WO2025061520A1 - Radial piston compressor - Google Patents
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Definitions
- the present invention relates to a radial piston compressor according to the preamble of claim 1.
- a radial piston compressor is a fluid power component. Unlike an axial piston compressor, this type of compressor has at least one piston-working chamber combination arranged radially and perpendicular to the drive shaft.
- a radial piston compressor can also be referred to as a compressor based on the radial piston principle.
- the piston's displacement or reciprocating motion is usually driven by an eccentric. Therefore, the drive shaft with the eccentric can also be referred to as an eccentric shaft.
- Radial piston compressors typically comprise several piston-working chamber combinations that extend radially from the eccentric shaft in a star-shaped pattern.
- a piston-working chamber combination essentially comprises a working chamber, also called a cylinder, and a piston that moves up and down within the working chamber.
- the piston has a central geometric piston axis that coincides with the piston's direction of travel.
- the piston In a radial piston compressor with an eccentric shaft, the piston has a contact surface on its side facing the eccentric shaft, against which the eccentric disc impacts or rests during rotation of the eccentric shaft.
- the eccentric shaft has an axis of rotation about which the eccentric shaft is rotated. When the eccentric impacts the contact surface, the piston moves upwards, compressing a medium in the working chamber.
- the return movement of the piston can be achieved, for example, by piston guide rings that are in contact with the piston. In this way, the piston can be moved back to a lower low point until the eccentric disc hits the piston crown again.
- Radial piston compressors are used, for example, to compress coolant in automotive air conditioning systems, especially in electrically powered vehicles.
- a coolant such as CO2 can be used as the compressed medium.
- other media or coolants are also conceivable.
- a radial piston compressor of the aforementioned type is known, for example, from DE 10 2020 211 680 A1 and from the patent application DE 10 2022 133 723 A1, which was unpublished at the time of this application.
- this object is achieved by a radial piston compressor having the characterizing features of claim 1. Due to the fact that the contact surface of the pistons is inclined in the direction of the piston axis, a contact surface for the piston guide ring is provided, which can contribute to reducing a tilting moment caused by a piston guide ring attached on one side.
- the force causing a tilting moment is significantly reduced.
- the solution proposed here introduces the contact force in such a way that the majority of the force vector passes through the center of mass of the piston, thus preventing a tilting moment from being generated. If the use of a single, single-sided guide ring is necessary, for example, due to space constraints, cost requirements, etc., tilting can be significantly reduced. For example, a reduction in the tilting moment of approximately 10% is possible. The reduced tilting results in less wear, lower noise levels, and more harmonious dynamics.
- a perpendicular to the contact surface can be provided to intersect the center of mass of the piston. In this case, it is expected that the retraction force, relative to its direction, will also intersect the center of mass of the piston, so that a tipping moment can be counteracted as effectively as possible.
- the contact surface of the piston can be provided as part of a dovetail-shaped recess in the piston.
- the inclined surface can be introduced into the piston in the form of a dovetail cutter.
- a radial piston compressor essentially comprises a compressor unit 1 and a drive device 2.
- the radial piston compressor comprises a housing, which can be composed of individual housing components, such as, in the present exemplary embodiment, a drive housing 21, a cylinder housing 16 and a compressor housing cover 17. Other housing divisions are also conceivable.
- the compressor unit 1 comprises a drive shaft 11 with an eccentric disc 12.
- the combination of drive shaft 11 and eccentric disc 12 can also be referred to as an eccentric shaft.
- the drive shaft 11 has a rotational axis D.
- the compressor unit comprises at least one piston-working chamber combination 13, preferably several piston-working chamber combinations 13, 13a, 13b... 13f, which are arranged radially around the drive shaft 11.
- the piston-working chamber combinations 13 can also be referred to as a star-shaped arrangement around the drive shaft 11.
- the piston-working chamber combination 13 comprises a working chamber 131 with a piston 132 displaceably arranged therein.
- the piston 132 has a piston axis K.
- the displacement direction of the piston 132 corresponds to the piston axis K.
- the working chamber 131 can also be referred to as a cylinder.
- the working chamber 131 is equipped with a cylinder cover 15 on the head side.
- the working chambers 131 of the piston-working chamber combinations 13 can be formed at least partially from
- the return movement of the piston 132 can, for example, be carried out by a piston guide ring 14, which is in contact with the piston 132. In this way, the piston 132 can be displaced back to a BDC (bottom dead center) until the eccentric disc 12 again strikes the piston crown.
- the piston 132 in particular the Piston crown, can also be equipped with a transmission element 133 or a transmission element 133 can be arranged between the eccentric disc 12 and the piston 132.
- the transmission element 133 can, for example, be made of a different material than the piston 132 and the eccentric disc 12, in particular of sintered metal, bronze, brass, or plastic. This can, for example, reduce wear or achieve a certain degree of damping when the eccentric disc 12 impacts.
- the eccentric disc 12 can also be equipped with an eccentric bearing 121, in particular a needle bearing.
- Figs. 3 to 6 show details of a radial piston compressor, in particular a piston with two piston guide rings according to the prior art.
- a cross-section AA according to Fig. 3 is shown. It can be seen that two piston guide rings 14, each with a rectangular cross-section, are provided. The piston guide rings are mounted on both sides of the piston or the piston axis. It can also be seen that the piston 132 has the corresponding contact surface 1321 for the piston guide ring 14. The inner side 141 of the piston guide ring 14 accordingly also forms a contact surface for resting on the contact surface 1321 of the piston 132.
- the contact surface 1321 is designed to correspond to the inner side 141 of the piston guide ring 14. In this case, the contact surface 1321, like the inner surface 141, has a flat surface, which is also aligned parallel to the axis of rotation of the eccentric shaft and perpendicular to the piston axis. To prevent the piston from tilting due to the retraction force, two piston guide rings are used as standard.
- a piston is shown in cross-section.
- Reference symbol M represents the center of mass of the piston.
- Reference symbol R represents the retraction force of the piston guide ring on the piston at the contact surface. It can be seen that with two force application points relative to the center of mass, no tilting moment V results.
- a piston is shown in cross-section. It should be noted that when only one piston guide ring is used, for example, due to space-related or economical considerations, a tilting moment V occurs with respect to the center of mass.
- Figs. 7 to 12 illustrate embodiments of various components of a radial piston compressor according to the invention.
- a piston 132 is shown in cross-section with two contact surfaces 1321a.
- a beveled contact surface 1321a is provided, in particular such that the contact surface 1321a is tilted in the direction of the piston axis K, in particular in the direction of the center of mass M.
- An angle ⁇ is shown for orientation.
