdruck",
– einer Bohrung 33 zur Rückführung abgeschiedenen Öls (einschließlich Sitz für Drosselstelle des Öls, Filter etc.),
– Bohrungen 34 für eine Verstiftung im Flanschbereich, und
– Gewindebohrungen, hier vier Gewindebohrungen 36 für die Befestigungsschrauben 44, mittels denen die beiden Zylinderkopfteile 21, 22 miteinander verbunden werden.

Die Metallsickendichtung 23 weist drei große Öffnungen 24, 25 und 26 auf, die neben einer Materialeinsparung und Einstellung der Pressung auf den Stegen keine weitere Funktion übernehmen, insbesondere keine zu dichtenden Volumina einschließen. Ansonsten sind lediglich relativ kleine Öffnungen und Durchbrüche zwischen den beiden Zylinderkopfteilen abzudichten, und zwar die folgenden Bohrungen und Öffnungen des Zylinderkopfteils 21:

– Gewindebohrungen 36,
– Druck-Beaufschlagungsbohrungen 32,
– nierenförmigen Öffnung 31,
– ovale Bohrung 30.

Die entsprechenden Bohrungen und Öffnungen befinden sich im übrigen auch an der dem Zylinderkopfteil 21 zugewandten Seite des äußeren Zylinderkopfteils 22, welches aus leicht bearbeitbarem Material, insbesondere Aluminium oder einer Aluminiumlegierung besteht. Dieser Zylinderkopfteil 22 umfaßt eine Vielzahl von kleineren Kavitäten zur Ausbildung von Gasführungskanälen oder für den Einbau von Ventilen oder dergleichen. Da die Bearbeitung des dafür verwendeten Materials relativ leicht und einfach ist, stellt die Ausbildung auch komplizierterer, ineinander übergehender Kavitäten keine besondere Schwierigkeit dar. Da der Zylinderkopfteil 21 als relativ dünne Scheibe ausgebildet ist, sind die in diesem Bauteil ausgebildeten Axialdurchgänge und -bohrungen relativ kurz mit der Folge entsprechend kurzer Arbeitsvorgänge. Die erwähnten Bohrungen und Durchgänge lassen sich sehr einfach auf einem Bearbeitungszentrum herstellen.
Wie der 1a noch entnommen werden kann, sind die die Sauggaskammer einerseits und Druckgaskammer andererseits definierenden bzw. begrenzenden Kavitäten jeweils ringförmig ausgebildet. Sie sind insbesondere durch einen ringförmigen Steg 27 voneinander getrennt.
Wie bereits oben dargelegt, sind lediglich kleine Öffnungen und Durchgänge zwischen den beiden Zylinderkopfbauteilen gegenüber der äußeren Umgebung abzudichten. Dementsprechend gering ist die Gesamtlänge der erforderlichen Dichtkanten bzw. -sicken mit der Folge einer entsprechend geringen Gefahr von Leckagen. Statt einer elastomerbeschichteten Metallsickendichtung 23 können auch andere Dichtungen verwendet werden, wie z. B. elastomer- oder PTFE-beschichtete Metallringe, insbesondere C- oder O-Ringe.
Wie bereits oben ausgeführt, kann auf der Anordnung einer Dichtung 23 zwischen den beiden Zylinderkopfteilen ganz verzichtet werden, wenn diese unmittelbar fluiddicht miteinander verbunden werden, z. B. durch Reib- oder Magnetpulsschweißen oder durch Kleben.
Grundsätzlich ist es auch denkbar, beide Zylinderkopfteile aus demselben Grundmaterial herzustellen, wobei natürlich die Legierungen unterschiedlich sind, und zwar so, dass der äußere Zylinderkopfteil leichter zu bearbeiten ist als der dem Triebwerksraum näherliegende Teil. Das Material des dem Triebwerksraum näherliegenden Zylinderkopfteil muß sich natürlich durch eine ebenso hohe Festigkeit auszeichnen wie Stahl.
Der Triebwerksraum-nähere Zylinderkopfteil wird – wie bereits erwähnt – vorzugsweise auch hochfestem Stahl geschmiedet, während der äußere Zylinderkopfteil vorzugsweise gegossen wird, und zwar aus Aluminium oder einer ähnlichen Leichtmetalllegierung. Grundsätzlich ist es natürlich auch denkbar, den äußeren Teil des Zylinderkopfes zu schmieden oder zu pressen.
Denkbar ist es, den Flanschbereich des Zylinderkopfes bzw. den Triebwerksraum-näheren Teil desselben axial weiter zu erstrecken derart, dass eine Ventilplatte zumindest teilweise von diesem Teil umschlossen ist. Dabei ist vorgesehen, dass der entsprechende Zylinderkopfbauteil direkt an den Zylinderblock angeflanscht wird und somit zwischen dem Zylinderkopf und den Zylinderblock nur eine Dichtung nach außen hin notwendig wird. In diesem Zusammenhang sind folgende drei Varianten denkbar:

