DE60216880T2

DE60216880T2 - Beschichtung eines Taumelscheibenverdichters

Info

Publication number: DE60216880T2
Application number: DE60216880T
Authority: DE
Inventors: Takahiro Kariya-shi Sugioka; Akira Kariya-shi Onoda; Minoru Kariya-shi Mera; Tomohiro Kariya-shi Murakami; Manabu Kariya-shi Sugiura
Original assignee: Toyota Industries Corp
Current assignee: Toyota Industries Corp
Priority date: 2001-11-07
Filing date: 2002-10-07
Publication date: 2007-08-02
Anticipated expiration: 2022-10-08
Also published as: EP1310674A2; DE60216880D1; KR20030038344A; JP2003138287A; BR0204392A; CN1232579C; KR100493218B1; JP3918516B2; EP1310674B1; US6752065B2; EP1310674A3; US20030089223A1; CN1417251A

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Gebiet der Erfindung
Die Erfindung bezieht sich allgemein auf eine Gleitvorrichtung, die sich zwischen einer Mehrzahl von Elementen befindet, um eine leichte Bewegung der Elemente gegeneinander zu ermöglichen, sowie auf ein Gleitelement, das für die Gleitvorrichtung verwendet wird.
Diskussion des Stands der Technik
Als ein Beispiel für das Gleitelement offenbart die JP-A 60-22080 eine Taumelscheibe und einen Schuh eines Taumelscheibenverdichters, bei dem die Taumelscheibe und/oder der Schuh eine Feststoffschmiermittelschicht hat, die ein Feststoffschmiermittel und ein Duroplastharz umfasst, mit dem Teilchen des Feststoffschmiermittels zusammengehalten werden. Beispiele für das Feststoffschmiermittel sind Molybdändisulfid, Wolframdisulfid, Grafit, Bornitrid und Fluorharz, während Beispiele für das Duroplastharz Phenolharz, Epoxidharz, Furanharz, Harnstoffharz, Polyamidimidharz und ungesättigter Polyester sind. Die JP-A-8-199327 offenbart eine aus einem Eisenwerkstoff oder Aluminiumwerkstoff geformte Taumelscheibe. Die Taumelscheibe ist auf ihrer Oberfläche in dieser Reihenfolge von einer harten Schicht und einer weichen Schicht überzogen. Die harte Schicht wird durch Aufsprühen eines Werkstoffs auf Kupferbasis oder Aluminiumbasis gebildet, während die weiche Schicht durch einen Überzug aus Blei, Zinn oder Blei-Zinn oder eine Beschichtung aus Polytetrafluorethylen, Molybdändisulfid oder Molybdändisulfid-Grafit gebildet wird. Ein weiteres Beispiel eines Gleitelements ist in der US 6,305,847 offenbart.
KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
Jedes der in den oben angegebenen Veröffentlichungen offenbarte Gleitelement hat gute Eigenschaften. Da jedoch von verschiedenen Vorrichtungen, in denen das Gleitelement eingebaut wird, eine geringere Größe und ein geringeres Gewicht sowie ein besseres Leistungsvermögen verlangt werden, muss das Gleitelement unter schwereren oder härteren Lastbedingungen arbeiten. Daher besteht Entwicklungsbedarf für ein Gleitelement mit besseren Eigenschaften. In den ausführlichen Studien, die von den Erfindern vorgenommen wurden, um diesen Bedarf zu decken, stellte sich heraus, dass ein Gleitelement mit einer Gleitschicht, die eine verhältnismäßig große Menge Polytetrafluorethylen enthält, unter beispielsweise Hochlastbedingungen, bei denen ein Taumelscheibenverdichter in einem ungeschmierten Zustand (trockenen Zustand) betrieben wird, eine hervorragende Beständigkeit gegen Festfraß und Verschleiß zeigen. Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zu Grunde, eine Gleitvorrichtung und ein Gleitelement zur Verfügung zu stellen, die unter Hochlastbedingungen eine hervorragende Beständigkeit gegen Festfraß und Verschleiß zeigt. Die Aufgabe kann durch eine der folgenden Erfindungsformen erreicht werden, die jeweils zum leichteren Verständnis der Erfindung wie die beigefügten Ansprüche nummeriert sind und gegebenenfalls von einer anderen Form oder anderen Formen abhängen, um mögliche Kombinationen an Elementen oder technischen Merkmalen der Erfindung anzugeben und zu verdeutlichen. Es versteht sich, dass die Erfindung nicht auf die technischen Merkmale oder irgendwelche Kombinationen von ihnen beschränkt ist, die allein aus Gründen der Veranschaulichung beschrieben werden. Es versteht sich auch, dass die mehreren Elemente oder Merkmale, die bei einer der folgenden Erfindungsformen enthalten sind, nicht unbedingt alle zusammen vorgesehen sein müssen und die Erfindung auch ohne einige der Elemente oder Merkmale ausgeführt werden kann, die im Zusammenhang mit dieser Form beschrieben werden. Die Erfindung stellt sich daher wie in Anspruch 1 angegeben dar.