- a retraction force R is also shown, which is perpendicular to the contact surface 1321a. It can be seen that the retraction force R, or its force vector, intersects the center of mass M. This is preferably the case when a perpendicular S on the contact surface 1321a intersects the center of mass M.
- the retraction force R still acts parallel to the piston axis K, but when supported on this inclined surface 1321a, the force is divided in the direction parallel and orthogonal to the surface.
- One force component is shown.
- the production of a corresponding shape is possible, for example, with a dovetail milling cutter.
- a piston 132 is depicted in cross-section with two beveled contact surfaces 1321a. It can be seen that only a single piston guide ring 14 is provided. It can also be seen that a single piston guide ring 14 with a rectangular cross-section is received in the dovetail-shaped groove, with the contact surface 1321a being formed by a portion of the dovetail-shaped groove, in particular by the flank of the dovetail-shaped groove facing the rotational axis D.
- a piston 132 in cross-section with only one piston guide ring 14 with a conical cross-section with appropriate design of the angle of the contact surface 141a is provided so that the force vector passes through the center of mass M.
- a single piston guide ring 14 with a conical cross-section is shown in a sectional perspective view. It can be seen that the inner surface 141a of the piston guide ring 14 has a configuration corresponding to a beveled contact surface 1321 of the piston 132, in particular, it has a likewise beveled inner surface or contact surface 141a.
- FIG. 11 A detail of a piston 132 and a piston guide ring 14 is shown. To clarify some force vectors, a force component O1 without tilting moment, a force component O2 with reduced tilting moment, and the retraction force R are shown. This force component O2 would be applied to the flat support of the piston, in particular to the surface parallel to the piston axis K. Depending on the tolerance, the contact takes place at any point and accordingly leads to the influence of a tilting moment by the force component O2. This is particularly evident in the design according to Fig. 12. The contact is defined in the upper area, close to the center of mass M.
- a detail of a piston 132 and a piston guide ring 14 is shown.
- a piston guide ring 14 with an additional conical inner surface 141a for creating a specific favorable contact point can be seen.
- the pressing force of the piston guide ring 14 on the beveled contact surface 1321a is accordingly 1.74 N.
- H1 is the distance to the center of mass M.
- the original tilting moment i.e. the tilting moment for a single piston guide ring with a contact surface or inner surface aligned parallel to the rotational axis D of the eccentric shaft or perpendicular to the piston axis K, would be 5.23 Nmm, i.e. 1N*5, 225mm, in this example, assuming a retraction force of IN.
- a reduction in the tilting moment of approximately 10% can be achieved in the example shown.
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Abstract
Description
Radialkolbenverdichter Radial piston compressor
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Radialkolbenverdichter gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. The present invention relates to a radial piston compressor according to the preamble of claim 1.
Ein Radialkolbenverdichter ist ein Element der Fluidtechnik. Bei diesem Radialkolbenverdichter ist mindestens eine Kolben-Arbeitsraum-Kombination im Gegensatz zu einem Axialkolbenverdichter radial und senkrecht zur Antriebswelle angeordnet. Ein Radialkolbenverdichter kann auch als Verdichter nach dem Radialkolbenprinzip angesprochen werden. A radial piston compressor is a fluid power component. Unlike an axial piston compressor, this type of compressor has at least one piston-working chamber combination arranged radially and perpendicular to the drive shaft. A radial piston compressor can also be referred to as a compressor based on the radial piston principle.
Die Förder- bzw. Hubbewegung des Kolbens wird zumeist durch einen Exzenter hervorgerufen. Insofern kann die Antriebswelle mit dem Exzenter auch als Exzenterwelle angesprochen werden. In der Regel umfasst der Radialkolbenverdichter mehrere Kolben-Arbeitsraum-Kombinationen, die sich sternförmig und radial von der Exzenterwelle erstrecken. The piston's displacement or reciprocating motion is usually driven by an eccentric. Therefore, the drive shaft with the eccentric can also be referred to as an eccentric shaft. Radial piston compressors typically comprise several piston-working chamber combinations that extend radially from the eccentric shaft in a star-shaped pattern.
Eine Kolben-Arbeitsraum-Kombination umfasst im Wesentlichen einen Arbeitsraum, auch Zylinder genannt, und einen Kolben, der in dem Arbeitsraum auf und ab bewegt wird. Der Kolben weist eine mittige geometrische Kolbenachse auf, die mit der Verschieberichtung des Kolbens übereinstimmt. Bei einem Radialkolbenverdichter mit einer Exzenterwelle umfasst der Kolben auf seiner der Exzenterwelle zugewandten Seite eine Kontaktfläche, auf welche die Exzenterscheibe während der Drehung der Exzenterwelle auftrifft bzw. anliegt. Die Exzenterwelle weist eine Drehachse auf, um welche die Exzenterwelle gedreht wird. Mit dem Auftreffen des Exzenters auf die Kontaktfläche kommt es zu einer Kolbenaufwärtsbewegung und zur Verdichtung eines in dem Arbeitsraum befindlichen Mediums. Die Rückholbewegung des Kolbens kann beispielsweise durch Kolbenführungsringe, die mit dem Kolben in Kontakt stehen, vollzogen werden. Auf diese Weise kann der Kolben wieder in einen unteren Tiefpunkt verschoben werden, bis die Exzenterscheibe wieder auf den Kolbenboden trifft. A piston-working chamber combination essentially comprises a working chamber, also called a cylinder, and a piston that moves up and down within the working chamber. The piston has a central geometric piston axis that coincides with the piston's direction of travel. In a radial piston compressor with an eccentric shaft, the piston has a contact surface on its side facing the eccentric shaft, against which the eccentric disc impacts or rests during rotation of the eccentric shaft. The eccentric shaft has an axis of rotation about which the eccentric shaft is rotated. When the eccentric impacts the contact surface, the piston moves upwards, compressing a medium in the working chamber. The return movement of the piston can be achieved, for example, by piston guide rings that are in contact with the piston. In this way, the piston can be moved back to a lower low point until the eccentric disc hits the piston crown again.
Radialkolbenverdichter finden beispielsweise zur Verdichtung von Kühlmittel in Klimaanlagen von Kraftfahrzeugen, insbesondere auch in elektrisch angetriebenen Kraftfahrzeugen, Verwendung. Als zu verdichtendes Medium kommt beispielsweise ein Kühlmittel wie CO2 in Frage. Aber auch andere Medien bzw. Kühlmittel sind denkbar. Ein Radialkolbenverdichter der vorgenannten Art ist beispielsweise aus der DE 10 2020 211 680 Al und aus der zum Zeitpunkt dieser Anmeldung unveröffentlichten Patentanmeldung DE 10 2022 133 723 Al bekannt geworden. Radial piston compressors are used, for example, to compress coolant in automotive air conditioning systems, especially in electrically powered vehicles. A coolant such as CO2 can be used as the compressed medium. However, other media or coolants are also conceivable. A radial piston compressor of the aforementioned type is known, for example, from DE 10 2020 211 680 A1 and from the patent application DE 10 2022 133 723 A1, which was unpublished at the time of this application.