– die Baugruppe Ventilplatte liegt in einer „Tasche" des Zylinderblocks,
– die Baugruppe Ventilplatte liegt in einer „Tasche" des Zylinderkopfes, oder
– die Baugruppe Ventilplatte liegt in zwei „Taschen" beider Bauteile.

In einer Außenansicht des Verdichters 28 entsprechend 3 ergibt sich in jedem dieser drei Fälle nur eine einzige Dichtstelle 29 nach außen hin, wie 3 deutlich erkennen lässt. Eine weitere Dichtstelle wird durch die Metallsickendichtung 23 zwischen den beiden Zylinderkopfteilen 21, 22 definiert.
Im übrigen wird angestrebt, dass die Teile 21, 22 mit minimierten Kontaktflächen aneinanderliegen, z. B. nur lokal an bestimmten Stellen, d. g. quasi „auf Stelzen". Die entsprechenden Stellen sind dann z. B. Dichtstellen und die Bereiche der Verschraubungen; dazwischen kann ausgespart werden.
3 läßt im übrigen noch die Schraubköpfe der Gehäusebefestigungsschrauben 35 sehr gut erkennen, mittels denen der Triebwerkskammer-nähere Teil 21 des Zylinderkopfes unmittelbar mit dem Gehäuse 38 des Verdichters 28 verbunden ist. Die Zuord nung der Gehäuseverbindungsschrauben 35 zu dem Zylinderkopfteil 21 zeigen im übrigen noch sehr deutlich die 4a und 4b.
Grundsätzlich wäre es auch denkbar, mittels der Gehäusebefestigungsschrauben 35 auch die beiden Zylinderkopfteile 21, 22 miteinander zu verbinden. Bei der dargestellten Ausführungsform ist dies jedoch nicht der Fall. Vielmehr ist dort der äußere Zylinderkopfteil 22 mittels gesonderter Schrauben 44 am Triebwerkraum-näheren Zylinderkopfteil 21 befestigt.
Da sowohl die Gehäusebefestigungsschrauben 35 als auch der Zylinderkopf 21 aus demselben hochfesten Material, insbesondere Stahl, bestehen, kann auf Unterlegscheiben zwischen den Schraubenköpfen einerseits und dem Zylinderkopfteil 21 andererseits verzichtet werden, wodurch das Gesamtgewicht des Verdichters entsprechend reduziert wird.
Darüber hinaus darf noch darauf hingewiesen werden, dass durch die Verschraubung des Zylinderkopfteils 21 mit dem Gehäuse 38 des Verdichters 28 die Gehäusebefestigungsschrauben 35 etwas kürzer ausgebildet werden können als bei einem herkömmlichen Verdichter, wie er z. B. anhand der 5 dargestellt ist. Auch dadurch ergibt sich eine zusätzliche Gewichtsersparnis.
Dadurch, dass der die größeren Kavitäten umfassende Zylinderkopfteil 21 vorzugsweise aus Stahl besteht, kann die Saugseite von der Druckseite relativ einfach voneinander isoliert werden durch entsprechende Isolationsbeschichtung der Begrenzungswand zwischen diesen beiden Kavitäten. Stahl eignet sich für eine entsprechende Beschichtung besonders gut, wie eingangs bereits erwähnt. Im übrigen zeichnet sich die zweiteilige Ausführungsform des Zylinderkopfes gegenüber einer einteiligen Ausführungsform auch durch eine vergrößerte Gesamtoberfläche aus mit dem Vorteil eines höheren Wärmeaustauschgrades mit der äußeren Umgebung. Dementsprechend besser ist die Wärmeabfuhr, wodurch die Effizienz des Verdichters insgesamt gefördert wird.
Wie bereits erwähnt, ist es wichtig, den Wärmeaustausch zwischen der Saugseite und der Druckseite so gering wie möglich zu halten. Dieses Ziel kann unter anderem auch dadurch erreicht werden, dass ein geeigneter Stahlwerkstoff für den Zylinderkopfteil 21 verwendet wird, d. h. ein Werkstoff mit besonders geringer Wärmeleitfähigkeit. So weist z. B. die Stahllegierung 18 CrNi8 eine Wärmeleitfähigkeit von 40 W/mK (demgegenüber Baustahl ca. 50 W/mK) auf. Die Wärmeleitfähigkeit der Stahllegierung X40CrMoV-1 besitzt eine Wärmeleitfähigkeit von nur etwa 20 W/mK. Die Legierung X5CrNi18 10 (V2A) besitzt eine Wärmeleitfähigkeit von sogar nur etwa 16 W/mK. Diese Werkstoffe sind also für den Zylinderkopfteil 21 besonders gut geeignet, wobei sich diese Werkstoffe auch noch durch eine hohe Zugfestigkeit auszeichnen. Auch ist die Neigung zu Korrosion sehr gering. Diese Vorteile wiegen den Nachteil einer schlechteren spanenden Bearbeitbarkeit auf. Andererseits soll der Zylinderkopfteil 21 so hergestellt werden, dass eine spanende Nachbearbeitung möglichst vermieden wird. Lediglich die erwähnten Axialdurchgänge und -bohrungen sind erforderlich bzw. müssen nachbearbeitet werden. Da die Länge dieser Durchgänge und Bohrungen relativ kurz ist, kann der Nachteil einer schwierigeren spanenden Bearbeitung hingenommen werden.
Im übrigen wird als Isolation zwischen der Saug- und Druckseite vorzugsweise eine Polytetrafluorethylen-Beschichtung (PTFE-Beschichtung) vorgeschlagen. Diese Beschichtung hält auf Stahl oder einer Stahllegierung besonders gut.

