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WO2019072721A1 - Ölfreier kompressor - Google Patents

Ölfreier kompressor Download PDF

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WO2019072721A1
WO2019072721A1 PCT/EP2018/077188 EP2018077188W WO2019072721A1 WO 2019072721 A1 WO2019072721 A1 WO 2019072721A1 EP 2018077188 W EP2018077188 W EP 2018077188W WO 2019072721 A1 WO2019072721 A1 WO 2019072721A1
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WO
WIPO (PCT)
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piston
liner layer
layer
compressor according
cylinder
Prior art date
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Ceased
Application number
PCT/EP2018/077188
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English (en)
French (fr)
Inventor
Zeynep Kara
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mahle International GmbH
Original Assignee
Mahle International GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Mahle International GmbH filed Critical Mahle International GmbH
Publication of WO2019072721A1 publication Critical patent/WO2019072721A1/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04B—POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
    • F04B39/00—Component parts, details, or accessories, of pumps or pumping systems specially adapted for elastic fluids, not otherwise provided for in, or of interest apart from, groups F04B25/00 - F04B37/00
    • F04B39/0005—Component parts, details, or accessories, of pumps or pumping systems specially adapted for elastic fluids, not otherwise provided for in, or of interest apart from, groups F04B25/00 - F04B37/00 adaptations of pistons
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04B—POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
    • F04B39/00—Component parts, details, or accessories, of pumps or pumping systems specially adapted for elastic fluids, not otherwise provided for in, or of interest apart from, groups F04B25/00 - F04B37/00
    • F04B39/04—Measures to avoid lubricant contaminating the pumped fluid
    • F04B39/041—Measures to avoid lubricant contaminating the pumped fluid sealing for a reciprocating rod
    • F04B39/042—Measures to avoid lubricant contaminating the pumped fluid sealing for a reciprocating rod sealing being provided on the piston
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05C—INDEXING SCHEME RELATING TO MATERIALS, MATERIAL PROPERTIES OR MATERIAL CHARACTERISTICS FOR MACHINES, ENGINES OR PUMPS OTHER THAN NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES
    • F05C2203/00—Non-metallic inorganic materials
    • F05C2203/08—Ceramics; Oxides
    • F05C2203/0865—Oxide ceramics
    • F05C2203/0882—Carbon, e.g. graphite
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05C—INDEXING SCHEME RELATING TO MATERIALS, MATERIAL PROPERTIES OR MATERIAL CHARACTERISTICS FOR MACHINES, ENGINES OR PUMPS OTHER THAN NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES
    • F05C2225/00—Synthetic polymers, e.g. plastics; Rubber
    • F05C2225/04—PTFE [PolyTetraFluorEthylene]