Für einen Radialkolbenverdichter, welcher über einen Exzenter Kolben nach OT (oberer Totpunkt) bewegt und für die Rückführung nach UT (unterer Totpunkt) einen Kolbenführungsring nutzt, kann unter bestimmten bauraumseitigen oder kostenseitigen Gesichtspunkten die Nutzung eines einseitigen Kolbenführungsringes notwendig sein. Dabei führt die Rückführungskraft (bei asymmetrischer Krafteinleitung) zu einem Verkippmoment des Kolbens. Diese Verkippung führt zu nachteiligen Effekten im Kolbentrieb. For a radial piston compressor that uses an eccentric to move the piston to TDC (top dead center) and a piston guide ring for return to BDC (bottom dead center), the use of a single-sided piston guide ring may be necessary for certain space- or cost-related reasons. The return force (with asymmetric force application) leads to a tilting moment of the piston. This tilting leads to adverse effects in the piston drive.
Bisherige Lösungen setzen auf den beidseitigen Kolbenführungsring mit Rechteckguerschnitt, dabei kommt es durch die symmetrische Krafteinleitung zur Aufhebung der Verkippung. Previous solutions rely on the piston guide ring on both sides with a rectangular cross-section, whereby the symmetrical force introduction eliminates the tilting.
Andere Lösungen eines mittigen Kolbenführungsringes (Kolbenführungsring in der Kolbenmitte angeordnet) sind kompliziert und damit kostenintensiver in der Fertigung und der Montage. Other solutions of a central piston guide ring (piston guide ring arranged in the center of the piston) are complicated and therefore more costly to manufacture and assemble.
Hier setzt die vorliegende Erfindung an und macht es sich zur Aufgabe einen verbesserten Radialkolbenverdichter vorzuschlagen, insbesondere einen Radialkolbenverdichter vorzuschlagen, dessen Kolben bei der Verwendung lediglich eines Kolbenführungsringes weniger Kippmoment ausgesetzt sind. This is where the present invention comes in and sets itself the task of proposing an improved radial piston compressor, in particular a radial piston compressor whose pistons are exposed to less tilting moment when using only one piston guide ring.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch einen Radialkolbenverdichter mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Dadurch, dass die Kontaktfläche der Kolben in Richtung der Kolbenachse geneigt ausgerichtet ist, wird eine Kontaktfläche für den Kolbenführungsring bereitgestellt, die zur Verringerung eines Kippmomentes, bedingt durch einen einseitig angebrachten Kolbenführungsring beitragen kann. According to the invention, this object is achieved by a radial piston compressor having the characterizing features of claim 1. Due to the fact that the contact surface of the pistons is inclined in the direction of the piston axis, a contact surface for the piston guide ring is provided, which can contribute to reducing a tilting moment caused by a piston guide ring attached on one side.
Mit anderen Worten, durch Nutzung einer geeigneten Kontur im Kontaktbereich von Kolbenführungsring und Kolben ergibt sich eine deutliche Verringerung derjenigen Kraft, die ein Kippmoment verursacht. Insbesondere wird bei der hier vorgeschlagenen Lösung die Kontaktkraft so eingeleitet, dass der Großteil mit dem Kraftvektor durch den Massenschwerpunkt des Kolbens verläuft und somit kein Kippmoment erzeugt. Bei einer gegebenenfalls notwendigen Nutzung eines einzelnen einseitigen Führungsringes, beispielsweise bedingt durch Bauraumrestriktionen, Kostenanforderungen, etc., kann die Verkippung in deutlichem Maße reduziert werden. Es ist beispielsweise eine Reduzierung des Verkippmomentes von ca. 10% möglich. Durch die reduzierte Verkippung ergibt sich insbesondere weniger Verschleiß und ein geringeres Geräuschverhalten sowie eine harmonischere Dynamik. In other words, by using a suitable contour in the contact area between the piston guide ring and the piston, the force causing a tilting moment is significantly reduced. In particular, the solution proposed here introduces the contact force in such a way that the majority of the force vector passes through the center of mass of the piston, thus preventing a tilting moment from being generated. If the use of a single, single-sided guide ring is necessary, for example, due to space constraints, cost requirements, etc., tilting can be significantly reduced. For example, a reduction in the tilting moment of approximately 10% is possible. The reduced tilting results in less wear, lower noise levels, and more harmonious dynamics.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der vorgeschlagenen Erfindung ergeben sich insbesondere aus den Merkmalen der Unteransprüche. Die Gegenstände bzw. Merkmale der verschiedenen Ansprüche können grundsätzlich beliebig miteinander kombiniert werden. Further advantageous embodiments of the proposed invention emerge in particular from the features of the subclaims. The subject matter and features of the various claims can, in principle, be combined with one another in any desired manner.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass eine Senkrechte der Kontaktfläche den Masseschwerpunkt des Kolbens schneidet. Für diesen Fall ist zu erwarten, dass die Rückzugskraft, bezogen auf dessen Richtung, ebenfalls den Masseschwerpunkt des Kolbens schneidet, so dass einem Kippmoment bestmöglich entgegengewirkt werden kann. In an advantageous embodiment of the invention, a perpendicular to the contact surface can be provided to intersect the center of mass of the piston. In this case, it is expected that the retraction force, relative to its direction, will also intersect the center of mass of the piston, so that a tipping moment can be counteracted as effectively as possible.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass lediglich ein Kolbenführungsring auf einer Seite der Kolben bzw. Kolbenachse angeordnet ist. Eine derartige Bauform lässt sich vorteilhaft mit der erfindungsgemäß vorgeschlagenen geneigten Kontaktfläche des Kolbens realisieren. Es kann Bauraum und Kosten eingespart werden. Gleichwohl kann das bauartbedingte, jedoch unerwünschte Kippmoment des Kolbens reduziert werden. In an advantageous embodiment of the invention, it can be provided that only one piston guide ring is arranged on one side of the piston or piston axis. Such a design can be advantageously realized with the inclined contact surface of the piston proposed by the invention. Installation space and costs can be saved. At the same time, the design-related, but undesirable, tilting moment of the piston can be reduced.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Kontaktfläche der Kolben in einem Winkel a in Richtung der Kolbenachse geneigt ausgerichtet ist, wobei der Winkel a zwischen 40° und 75°, insbesondere zwischen 45° und 60°, vorzugsweise in einem Winkel a = 55° zur Kolbenachse ausgerichtet ist. In a further advantageous embodiment of the invention, it can be provided that the contact surface of the pistons is inclined at an angle a in the direction of the piston axis, wherein the angle a is between 40° and 75°, in particular between 45° and 60°, preferably at an angle a = 55° to the piston axis.