Im Zusammenhang mit den Bauteilmassen lässt sich im Vergleich zum Stand der Technik zur erfindungsgemäßen Ausbildung folgendes sagen:

	Gewicht
Zylinderkopf gemäß Stand der Technik nach Abbildung 5 aus Stahl	ca. 1380 g
Zylinderkopf gemäß Stand der Technik aus Aluminium	ca. 480 g
Zylinderkopfteil 22 aus Aluminium	ca. 250 g
Zylinderkopfteil 21 aus Stahl	ca. 440 g
Elastomerbeschichtete Metallsickendichtung 23	ca. 10 g
Befestigungsschrauben 44 zwischen den Teilen 21 und 22 Gewichtseinsparung durch Verkürzung	ca. 25 g
der Gehäusebefestigungsschrauben 35	ca. –65 g
Verzicht auf Unterlegscheiben (Gewichtsreduzierung)	ca. –35 g
Zweiteiliger Zylinderkopf Aluminium/Stahl (Gesamtgewicht)	ca. 625 g.

Die obige Darstellung lässt erkennen, dass nur mit einem etwas erhöhten Gewicht gegenüber einem Zylinderkopf aus Aluminium sämtliche Vorteile eines Zylinderkopfes aus Stahl einerseits sowie sämtliche Vorteile eines Zylinderkopfes aus Aluminium andererseits erzielt werden. Gegenüber einem reinen Stahl-Zylinderkopf lässt sich immerhin eine Gewichtsersparnis um mehr als 50% erzielen. Der aus zwei Teilen 21, 22 bestehende Zylinderkopf gemäß Erfindung ist in den 1a und 1b mit der Bezugsziffer 39 gekennzeichnet.
Unter Bezugnahme auf die Bauteile/Funktionen, die herkömmlich ein Zylinderkopf umfasst, insbesondere die in der Beschreibungseinleitung erwähnten Bauteile/Funktionen (A) bis (G), sei darauf hingewiesen, dass diese auf die Teile 21, 22 der vorliegenden Erfindung vorzugsweise wie folgt aufgeteilt werden: Alternative 1:

Teil 21: (F) in Bezug auf die Saug- und Druckkammern 40 bzw. 41

Teil 22: (A) bis (E) und (G)

Anm.: dargestelltes Ausführungsbeispiel

Alternative 2:

Teil 21: (B) bis (G)

Teil 22: nur (A)

Anm.: Teil 22 ist dann praktisch nur ein „control block".