Definitions

  • the present invention relates to an oil-free compressor having at least one piston guided in an associated cylinder.
  • Compressors are widely known from the prior art, in particular in the field of turbochargers, for example, and can generally be found in
  • oil-lubricated and so-called oil-free compressors are divided.
  • pistons are generally already made with films stuck in particular in a shaft region
  • the present invention therefore deals with the problem of overcoming the disadvantages known from the prior art.
  • the present invention is based on the general idea of considering and completely optimizing the entire tribological system in an oil-free compressor for the first time by tribologically optimizing both a cylinder surface, a piston ring of an adjustable piston and the piston itself.
  • the oil-free compressor according to the invention in this case has at least one in an associated cylinder translationally adjustable piston, which in turn has at least one piston ring and a piston skirt.
  • At least the piston skirt of the piston has a sliding layer with a polymer from the group PAI (polyamide-imide), epoxy compounds, PEEK (polyetheretherketone), PEK (polyetherketone), PEKK (polyetherketone ketone), PAEK (polyaryletherketone), a solid lubricant from the group graphite, MoS 2 (molybdenum disulfide), WS 2 (tungsten disulfide), hBN (hexagonal boron nitride), PTFE (polytetrafluoroethylene) and ZnS (zinc sulfide) as well as hard material particles like WC (tungsten carbide).
  • PAI polyamide-imide
  • PAI polyamide-imide
  • PAI polyamide-imide
  • PAI polyamide-imide
  • PAI polyamide-imide
  • PAI polyamide-imide
  • PAI polyamide-imide
  • PAI polyamide-imide
  • PAI poly
  • Cylinder is coated with a nickel containing as a main component liner layer.
  • PTFE piston ring and cylinder surface with liner layer not only the friction of the piston in the cylinder can be significantly reduced, but also can now also by the directly applied to the piston shaft sliding layer, the resulting friction at the temperature to can be reduced to 30 K, resulting in a lower friction and less wear of the piston ring and thus its life and the lifetime of the overall system can be significantly increased, since in particular the piston ring is the weakest link in relation to the entire system.
  • Compressor be provided, resulting in a significant cost savings.
  • the sliding layer has a thickness dG of 45 ⁇ ⁇ dG ⁇ 00 ⁇ , preferably of 70 ⁇ ⁇ dG ⁇ 90 ⁇ .
  • the sliding layer according to the invention is thus considerably thinner than previously used PTFE films, which had a thickness of about 300 ⁇ . Due to the thinner sliding layer, which is also applied directly to at least the piston skirt, but also to an entire circumferential surface, including ring portion, of the piston, a lesser clearance between the piston and cylinder can be carried out, resulting in a considerable noise emission reduction.
  • the sliding layer is applied by screen printing.
  • the material of the sliding layer is printed by a fine-meshed fabric on the surface to be printed, wherein it by means of the
  • Screen printing method is particularly possible evenly and evenly coated curved surfaces in the present case.
  • the coating may be in a special
  • the multilayer coating requires special intermediate drying steps, these are with respect to a
  • the liner layer on the cylinder running surface of the cylinder mainly nickel and in particular additionally silicon carbide (SiC).
  • Silicon carbide particles in turn have a high hardness and a high melting point, whereby the wear resistance of the liner layer can be significantly increased.
  • the liner layer about 2 to 6 wt .-% silicon carbide.
  • the liner layer about 2 to 6 wt .-% silicon carbide.
  • silicon carbide is sufficient for the increase of
  • Abrasion resistance without affecting the slip resistance properties of the surrounding nickel matrix of the liner layer would be affected.
  • an intermediate layer is present between the liner layer and the cylinder.
  • Such a pre-nickel layer serves in particular as
  • Adhesive layer for the later applied thereto liner layer may only be necessary due to the process.
  • the liner layer has a center roughness of R a about 0.1 ⁇ , which can be prepared in particular by means of honing.
  • R a a mean roughness value of R a approximately 0.1 ⁇ m
  • This can be a particularly low-wear movement of the piston and in particular the piston ring can be achieved on the liner layer, whereby the life of the piston, the piston ring and thus overall of the compressor can be increased.
  • Fig. 1 is a sectional view through an oil-free invention
  • Fig. 2 is a detail sectional view in the region of the piston skirt of the
  • Fig. 3 is a detail sectional view through a cylinder wall
  • an oil-free compressor 1 has at least one piston 3 that is translationally adjustable in an associated cylinder 2 and that has at least one piston ring 4 and one piston shaft 5.
  • Piston shaft 5 a sliding layer 6 (see also Fig. 2), with a polymer from the group polyamide-imide (PAI), epoxy compounds, PEEK, PEK, PEKK, PAEK and a solid lubricant from the group graphite,
  • PAI group polyamide-imide
  • PEEK epoxy compounds
  • PEK PEK
  • PEKK PEKK
  • PAEK PAEK
  • solid lubricant from the group graphite
  • Molybdenum disulfide MoS 2
  • tungsten disulfide WS 2
  • hBN boron nitride
  • PTFE tungsten disulfide
  • the piston ring 4 is formed of polytetrafluoroethylene (PTFE), and a cylinder barrel surface 7 of the cylinder 2 is provided with a nickel (Ni) as a main component
  • Liner layer 8 (see FIG. 3) coated.
  • the sliding layer 6 in this case has a thickness dG of 45 ⁇ ⁇ dG ⁇ ⁇ , preferably of 70 ⁇ ⁇ dG ⁇ 90 ⁇ (see Fig. 2). This is significantly thinner compared to previously stuck on the piston skirt 5 from the prior art PTFE films, whereby a significantly reduced clearance between the piston 3 and the cylinder 2 is adjustable, whereby the noise emission can be significantly reduced.
  • sliding layer 6 By the direct application of the sliding layer 6 at least on the piston shaft 5, a particularly adhesive-resistant application and, as already mentioned, a significantly lower overall thickness of the sliding layer 6 can be achieved.
  • a possible application form for the sliding layer 6 is the screen printing process, which is not only a high-quality, but also inexpensive application of the sliding layer 6 allows at least the piston shaft 5.
  • the contact angle with water is 126 °. It is also of particular advantage that PTFE is extremely resistant to all bases, alcohols, ketones, gasolines and oils and has operating temperatures of up to 260 °.
  • the liner layer 8 has a thickness di_ of 40 ⁇ ⁇ di_ ⁇ ⁇ , particularly preferably of di_ of about 50 ⁇ . Since the main component of the liner layer 8 is nickel, a highly effective sliding layer for the cylinder surface 7 and thus the cylinders 2 can be created with this. In addition, the
  • this silicon carbide in particular in such a way of silicon carbide particles 10, in a weight percentage of 2-4 wt%.
  • silicon carbide and / or silicon carbide particles 10 are used, which are embedded in the nickel matrix and which have a diameter ds of 1 ⁇ ⁇ ds ⁇ 4 ⁇ , preferably a diameter of ds of about 2.5 ⁇ .
  • the particle diameter ds is thus considerably smaller than the thickness di_ of the liner layer 8 and thus easily integrated into this.
  • an intermediate layer 9 is applied with a thickness dz of 4 ⁇ ⁇ dz ⁇ 40 ⁇ .
  • the cylinder surface 7 is preferably honed, in order to be able to produce a high surface quality.
  • a center roughness of R a of about 0.1 m can be achieved, so that preferably no more processing traces are present.
  • fine-scale hard materials such as e.g. WC
  • Wear resistance of the sliding layer 6 can be increased on the piston 3.
  • the chemical composition of the lubricating varnish or sliding layer 6 enables better heat dissipation via the cylinder wall 7 and thus significantly reduces the operating temperature.
  • a particular advantage is that the layer thickness of the bonded coating or the sliding layer 6 is significantly lower in comparison to the prior art (PTFE films) and thus the temperature removal is simplified.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Compressors, Vaccum Pumps And Other Relevant Systems (AREA)
  • Compressor (AREA)
  • Pistons, Piston Rings, And Cylinders (AREA)