Mit einer kolbenseitigen Kontaktfläche, die in einem Winkel von 55° bezogen auf die Kolbenachse ausgerichtet ist, lässt sich rein rechnerisch eine Verringerung des Verkippmomentes des Kolbens von etwa 10% gegenüber einer Kontaktfläche erreichen, die senkrecht zur Kolbenachse ausgerichtet ist. With a piston-side contact surface aligned at an angle of 55° relative to the piston axis, a reduction in the tilting moment of the piston of about 10% can be achieved purely mathematically compared to a contact surface aligned perpendicular to the piston axis.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass der Kolbenführungsring einen rechteckförmigen Querschnitt aufweist, wobei eine Kante des Kolbenführungsrings an der Kontaktfläche des Kolbens anliegt. In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass der Kolbenführungsring auf seiner Innenseite mit einer Kontaktfläche ausgestattet ist, die in Kontakt mit den Kontaktflächen der Kolben ist. In einer derartigen Ausführungsform ist ebenfalls eine Fläche auf Seiten des Innenringes vorgesehen, welche der Kontaktfläche des jeweiligen Kolbens gegenübersteht und vorzugsweise formschlüssig anliegt. Hier kann auch die Kontaktfläche des Innenrings korrespondierend zu der Kontaktfläche des Kolbens ausgelegt bzw. ausgerichtet werden, so dass eine weitestgehend formschlüssige Anlage erreicht werden kann. In a further advantageous embodiment of the invention, it can be provided that the piston guide ring has a rectangular cross-section, wherein one edge of the piston guide ring rests on the contact surface of the piston. In a further advantageous embodiment of the invention, the piston guide ring can be provided with a contact surface on its inner side that is in contact with the contact surfaces of the pistons. In such an embodiment, a surface is also provided on the inner ring side, which faces the contact surface of the respective piston and preferably bears against it in a form-fitting manner. Here, the contact surface of the inner ring can also be designed or aligned to correspond to the contact surface of the piston, so that a largely form-fitting contact can be achieved.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Kontaktfläche des Kolbenführungsrings eine zu der Kontaktfläche des Kolbens korrespondierende Form aufweist. Hier ist insbesondere an eine Paarung Fläche-Fläche zu denken, die vorzugsweise eine gleiche Ausrichtung im Hinblick auf die Kolbenachse aufweisen. Denkbar sind aber auch andere Gestaltungen der Flächen, um den gewünschten Effekt, der Reduzierung des Kippmomentes des Kolbens zu erreichen. Insbesondere wird, damit das resultierende Verkippmoment auf ein Minimum reduziert werden kann, vorgeschlagen, an dem Ring auch die senkrecht zur Rückführungskraft zeigende Fläche (in Richtung Kolben gerichtet) so konisch zu gestalten, dass der Kontaktpunkt möglichst nah am Massenschwerpunkt liegt. In a further advantageous embodiment of the invention, it can be provided that the contact surface of the piston guide ring has a shape corresponding to the contact surface of the piston. In this case, a surface-to-surface pairing is particularly conceivable, which preferably have the same orientation with regard to the piston axis. However, other surface designs are also conceivable in order to achieve the desired effect of reducing the tilting moment of the piston. In particular, in order to reduce the resulting tilting moment to a minimum, it is proposed that the surface on the ring pointing perpendicular to the return force (directed towards the piston) also be designed conically so that the contact point is as close as possible to the center of mass.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Kontaktfläche des Kolbens Teil einer im Querschnitt schwalbenschwanzförmigen Aussparung in dem Kolben ist. Die geneigte Fläche kann in Form eines Schwalbenschwanzfräsers in den Kolben eingebracht werden. In a further advantageous embodiment of the invention, the contact surface of the piston can be provided as part of a dovetail-shaped recess in the piston. The inclined surface can be introduced into the piston in the form of a dovetail cutter.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass der Kolbenführungsring im Querschnitt zumindest abschnittsweise eine im Querschnitt konische Form aufweist. Diese Ausgestaltung bietet sich insbesondere bei der Ausgestaltung der Kontaktfläche des Kolbens als Teil einer im Querschnitt schwalbenschwanzförmigen Aussparung an. In a further advantageous embodiment of the invention, the piston guide ring can have a conical cross-section, at least in sections. This configuration is particularly suitable when the contact surface of the piston is designed as part of a recess with a dovetail cross-section.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Kontaktflächen von Kolbenführungsring und Kolben genau parallel oder etwas mit Spalt in entsprechender Richtung zur Verschiebung des Kontaktpunktes in eine Vorzugsposition ausgestaltet sind. Insbesondere bei einem Ring mit konischer Ausgestaltung und schräger Anlagefläche parallel zu Kolbenachse stellt sich der Kontaktpunkt automatisch am oberen Ende des Ringes ein. Demgegenüber kann der Kontaktpunkt bei zwei parallelen Flächen insbesondere abhängig von Toleranzen, Parallelitäten, Schrägstellen durch Zusammenbau und/oder Dynamik im Betrieb sein. In a further advantageous embodiment of the invention, it can be provided that the contact surfaces of the piston guide ring and piston are designed exactly parallel or with a slight gap in the corresponding direction for shifting the contact point into a preferred position. In particular, with a ring with a conical design and an inclined contact surface parallel to the piston axis, the contact point is automatically set at the upper end of the ring. In contrast, with two parallel surfaces, the contact point can be depending on tolerances, parallelisms, inclinations due to assembly and/or dynamics during operation.
Wie oben skizziert kann an der Kontaktfläche auch einen Spalt vorgesehen sein, um die Anlage am „Schwalbenschwanz“ zu beeinflussen. Dies ist dann aber kein direkter Spalt, sondern der Winkel a am Kolbenführungsring ist dann leicht anders und führt zu einer punktuellen Anlage. Bei dieser Verschiebung ist vorzugsweise zu prüfen, dass die Kraftkomponente senkrecht zu dieser Fläche auch wieder den Massenschwerpunkt trifft. As outlined above, a gap can also be provided at the contact surface to influence the contact with the "dovetail." However, this is not a direct gap; instead, the angle a on the piston guide ring is slightly different, resulting in a point contact. With this displacement, it is preferable to check that the force component perpendicular to this surface also hits the center of mass.