Alternative 3:

Teil 21: (B), (D) bis (G)

Teil 22: (A) und (C) – Sauggasanschluß

Anm.: Sauggas-gefüllter „control block".
Alternative 4:

wie Alternative 1, aber Befestigung/Halter (G) in Teil 21 integriert, da festigkeitsrelevant.

1: Taumelscheibenmechanismus
2: Verdichter
3: Gehäuse
4: Zylinderkopf
5: Triebwerksraum
6: Antriebsscheibe
7: Antriebswelle
8: Längsachse
9: Kolben
10: Schrägscheibe
11: Axiallager
12: Taumelscheibe
13: Kolbenstange
14: Zylinderblock
15: Ventilplatte
16: Zylinder
17: Gehäusedeckel
18: Radiallager
19: Verbindungsschraube
20: Verbindungsschraube
21: Triebwerksraum-näherer Teil des Zylinderkopfes
22: äußerer Teil des Zylinderkopfes
23: Metallsickendichtung
24: Öffnung
25: Öffnung
26: Öffnung
27: Steg
28: Verdichter
29: Dichtstelle
30: ovale Bohrung bzw. Langlochbohrung
31: nierenförmige bzw. auch tropfenförmige Öffnung
32: Bohrung
33: Bohrung
34: Bohrung für Verstiftung
35: Gehäusebefestigungsschraube
36: Gewindebohrung
37: Bohrung
38a: Zylinderblock
38b: Gehäuse
39: Zylinderkopf
40: Sauggaskammer
41: Druckgaskammer
44: Verbindungsschraube

Claims

Axialkolbenverdichter, insbesondere CO₂-Verdichter für Fahrzeug-Klimaanlagen, bestehend aus – einem einen Triebwerksraum begrenzenden Gehäuse (38a), – einem Zylinderblock (38b), – einem Kavitäten (40, 41) für Saug- und Druckgas aufweisenden Zylinderkopf (39), und – einer zwischen Zylinderkopf und Zylinderblock angeordneten Ventilplatte, dadurch gekennzeichnet, dass der Zylinderkopf (39) wenigstens zweiteilig ausgebildet ist, wobei der eine, dem Zylinderblock zugewandte Teil (21) die Kavitäten (40, 41) für Saug- und Druckgas umfasst und aus einem hochfesten Material, insbesondere Stahl bzw. einer Stahllegierung hergestellt ist, während der andere, dem Zylinderblock abgewandte Teil (22) aus einem leichteren und insbesondere leicht bearbeitbaren Material, wie Aluminium, Leichtmetall oder temperaturfestem Kunststoff besteht.
Verdichter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden den Zylinderkopf (39) bildenden Teile (21, 22) miteinander verschraubt sind, und zwar entweder unmittelbar oder mittelbar durch gesonderte Verbindungsschrauben (44).
Verdichter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Teile (21, 22) des Zylinderkopfes (39) entweder unmittelbar fluiddicht aneinander Hegen, insbesondere miteinander verklebt oder verschweißt (z. B. Reibschweißung) sind, oder alternativ unter Zwischenschaltung einer gesonderten Fluiddichtung, insbesondere elastomerbeschichteten Metallsickendichtung (23) miteinander verbunden sind.
Verdichter nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der aus hochfestem Material hergestellte Teil (21) des Zylinderkopfes (39) als heiß oder kalt verformtes Teil, insbesondere Schmiedeteil ausgebildet ist, während der andere Teil (22) ein Guß- oder Pressteil ist.
Verdichter nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der aus hochfestem Material hergestellte Teil (21) des Zylinderkopfes (39) mit dem Gehäuse (38) schraubverbunden ist, und zwar entweder unter Zwischenschaltung von Zylinderblock und einer Ventilplatte oder unter Einschluß eines dieser oder beider Teile so, dass zwischen Zylinderkopf (39) und Gehäuse (38) nur eine Dichtfläche (29) vorhanden ist.
Verdichter nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der aus hochfestem Material hergestellte Teil (21) des Zylinderkopfes (39) aus Stahl mit einer Wärmeleitfähigkeit λ < 40 W/mK, insbesondere einer Chrom-Molybdän- oder Chrom-Nickel-Stahllegierung besteht.