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft einen ölfreien Kompressor (1) mit zumindest einem in einem zugehörigen Zylinder (2) geführten Kolben (3), der zumindest einen Kolbenring (4) und einen Kolbenschaft(5) aufweist, wobei - der zumindest der Kolbenschaft (5) eine direkt aufgebrachte Gleitschicht (6) aufweist mit einem Polymer aus der Gruppe PAI, Epoxyverbindungen, PEEK, PEK, PEKK, PAEK und einem Festschmierstoff aus der Gruppe Graphit, MoS2, WS2, hBN, PTFE und ZnS, bevorzugt WCals Hartstoffpartikel, - der Kolbenring (4) aus PTFE ausgebildet ist, - eine Zylinderlauffläche (7) des Zylinders (2) mit einer Nickel aufweisenden Linerschicht (8) beschichtet ist.

Description

Ölfreier Kompressor
Die vorliegende Erfindung betrifft einen olfreien Kompressor mit zumindest einem in einem zugehörigen Zylinder geführten Kolben.
Kompressoren sind aus dem Stand der Technik vielfältig bekannt, insbesondere beispielsweise im Bereich von Turboladern, und können generell in
ölgeschmierte und sogenannte ölfreie Kompressoren unterteilt werden.
Besonders bei olfreien Kompressoren, bei welchen Öl als Schmiermittel nicht zur Verfügung steht, ist ein möglichst geringer Gleitwiderstand von Kolben in zugehörigen Zylindern für einen verschleißarmen Betrieb, eine lange
Lebensdauer und eine hohe Wirtschaftlichkeit von entscheidender Bedeutung. Um einen möglichst geringen Gleitwiderstand zu erhalten, sind generell schon Kolben mit insbesondere in einem Schaftbereich aufgeklebten Folien aus
Polytetrafluorethylen (PTFE) bekannt. Nachteilig bei derartig aufgeklebten Beschichtungen sind jedoch deren vergleichsweise geringe
Temperaturbeständigkeit und auch deren vergleichsweise überschaubare Lebenserwartung.
Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich daher mit dem Problem, die aus dem Stand der Technik bekannten Nachteile zu überwinden.
Dieses Problem wird erfindungsgemäß durch den Gegenstand des
unabhängigen Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind
Gegenstand der abhängigen Ansprüche. Die vorliegende Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, erstmals das gesamte tribologische System in einem ölfreien Kompressor zu betrachten und gänzlich zu optimieren, indem sowohl eine Zylinderlauffläche, ein Kolbenring eines darin verstellbaren Kolbens sowie der Kolben selbst tribologisch optimiert werden. Der erfindungsgemäße ölfreie Kompressor weist dabei zumindest einen in einem zugehörigen Zylinder translatorisch verstellbaren Kolben auf, der wiederum zumindest einen Kolbenring und einen Kolbenschaft besitzt.
Erfindungsgemäß weist nun zumindest der Kolbenschaft des Kolbens eine Gleitschicht auf mit einem Polymer aus der Gruppe PAI (Polyamid-Imid), Epoxy- Verbindungen, PEEK (Polyetheretherketon), PEK (Polyetherketon), PEKK (Polyetherketonketon), PAEK (Polyaryletherketon), einem Festschmierstoff aus der Gruppe Graphit, MoS2 (Molybdändisulfid), WS2 (Wolframdisulfid), hBN (hexagonales Bornitrid), PTFE (Polytetrafluorethylen) und ZnS (Zinksuflid)und auch Hartstoffpartikel wie WC (Wolframcarbid). Zusätzlich ist der Kolbenring aus Polytetrafluorethylen (PTFE) ausgebildet und eine Zylinderlauffläche des