Mit Hilfe des Spaltes kann vorzugsweise eine Beeinflussung der Position der Kraft 02 vorgenommen werden, dass diese einen möglichst kleinen Hebelarm Hl zum Massenschwerpunkt hat. Die Kontaktfläche des Kolbenführungsringes zur kolbenachsparallelen Fläche des Kolbens ist vorzugsweise mit einem Winkelunterschied gestaltet, ist also auch konisch. Damit bildet sich anstatt einer flächigen Anlage eine linienförmige Anlage. The gap can be used to preferably influence the position of force O2 so that it has the smallest possible lever arm H1 relative to the center of mass. The contact surface of the piston guide ring with the surface of the piston parallel to the piston axis is preferably designed with an angular difference, i.e., it is also conical. This creates a linear contact instead of a flat contact.
Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden deutlich anhand der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die beiliegenden Abbildungen. Darin zeigen Further features and advantages of the present invention will become clear from the following description of preferred embodiments with reference to the accompanying drawings.
Folgende Bezugszeichen werden in den Abbildungen verwendet: The following reference symbols are used in the figures:
D Drehachse D axis of rotation
K Kolbenachse K Piston axis
M Masseschwerpunkt M center of mass
R Rückzugskraft R retraction force
V Verkippmoment V Tilting moment
S Senkrechte auf der Kontaktfläche des Kolbens S Perpendicular to the contact surface of the piston
01 Kraftkomponente ohne Verkippmoment 01 Force component without tilting moment
02 Kraftkomponente mit verringertem Verkippmoment 02 Force component with reduced tilting moment
Hl Hebelarm / Abstand vom Masseschwerpunkt Hl lever arm / distance from the center of mass
1 Verdichtereinheit 1 compressor unit
2 Antriebseinrichtung 2 drive device
11 Antriebswelle 12 Exzenterscheibe 11 Drive shaft 12 Eccentric disc
13 Kolben-Arbeitsraum-Kombination 13 Piston-working chamber combination
14 Kolbenführungsring 14 Piston guide ring
15 Zylinderdeckel 15 cylinder cover
16 Zylindergehäuse 16 cylinder housings
17 Verdichtergehäusedeckel 17 Compressor housing cover
21 Antriebsgehäuse 21 Drive housing
121 Exzenterlager 121 eccentric bearings
131 Arbeitsraum 131 work space
132 Kolben 132 pistons
133 Übertragungselement 133 transmission element
141 Innenseite Kolbenführungsring / Kontaktfläche 141 Inside of piston guide ring / contact surface
141a angeschrägte Kontaktfläche 141a bevelled contact surface
1321 Kontaktfläche 1321 contact surface
1321a angeschrägte Kontaktfläche a Winkel zwischen Kolbenachse und angeschrägter Kontaktfläche 1321a bevelled contact surface a Angle between piston axis and bevelled contact surface
Dabei gelten Merkmale und Details, die im Zusammenhang mit einem Verfahren beschrieben sind selbstverständlich auch im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung und umgekehrt, sodass bezüglich der Offenbarung zu den einzelnen Erfindungsaspekten stets wechselseitig Bezug genommen wird bzw. werden kann. Außerdem kann ein ggf. beschriebenes erfindungsgemäßes Verfahren mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung durchgeführt werden. Features and details described in connection with a method naturally also apply in connection with the device according to the invention, and vice versa, so that with regard to the disclosure of the individual aspects of the invention, reference is always made to each other. Furthermore, a method according to the invention that may be described can be carried out with the device according to the invention.
Die hierin verwendete Terminologie dient nur zum Zweck des Beschreibens bestimmter Ausführungsformen und soll die Offenbarung nicht beschränken. Wie hierin verwendet, sollen die Singularformen „ein/eine" und „der/die/das" auch die Pluralformen enthalten, sofern der Kontext dies nicht anderweitig klar erkennen lässt. Es wird zudem klar sein, dass die Ausdrücke „weist auf" und/oder „aufweisend", wenn in dieser Beschreibung verwendet, das Vorhandensein der genannten Merkmale, ganzen Zahlen, Schritte, Operationen, Elemente und/oder Bauteile spezifizieren, aber nicht das Vorhandensein oder den Zusatz von einem/einer oder mehreren anderen Merkmalen, ganzen Zahlen, Schritten, Operationen, Elementen, Bauteilen und/oder Gruppen derselben ausschließen. Wie hierin verwendet, enthält der Ausdruck „und/oder" jedes beliebige und alle Kombinationen von einem oder mehreren der assoziierten, aufgelisteten Elemente. The terminology used herein is for the purpose of describing particular embodiments only and is not intended to be limiting of the disclosure. As used herein, the singular forms "a" and "an" are intended to include the plural forms, unless the context clearly indicates otherwise. It will also be understood that the terms "comprises" and/or "comprising," when used in this specification, specify the presence of recited features, integers, steps, operations, elements, and/or components, but not the presence or addition of one or more other features, integers, steps, operations, elements, components, and/or groups thereof. As used herein, the term "and/or" includes any and all combinations of one or more of the associated listed elements.
Zunächst wird auf Fig. 1 und 2 Bezug genommen. First, reference is made to Figs. 1 and 2.
Ein Radialkolbenverdichter umfasst im Wesentlichen eine Verdichtereinheit 1 und eine Antriebseinrichtung 2. Der Radialkolbenverdichter umfasst ein Gehäuse, welches aus einzelnen Gehäusekomponenten zusammengesetzt sein kann, wie beispielsweise in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel aus einem Antriebsgehäuse 21, einem Zylindergehäuse 16 und einem Verdichtergehäusedeckel 17. Denkbar sind auch andere Gehäuseaufteilungen. A radial piston compressor essentially comprises a compressor unit 1 and a drive device 2. The radial piston compressor comprises a housing, which can be composed of individual housing components, such as, in the present exemplary embodiment, a drive housing 21, a cylinder housing 16 and a compressor housing cover 17. Other housing divisions are also conceivable.
Die Verdichtereinheit 1 umfasst eine Antriebswelle 11 mit einer Exzenterscheibe 12. Die Kombination aus Antriebswelle 11 und Exzenterscheibe 12 kann auch als Exzenterwelle angesprochen werden. Die Antriebswelle 11 weist eine Drehachse D auf. Die Verdichtereinheit umfasst mindestens eine Kolben-Arbeitsraum-Kombination 13, vorzugsweise mehrere Kolben- Arbeitsraum-Kombinationen 13, 13a, 13b... 13f, die radial um die Antriebswelle 11 angeordnet sind. Es kann auch von einer sternförmigen Anordnung der Kolben-Arbeitsraum-Kombinationen 13 um die Antriebswelle 11 gesprochen werden. Die Kolben-Arbeitsraum-Kombination 13 umfasst einen Arbeitsraum 131 mit einem verschiebbar darin angeordneten Kolben 132. Der Kolben 132 weist eine Kolbenachse K auf. Die Verschieberichtung des Kolbens 132 entspricht der Kolbenachse K. Der Arbeitsraum 131 kann auch als Zylinder angesprochen werden. Der Arbeitsraum 131 ist kopfseitig mit einem Zylinderdeckel 15 ausgestattet. Die Arbeitsräume 131 der Kolben-Arbeitsraum-Kombinationen 13 können zumindest teilweise aus dem Zylindergehäuse 16 ausgebildet sein. The compressor unit 1 comprises a drive shaft 11 with an eccentric disc 12. The combination of drive shaft 11 and eccentric disc 12 can also be referred to as an eccentric shaft. The drive shaft 11 has a rotational axis D. The compressor unit comprises at least one piston-working chamber combination 13, preferably several piston-working chamber combinations 13, 13a, 13b... 13f, which are arranged radially around the drive shaft 11. The piston-working chamber combinations 13 can also be referred to as a star-shaped arrangement around the drive shaft 11. The piston-working chamber combination 13 comprises a working chamber 131 with a piston 132 displaceably arranged therein. The piston 132 has a piston axis K. The displacement direction of the piston 132 corresponds to the piston axis K. The working chamber 131 can also be referred to as a cylinder. The working chamber 131 is equipped with a cylinder cover 15 on the head side. The working chambers 131 of the piston-working chamber combinations 13 can be formed at least partially from the cylinder housing 16.
Die Antriebswelle 11 wiederum kann durch die Antriebseinrichtung 2, die beispielsweise als elektrische Maschine ausgestaltet sein kann, in Drehung versetzt werden. Durch die Drehung der Antriebswelle 11 trifft die Exzenterscheibe 12 auf den Kolben 132 auf und verschiebt diesen in dem Arbeitsraum 131, wodurch das in dem Arbeitsraum befindliche Medium, beispielsweise ein Kältemittel, verdichtet werden kann. Die Rückholbewegung des Kolbens 132 kann beispielsweise durch einen Kolbenführungsring 14, der mit dem Kolben 132 in Kontakt steht, vollzogen werden. Auf diese Weise kann der Kolben 132 wieder in einen UT (unteren Tiefpunkt) verschoben werden, bis die Exzenterscheibe 12 wieder auf den Kolbenboden trifft. Der Kolben 132, insbesondere der Kolbenboden, kann auch mit einem Übertragungselement 133 ausgestattet sein bzw. zwischen der Exzenterscheibe 12 und dem Kolben 132 kann ein Übertragungselement 133 angeordnet sein. Mit dem Übertragungselement 133 wird der Hub der Exzenterscheibe 12 auf den Kolben 132 übertragen, damit dieser die Verdichtungsbewegung in Richtung eines oberen Totpunkts OT ausführen kann. Das Übertragungselement 133 kann beispielsweise aus einem anderen Material als Kolben 132 und Exzenterscheibe 12 ausgestaltet sein, insbesondere aus Sintermetall, Bronze, Messing oder Kunststoff. So können beispielsweise Verschleiß reduziert oder eine gewisse Dämpfung beim Auftreffen der Exzenterscheibe 12 erreicht werden. Die Exzenterscheibe 12 kann auch mit einem Exzenterlager 121, insbesondere einem Nadellager, ausgestattet sein. The drive shaft 11, in turn, can be rotated by the drive device 2, which can be designed, for example, as an electric machine. Due to the rotation of the drive shaft 11, the eccentric disc 12 strikes the piston 132 and displaces it in the working chamber 131, whereby the medium in the working chamber, for example a refrigerant, can be compressed. The return movement of the piston 132 can, for example, be carried out by a piston guide ring 14, which is in contact with the piston 132. In this way, the piston 132 can be displaced back to a BDC (bottom dead center) until the eccentric disc 12 again strikes the piston crown. The piston 132, in particular the Piston crown, can also be equipped with a transmission element 133 or a transmission element 133 can be arranged between the eccentric disc 12 and the piston 132. With the transmission element 133, the stroke of the eccentric disc 12 is transmitted to the piston 132 so that the latter can execute the compression movement in the direction of top dead center TDC. The transmission element 133 can, for example, be made of a different material than the piston 132 and the eccentric disc 12, in particular of sintered metal, bronze, brass, or plastic. This can, for example, reduce wear or achieve a certain degree of damping when the eccentric disc 12 impacts. The eccentric disc 12 can also be equipped with an eccentric bearing 121, in particular a needle bearing.
Die weiteren Details und Funktionsweise eines Radialkolbenverdichters sind dem Fachmann hinreichend bekannt. Für weitere Details kann beispielsweise auf die DE 10 2020 211 680 Al verwiesen werden. The further details and functionality of a radial piston compressor are well known to those skilled in the art. For further details, please refer, for example, to DE 10 2020 211 680 A1.
Nachfolgend wird auf die Fig. 3 bis 6 Bezug genommen, die Details eines Radialkolbenverdichters, insbesondere einen Kolben mit zwei Kolbenführungsringen gemäß dem Stand der Technik zeigen. Reference is made below to Figs. 3 to 6, which show details of a radial piston compressor, in particular a piston with two piston guide rings according to the prior art.
Nachfolgend wird insbesondere auf die Fig. 3 Bezug genommen. In the following, particular reference is made to Fig. 3.
Hier ist eine Kombination aus zwei Kolben, der Exzenterwelle und einem Kolbenführungsring zur besseren Übersichtlichkeit ohne weitere Anbauteile dargestellt. Im Wesentlichen soll hier die Position des Kolbenführungsringes im Hinblick auf die Kolben näher beschrieben werden. Zur Verdeutlichung der jeweiligen Kolbenstellung, sind die Positionen «unterer Totpunkt» UT und «oberer Totpunkt» OT eingezeichnet. Zudem ist erkennbar, dass der Kolbenführungsring, insbesondere die Innenseite des Kolbenführungsringes, auf der jeweiligen Kontaktfläche des Kolbens aufliegt. Es ist ersichtlich, dass der obere Kolben stets durch den unteren Kolben von OT nach UT gezogen wird, wenn der untere Kolben von UT nach OT verschoben wird. Here, a combination of two pistons, the eccentric shaft, and a piston guide ring is shown without any additional attachments for clarity. The main purpose of this illustration is to describe in more detail the position of the piston guide ring in relation to the pistons. To clarify the respective piston positions, the positions "bottom dead center" (BDC) and "top dead center" (TDC) are shown. It can also be seen that the piston guide ring, and in particular the inside of the piston guide ring, rests on the respective contact surface of the piston. It is clear that the upper piston is always pulled from TDC to BDC by the lower piston when the lower piston is moved from BDC to TDC.