Zylinders ist mit einer Nickel als Hauptbestandteil aufweisenden Linerschicht beschichtet. Durch dieses tribologische System aus Kolben mit Gleitschicht, PTFE-Kolbenring und Zylinderlauffläche mit Linerschicht kann nicht nur die Reibung des Kolbens im Zylinder deutlich reduziert werden, sondern zudem kann nun auch durch die direkt auf den Kolbenschaft aufgebrachte Gleitschicht die bei der Reibung entstehende Temperatur um bis zu 30 K gesenkt werden, wodurch sich eine geringere Reibung und ein geringerer Verschleiß des Kolbenrings ergeben und dadurch dessen Lebensdauer und auch die Lebensdauer des Gesamtsystems deutlich gesteigert werden können, da insbesondere der Kolbenring das schwächste Glied in Bezug auf das Gesamtsystem darstellt. Des Weiteren ist die nun nicht mehr als Folie aufgebrachte Gleitschicht, sondern die direkt auf den Kolbenschaft aufgebrachte Gleitschicht temperaturbeständiger, wodurch höhere Betriebsparameter für einen ölfreien Kolbenkompressor ermöglicht werden. So kann beispielsweise bei einem ölfreien Kompressor, der einen vordefinierten Enddruck erbringen muss, welcher vorher nur mit zwei Verdichterstufen erreicht werden konnte, nunmehr lediglich noch eine
Verdichterstufe vorgesehen werden, was zu einer erheblichen Kosteneinsparung führt.
Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Lösung weist die Gleitschicht eine Dicke dG von 45 μιτι < dG < 00 μιτι, bevorzugt von 70 μιτι < dG < 90 μιτι. Die erfindungsgemäße Gleitschicht ist somit erheblich dünner als bislang hierfür eingesetzte PTFE-Folien, die eine Dicke von ca. 300 μιτι aufwiesen. Durch die dünnere Gleitschicht, die zudem direkt auf zumindest den Kolbenschaft, aber auch auf eine gesamte Mantelfläche, inklusive Ringpartie, des Kolbens aufgebracht ist, kann ein geringeres Spiel zwischen Kolben und Zylinder ausgeführt werden, was zu einer erheblichen Geräuschemissionsminderung führt.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Kompressors ist die Gleitschicht im Siebdruckverfahren aufgebracht. Beim Siebdrucken wird das Material der Gleitschicht durch ein feinmaschiges Gewebe auf die zu bedruckende Oberfläche aufgedruckt, wobei es mittels des
Siebdruckverfahrens insbesondere möglich ist, auch gewölbte Oberflächen gleichmäßig und im vorliegenden Fall besonders dünn zu beschichten. In einer weiteren Ausführungsform kann die Beschichtung in einem speziellen
Mehrfachspritzverfahren aufgebracht werden. Die mehrlagige Beschichtung benötigt spezielle Zwischentrocknungsschritte, diese sind bzgl. einer
wirtschaftlichen Abbildung des Prozesses in einem IR - (Infrarot) Verfahren durchführbar. Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Lösung weist die Linerschicht auf der Zylinderlauffläche des Zylinders hauptsächlich Nickel und insbesondere zusätzlich Siliciumcarbid (SiC) auf.
Siliciumcarbid partikel wiederum besitzen eine hohe Härte und einen hohen Schmelzpunkt, wodurch die Verschleißbeständigkeit der Linerschicht deutlich erhöht werden kann.
Zweckmäßig weist die Linerschicht ca. 2 bis 6 Gew.-% Siliciumcarbid auf. Bereits ein so geringer Anteil an Siliciumcarbid reicht für die Erhöhung der
Verschleißbeständigkeit aus, ohne dass hierdurch die Gleitschutzeigenschaften der umgebenden Nickelmatrix der Linerschicht beeinträchtigt werden würden.
Zweckmäßig weist die Linerschicht eine Dicke di_ auf von 40μηη < di_ < Ι ΟΌμηη, bevorzugt von di_ = 50μηη. Bereits eine solch dünne Linerschicht ermöglicht einerseits einen effektiven Gleitschicht für die Zylinderlauffläche und damit den Zylinder und zum anderen die Erhöhung der Verschleißbeständigkeit durch die in die Nickelmatrix eingebetteten Siliciumcarbidpartikel.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Lösung ist zwischen der Linerschicht und dem Zylinder eine Zwischenschicht,
insbesondere in der Art einer Vornickelschicht, mit einer dz von 4μηη < dz < 40μηη aufgebracht. Eine derartige Vornickelschicht dient dabei insbesondere als
Haftschicht für die später darauf aufgebrachte Linerschicht, kann jedoch lediglich auch nur prozessbedingt erforderlich sein.
Zweckmäßig besitzt die Linerschicht einen Mittenrauwert von Ra ungefähr 0,1 μιτι, der insbesondere mittels Honen hergestellt werden kann. Bei einem derartigen Mittenrauwert von Ra ca. 0,1 μιτι sind keine sichtbaren Bearbeitungsspuren mehr vorhanden und die Oberfläche im Wesentlichen glatt. Hierdurch kann eine besonders verschleißarme Bewegung des Kolbens und insbesondere auch des Kolbenrings auf der Liner-Schicht erreicht werden, wodurch die Lebensdauer des Kolbens, des Kolbenrings und damit insgesamt auch des Kompressors erhöht werden kann.
Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus den Zeichnungen und aus der zugehörigen
Figurenbeschreibung anhand der Zeichnungen.
Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert, wobei sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder ähnliche oder funktional gleiche Bauteile beziehen.
Dabei zeigen, jeweils schematisch,
Fig. 1 eine Schnittdarstellung durch einen erfindungsgemäßen ölfreien
Kompressor,
Fig. 2 eine Detailschnittdarstellung im Bereich des Kolbenschaftes des
Kolbens mit darauf aufgebrachter Gleitschicht,
Fig. 3 eine Detailschnittdarstellung durch eine Zylinderwandung mit
Linerschicht und Zwischenschicht. Entsprechend der Fig. 1 , weist ein ölfreier Kompressor 1 zumindest einen in einem zugehörigen Zylinder 2 translatorisch verstellbaren Kolben 3 auf, der zumindest einen Kolbenring 4 und einen Kolbenschaft 5 besitzt.
Erfindungsgemäß weist nun der Kolben 3 zumindest im Bereich seines
Kolbenschaftes 5 eine Gleitschicht 6 (vergleiche auch Fig. 2) auf, mit einem Polymer aus der Gruppe Polyamid-Imid (PAI), Epoxyverbindungen, PEEK, PEK, PEKK, PAEK sowie einem Festschmierstoff aus der Gruppe Graphit,
Molybdändisulfid (MoS2), Wolframdisulfid (WS2), hBN (Bornitrid), PTFE
(Polytetrafluorethylen) und Zinksulfid (ZnS), bevorzugt Wolframcarbid (WC) wobei das letztere ein Hartstoffpartikel ist. Zusätzlich ist der Kolbenring 4 aus Polytetrafluorethylen (PTFE) ausgebildet und eine Zylinderlauffläche 7 des Zylinders 2 ist mit einer als Hauptbestandteil Nickel (Ni) aufweisenden
Linerschicht 8 (vergleiche Fig. 3) beschichtet. Durch das in dieser Art und Weise geschaffene tribologische System von Zylinder 2, Kolben 3 und Kolbenring 4 kann ein besonders verschleißarmer und damit eine hohe Lebenserwartung aufweisender Kompressor 1 geschaffen werden.
Die Gleitschicht 6 weist dabei eine Dicke dG von 45μηη < dG < Ι ΟΌμηη, bevorzugt von 70μηη < dG < 90μηη auf (vergleiche Fig. 2). Dies ist im Vergleich zu bislang aus dem Stand der Technik auf den Kolbenschaft 5 aufgeklebten PTFE-Folien deutlich dünner, wodurch auch ein deutlich reduziertes Spiel zwischen dem Kolben 3 und dem Zylinder 2 einstellbar ist, wodurch dessen Geräuschemission erheblich reduziert werden kann.
Durch das direkte Aufbringen der Gleitschicht 6 zumindest auf den Kolbenschaft 5 können darüber hinaus ein besonders haftbeständiges Applizieren und - wie bereits erwähnt - eine deutlich geringere Gesamtdicke der Gleitschicht 6 erreicht werden. Eine mögliche Aufbringungsform für die Gleitschicht 6 ist dabei das Siebdruckverfahren, welches nicht nur ein qualitativ hochwertiges, sondern auch kostengünstiges Aufbringen der Gleitschicht 6 auf zumindest den Kolbenschaft 5 ermöglicht.