Nachfolgend wird insbesondere auf Fig. 4 Bezug genommen. In the following, particular reference is made to Fig. 4.
Es ist ein Querschnitt A-A gemäß Fig. 3 dargestellt. Es ist erkennbar, dass zwei Kolbenführungsringe 14 mit jeweils rechteckförmigem Querschnitt vorgesehen sind. Die Kolbenführungsringe sind jeweils auf beiden Seiten des Kolbens bzw. der Kolbenachse angebracht. Es ist ferner erkennbar, dass der Kolben 132 die entsprechende Kontaktfläche 1321 für den Kolbenführungsring 14 aufweist. Die Innenseite 141 des Kolbenführungsringes 14 bildet dementsprechend ebenfalls eine Kontaktfläche zur Auflage auf der Kontaktfläche 1321 des Kolbens 132 auf. Entsprechend der Innenseite 141 des Kolbenführungsringes 14 ist Kontaktfläche 1321 korrespondierend ausgestaltet. Die Kontaktfläche 1321 weist in diesem Fall, wie die Innenfläche 141, eine plane Fläche auf, die zudem parallel zur Drehachse der Exzenterwelle bzw. senkrecht zur Kolbenachse ausgerichtet ist. Zur Verhinderung einer Verkippung des Kolbens durch die Rückzugskraft werden standardmäßig zwei Kolbenführungsringe verwendet. A cross-section AA according to Fig. 3 is shown. It can be seen that two piston guide rings 14, each with a rectangular cross-section, are provided. The piston guide rings are mounted on both sides of the piston or the piston axis. It can also be seen that the piston 132 has the corresponding contact surface 1321 for the piston guide ring 14. The inner side 141 of the piston guide ring 14 accordingly also forms a contact surface for resting on the contact surface 1321 of the piston 132. The contact surface 1321 is designed to correspond to the inner side 141 of the piston guide ring 14. In this case, the contact surface 1321, like the inner surface 141, has a flat surface, which is also aligned parallel to the axis of rotation of the eccentric shaft and perpendicular to the piston axis. To prevent the piston from tilting due to the retraction force, two piston guide rings are used as standard.
Nachfolgend wird insbesondere auf Fig. 5 Bezug genommen. In the following, particular reference is made to Fig. 5.
Es ist ein Kolben in einem Querschnitt dargestellt. Mit dem Bezugszeichen M ist der Masseschwerpunkt des Kolbens dargestellt. Mit dem Bezugszeichen R ist die Rückzugskraft des Kolbenführungsrings auf den Kolben an der Kontaktfläche dargestellt. Es ist erkennbar, dass sich bei zwei Krafteinleitungspunkten bzgl. des Massenschwerpunktes kein Verkippmoment V ergibt. A piston is shown in cross-section. Reference symbol M represents the center of mass of the piston. Reference symbol R represents the retraction force of the piston guide ring on the piston at the contact surface. It can be seen that with two force application points relative to the center of mass, no tilting moment V results.
Nachfolgend wird insbesondere auf Fig. 6 Bezug genommen. In the following, particular reference is made to Fig. 6.
Es ist ein Kolben in einem Querschnitt dargestellt. Es soll angedeutet werden, dass es bei Verwendung nur eines Kolbenführungsringes, beispielsweise aus bauraumbedingten, ökonomischen Erwägungen, bezüglich des Massenschwerpunktes zu einem Verkippmoment V kommt. A piston is shown in cross-section. It should be noted that when only one piston guide ring is used, for example, due to space-related or economical considerations, a tilting moment V occurs with respect to the center of mass.
Nachfolgend wird auf die Fig. 7 bis 12 Bezug genommen. In den Fig. 7 bis 12 sind Ausführungsformen verschiedener Komponenten eines erfindungsgemäßen Radialkolbenverdichters dargestellt. Reference is made below to Figs. 7 to 12. Figs. 7 to 12 illustrate embodiments of various components of a radial piston compressor according to the invention.
Nachfolgend wird insbesondere auf Fig. 7 Bezug genommen. In the following, particular reference is made to Fig. 7.
Es ist ein Kolben 132 im Querschnitt mit zwei Kontaktflächen 1321a abgebildet. Es ist eine angeschrägte Kontaktfläche 1321a vorgesehen, insbesondere dergestalt, dass die Kontaktfläche 1321a in Richtung der Kolbenachse K, insbesondere in Richtung des Masseschwerpunktes M gekippt ist. Zur Orientierung ist ein Winkel a eingezeichnet. Es ist ferner eine Rückzugskraft R eingezeichnet, die senkrecht auf der Kontaktfläche 1321a steht. Es ist erkennbar, dass die Rückzugskraft R bzw. deren Kraftvektor, den Massenschwerpunkt M schneidet. Dies ist vorzugsweise der Fall, wenn eine Senkrechte S auf der Kontaktfläche 1321a den Masseschwerpunkt M schneidet. Die Rückzugskraft R wirkt nach wie vor parallel zu Kolbenachse K, allerdings kommt es bei der Abstützung an dieser schrägen Fläche 1321a zur Aufteilung der Kraft in die Richtung parallel und orthogonal zur Fläche. Dargestellt ist eine Kraftkomponente. Die Herstellung einer entsprechenden Form ist beispielsweise mit einem Schwalbenschwanzfräser möglich. A piston 132 is shown in cross-section with two contact surfaces 1321a. A beveled contact surface 1321a is provided, in particular such that the contact surface 1321a is tilted in the direction of the piston axis K, in particular in the direction of the center of mass M. An angle α is shown for orientation. A retraction force R is also shown, which is perpendicular to the contact surface 1321a. It can be seen that the retraction force R, or its force vector, intersects the center of mass M. This is preferably the case when a perpendicular S on the contact surface 1321a intersects the center of mass M. The retraction force R still acts parallel to the piston axis K, but when supported on this inclined surface 1321a, the force is divided in the direction parallel and orthogonal to the surface. One force component is shown. The production of a corresponding shape is possible, for example, with a dovetail milling cutter.