Durch die Auswahl des Kunststoffes Polytetrafluorethylen für den Kolbenring 4 kann dieser besonders leichtgängig, das heißt mit geringem Gleitwiderstand, an der Zylinderlauffläche 7 entlang gleiten. Außerdem ist die Haftreibung genauso groß wie die Gleitreibung, so dass ein Übergang vom Stillstand zur Bewegung, insbesondere beim Start des Kompressors, ohne Ruck stattfinden kann. Darüber hinaus ist PTFE schwierig zu benetzen und kaum zu verkleben, da
beispielsweise der Kontaktwinkel mit Wasser 126° beträgt. Von besonderem Vorteil ist des Weiteren, dass PTFE äußerst beständig gegenüber allen Basen, Alkoholen, Ketonen, Benzinen und Ölen ist und Einsatztemperaturen von bis zu 260° aufweist.
Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Lösung weist die Linerschicht 8 eine Dicke di_ von 40μηη < di_ < Ι ΟΌμηη, insbesondere bevorzugt von di_ von ca. 50μηη auf. Da der Hauptbestandteil der Linerschicht 8 Nickel ist, kann mit dieser eine hocheffektive Gleitschicht für die Zylinderlauffläche 7 und damit den Zylindern 2 geschaffen werden. Um darüber hinaus die
Verschleißbeständigkeit und damit auch die Lebenserwartung der Linerschicht 8 steigern zu können, weist diese Siliciumcarbid (SiC) auf, insbesondere derart von Siliciumcarbidpartikel 10 auf, und zwar in einem Gewichtsprozentanteil von 2-4 Gew-%. Dabei werden/wird Siliciumcarbid und/oder Siliciumcarbidpartikel 10 eingesetzt, die in die Nickelmatrix eingebettet sind und die einen Durchmesser ds von 1 μιτι < ds < 4μηη, bevorzugt einem Durchmesser von ds von ca. 2,5 μιτι aufweisen. Der Partikeldurchmesser ds ist somit erheblich kleiner als die Dicke di_ der Linerschicht 8 und dadurch problemlos in diese integrierbar. Betrachtet man nochmals die Fig. 3, so kann man erkennen, dass zwischen der Linerschicht 8 und dem Zylinder 2 eine Zwischenschicht 9 mit einer Dicke dz von 4μηη < dz < 40μηη aufgebracht ist.
Nach dem Aufbringen der Linerschicht 8 oder nach dem Aufbringen sowohl der Zwischenschicht 9 als auch der Linerschicht 8 wird die Zylinderlauffläche 7 vorzugsweise gehont, um dadurch eine hohe Oberflächengüte herstellen zu können. Durch das Honen kann insbesondere ein Mittenrauwert von Ra von ca. 0,1 m erreicht werden, so dass vorzugsweise keinerlei Bearbeitungsspuren mehr vorhanden sind.
Mit dem erfindungsgemäßen Kompressor 1 und dem darin eingesetzten Kolben 3, dem Kolbenring 4 und der Linerschicht 8 auf der Zylinderlauffläche 7 kann erstmals ein tribologisches System geschaffen werden, welches nicht nur aufgrund einer hohen Verschleißbeständigkeit und einer geringen Gleitreibung eine hohe Lebensdauer aufweist, sondern zudem auch kostengünstig herstellbar ist. Durch das indirekte Aufbringen der Gleitschicht 6 auf den Kolbenschaft 5 kann ein Aufkleben einer PTFE-Folie, wie dies bislang erfolgte, entfallen, wodurch die Gleitschicht 6 an sich deutlich dünner ausgebildet werden kann, was erhebliche Vorteile hinsichtlich einer Reduzierung der Geräuschemissionen bringt.
Durch Beimengung von feinskaligen Hartstoffen, wie z.B. WC, kann die
Verschleißbeständigkeit der Gleitschicht 6 auf dem Kolben 3 gesteigert werden. Die chemische Zusammensetzung des Gleitlacks bzw. der Gleitschicht 6 ermöglicht eine bessere Wärmeabfuhr über die Zylinderwand 7 und reduziert damit deutlich die Betriebstemperatur. Ein besonderer Vorteil besteht darin, dass die Schichtdicke des Gleitlackes bzw. der Gleitschicht 6 im Vergleich zum Stand der Technik (PTFE Folien) deutlich geringer ist und somit die Temperaturabfuhr vereinfacht wird.
Dies führ dazu, dass der Kolbenring 4 geringer belastet wird und somit der Verschleiß am Kolbenring 4 deutlich abnimmt.

Claims

Ansprüche
1 . Ölfreier Kompressor (1 ) mit zumindest einem in einem zugehörigen
Zylinder (2) geführten Kolben (3), der zumindest einen Kolbenring (4) und einen Kolbenschaft (5) aufweist, wobei
- der zumindest der Kolbenschaft (5) eine direkt aufgebrachte
Gleitschicht (6) aufweist mit einem Polymer aus der Gruppe PAI, Epoxyverbindungen, PEEK, PEK, PEKK, PAEK und einem
Festschmierstoff aus der Gruppe Graphit, M0S2, WS2, hBN, PTFE und ZnS, bevorzugt WC als Hartstoffpartikel,
- der Kolbenring (4) aus PTFE ausgebildet ist,
- eine Zylinderlauffläche (7) des Zylinders (2) mit einer Nickel
aufweisenden Linerschicht (8) beschichtet ist.
2. Kompressor nach Anspruch 1 ,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Gleitschicht (6) eine Dicke dG aufweist von 45μηη < dG < Ι ΟΟμηη, bevorzugt von 70μηη < dG < 90μηη.
3. Kompressor nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Gleitschicht (6) im Siebdruckverfahren oder im Mehrfachspritzen aufgebracht ist.
4. Kompressor nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Linerschicht (8) Siliciumcarbid (SiC) aufweist.
5. Kompressor nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Linerschicht (8) ca. 2 bis 6 Gew.-% Siliciumcarbid aufweist.
6. Kompressor nach Anspruch 4 oder 5,
dadurch gekennzeichnet,
dass Siliciumpartikel (10) der Linerschicht (8) einen Durchmesser ds von 1 μιτι < ds < 4 μιτι, bevorzugt einen Durchmesser ds von 2,5 μιτι aufweisen.
7. Kompressor nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Linerschicht (8) eine Dicke di_ aufweist von 40μηη < di_ < Ι ΟΟμηη, bevorzugt eine Dicke di_ von 50μηη.
8. Kompressor nach einem der Ansprüche 1 bis 7,
dadurch gekennzeichnet,
dass zwischen der Linerschicht (8) und dem Zylinder (2) eine
Zwischenschicht (9) mit einer Dicke dz von 4μηη < dz < 40μηη aufgebracht ist.
9. Kompressor nach einem der Ansprüche 1 bis 8,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Linerschicht (8) einen Mittenrauwert von Ra « 0,1 μιτι aufweist.
10. Kompressor nach einem der Ansprüche 1 bis 9,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Linerschicht (8) auf einen Mittenrauwert von Ra « 0,1 μιτι gehont ist.
PCT/EP2018/077188 2017-10-11 2018-10-05 Ölfreier kompressor Ceased WO2019072721A1 (de)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102017218156.7A DE102017218156A1 (de) 2017-10-11 2017-10-11 Ölfreier Kompressor
DE102017218156.7 2017-10-11

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2019072721A1 true WO2019072721A1 (de) 2019-04-18

Family

ID=63794505

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/EP2018/077188 Ceased WO2019072721A1 (de) 2017-10-11 2018-10-05 Ölfreier kompressor

Country Status (2)

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