Nachfolgend wird insbesondere auf Fig. 8 Bezug genommen. In the following, particular reference is made to Fig. 8.
Es ist ein Kolben 132 im Querschnitt mit zwei angeschrägten Kontaktflächen 1321a abgebildet. Es ist erkennbar, dass nur ein einziger Kolbenführungsring 14 vorgesehen ist. Es ist ferner erkennbar, dass ein einziger Kolbenführungsring 14 mit Rechteckguerschnitt in der Nut in Schwalbenschwanzform aufgenommen ist, wobei die Kontaktfläche 1321a von einem Teil der Nut in Schwalbenschwanzform gebildet wird, insbesondere von der, der Drehachse D zugewandten Flanke der Nut in Schwalbenschwanzform. A piston 132 is depicted in cross-section with two beveled contact surfaces 1321a. It can be seen that only a single piston guide ring 14 is provided. It can also be seen that a single piston guide ring 14 with a rectangular cross-section is received in the dovetail-shaped groove, with the contact surface 1321a being formed by a portion of the dovetail-shaped groove, in particular by the flank of the dovetail-shaped groove facing the rotational axis D.
Nachfolgend wird insbesondere auf Fig. 9 Bezug genommen. In the following, particular reference is made to Fig. 9.
Es ist ein Kolben 132 im Querschnitt mit nur einem Kolbenführungsring 14 mit einem konischen Querschnitt mit entsprechender Auslegung des Winkels der Kontaktfläche 141a vorgesehen, damit der Kraftvektor durch den Massenschwerpunkt M verläuft. A piston 132 in cross-section with only one piston guide ring 14 with a conical cross-section with appropriate design of the angle of the contact surface 141a is provided so that the force vector passes through the center of mass M.
Nachfolgend wird insbesondere auf Fig. 10 Bezug genommen. In the following, particular reference is made to Fig. 10.
Es ist ein einzelner Kolbenführungsring 14 mit konischem Querschnitt in einer geschnittenen perspektivischen Ansicht dargestellt. Es ist erkennbar, dass die Innenfläche 141a des Kolbenführungsringes 14 eine zu einer angeschrägten Kontaktfläche 1321 des Kolbens 132 korrespondierende Ausgestaltung aufweist, insbesondere eine ebenfalls angeschrägte Innenfläche bzw. Kontaktfläche 141a aufweist. A single piston guide ring 14 with a conical cross-section is shown in a sectional perspective view. It can be seen that the inner surface 141a of the piston guide ring 14 has a configuration corresponding to a beveled contact surface 1321 of the piston 132, in particular, it has a likewise beveled inner surface or contact surface 141a.
Nachfolgend wird insbesondere auf Fig. 11 Bezug genommen. Es ist ein Detail eines Kolbens 132 und eines Kolbenführungsringes 14 dargestellt. Zur Verdeutlichung einiger Kraftvektoren sind eine Kraftkomponente 01 ohne Verkippmoment, eine Kraftkomponente 02 mit verringertem Kippmoment und die Rückzugskraft R dargestellt. Diese Kraftkomponente 02 würde sich an der planen Auflage zum Kolben, insbesondere zur Fläche parallel zur Kolbenachse K, anlegen. Je nach Toleranz findet der Kontakt an einer beliebigen Stelle statt und führt entsprechend zur Beeinflussung eines Verkippmomentes durch die Kraftkomponente 02. Dies ist insbesondere aus der Ausgestaltung gemäß Fig. 12 ersichtlich. Der Kontakt ist definiert im oberen Bereich, nah am Massenschwerpunkt M. In the following, particular reference is made to Fig. 11. A detail of a piston 132 and a piston guide ring 14 is shown. To clarify some force vectors, a force component O1 without tilting moment, a force component O2 with reduced tilting moment, and the retraction force R are shown. This force component O2 would be applied to the flat support of the piston, in particular to the surface parallel to the piston axis K. Depending on the tolerance, the contact takes place at any point and accordingly leads to the influence of a tilting moment by the force component O2. This is particularly evident in the design according to Fig. 12. The contact is defined in the upper area, close to the center of mass M.
Nachfolgend wird insbesondere auf Fig. 12 Bezug genommen. In the following, particular reference is made to Fig. 12.
Es ist ein Detail eines Kolbens 132 und eines Kolbenführungsringes 14 dargestellt. Es ist ein Kolbenführungsring 14 mit zusätzlicher konischer Innenfläche 141a zur Erzeugung eines bestimmten günstigen Kontaktpunktes erkennbar. In dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Kontaktfläche 141a in einem Winkel a von 55° bezogen auf die Kolbenachse K ausgerichtet. Aus diesem Ausführungsbeispiel ergibt sich bei einer angenommenen Rückzugskraft R von 1 Newton ein Verkippmoment V von 1 , 22 N * 3,87mm (O2*H1) = 4,72 Nmm. Die Andruckkraft des Kolbenführungsrings 14 auf die angeschrägte Kontaktfläche 1321a beträgt entsprechend 1,74N. Hl ist hierbei der Abstand zum Massenschwerpunkt M. A detail of a piston 132 and a piston guide ring 14 is shown. A piston guide ring 14 with an additional conical inner surface 141a for creating a specific favorable contact point can be seen. In the exemplary embodiment shown here, the contact surface 141a is aligned at an angle a of 55° with respect to the piston axis K. From this exemplary embodiment, with an assumed retraction force R of 1 Newton, a tilting moment V of 1.22 N * 3.87 mm (O2 * H1) = 4.72 Nmm results. The pressing force of the piston guide ring 14 on the beveled contact surface 1321a is accordingly 1.74 N. H1 is the distance to the center of mass M.
Das ursprüngliche Verkippmoment, also das Verkippmoment bei einem einzigen Kolbenführungsring mit einer Kontaktfläche bzw. Innenfläche, die parallel zur Drehachse D der Exzenterwelle bzw. senkrecht zur Kolbenachse K ausgerichtet ist, würde bei diesem Beispiel, also einer angenommenen Rückzugskraft von IN, 5,23 Nmm, also 1N*5, 225mm betragen. Es kann am gezeigten Beispiel eine Verringerung des Verkippmomentes von etwa 10% herbeigeführt werden. The original tilting moment, i.e. the tilting moment for a single piston guide ring with a contact surface or inner surface aligned parallel to the rotational axis D of the eccentric shaft or perpendicular to the piston axis K, would be 5.23 Nmm, i.e. 1N*5, 225mm, in this example, assuming a retraction force of IN. A reduction in the tilting moment of approximately 10% can be achieved in the example shown.
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