(1) Gleitelement mit mindestens einer Gleitschicht, die ein Feststoffschmiermittel und mindestens ein Duroplastharz umfasst, mit dem Teilchen des Feststoffschmiermittels zusammengehalten werden, wobei das Feststoffschmiermittel 10–40 Vol.-% Polytetrafluorethylen umfasst.

Das Gleitelement mit der Gleitschicht, die eine verhältnismäßig große Menge Polytetrafluorethylen enthält, zeigt unter sehr harten Gleitbedingungen oder Hochlastbedingungen, bei denen der Schmierstoff nicht oder äußerst unzureichend vorhanden ist, eine hervorragende Beständigkeit gegenüber Festfraß und Verschleiß. Dementsprechend eignet sich das wie oben beschrieben aufgebaute Gleitelement für eine Gleitvorrichtung, die unter den harten Gleitbedingungen oder Hochlastbedingungen betrieben wird. Dieses Gleitelement wird zum Beispiel für eine Gleitvorrichtung eines Verdichters, für ein Universalgleitlager oder für einen Gleitabschnitt zwischen einem Kolben und einem Zylinderblock in einem Motor verwendet.

(2) Gleitelement gemäß der obigen Form (1), bei dem das Feststoffschmiermittel nicht weniger als 14 Vol.-% Polytetrafluorethylen umfasst.
(3) Gleitelement gemäß der obigen Form (2), bei dem das Feststoffschmiermittel nicht weniger als 18 Vol.-% Polytetrafluorethylen umfasst.
(4) Gleitelement gemäß einer der obigen Formen (1)–(3), bei dem das Feststoffschmiermittel außerdem 5–30 Vol.-% Molybdändisulfid umfasst. Wenn das Feststoffschmiermittel außerdem Molybdändisulfid umfasst, zeigt das Gleitelement vorteilhafter Weise noch bessere Gleiteigenschaften. Das Molybdändisulfid ist im Feststoffschmiermittel vorzugsweise in einer Menge von nicht weniger als 7 Vol.-%, besser noch in einer Menge von nicht weniger als 15 Vol.-% enthalten.
(5) Gleitelement gemäß einer der obigen Formen (1)–(4), bei dem das mindestens eine Duroplastharz Polyamidimid als Hauptbestandteil umfasst. Als Duroplastharz wird zum Beispiel vorzugsweise Phenolharz, Epoxidharz, Furanharz, Harnstoffharz oder ungesättigter Polyester eingesetzt. Besonders zu bevorzugen ist Polyamidimidharz.
(6) Gleitvorrichtung mit: mindestens einem ersten Gleitelement, das jeweils mindestens eine Gleitschicht enthält, die ein Feststoffschmiermittel und mindestens ein Duroplastharz umfasst, mit dem Teilchen des Feststoffschmiermittels zusammengehalten werden, wobei das Feststoffschmiermittel 10–40 Vol.-% Polytetrafluorethylen umfasst; und mindestens einem zweiten Gleitelement, das mit einer Zusammensetzung auf Nickelbasis überzogen ist; und wobei das mindestens eine erste Gleitelement und das mindestens eine zweite Gleitelement gegeneinander gleiten.

Wenn das Gleitelement mit der Gleitschicht, die eine verhältnismäßig große Menge an Polytetrafluorethylen enthält, auf einem Element gleitet, das mit einem Überzug auf Nickelbasis bedeckt ist, zeigt dieses Gleitelement einen deutlich höheren Grad an Festfraßbeständigkeit und Verschleißbeständigkeit als die andere Gleitelementart, die anstelle des Polytetrafluorethylens eine verhältnismäßig große Menge Molybdändisulfid enthält. Jedes der Merkmale gemäß den oben beschriebenen Formen (2)–(5) ist auch bei der Gleitvorrichtung gemäß dieser Form (6) anwendbar.

(7) Gleitvorrichtung gemäß der obigen Form (6), bei der das mindestens eine zweite Gleitelement einen Grundkörper hat, der aus einer Aluminiumlegierung gebildet ist und mit der Zusammensetzung auf Nickelbasis überzogen ist.
(8) Gleitvorrichtung gemäß der obigen Form (6) oder (7), bei der das mindestens eine zweite Gleitelement mit einem stromlosen Überzug aus der Zusammensetzung auf Nickelbasis überzogen ist.
(9) Gleitvorrichtung gemäß einer der obigen Formen (6)–(8), bei der das mindestens eine zweite Gleitelement mit mindestens einem Überzugfilm auf Nickelbasis überzogen ist, der aus der Zusammensetzung auf Nickelbasis gebildet ist und der aus einem Ni-P-Film, einem Ni-B-Film, einem Ni-P-B-W-Film und einem Ni-P-B-Film ausgewählt ist.
(10) Gleitvorrichtung gemäß einer der obigen Formen (6)–(9), bei der die Gleitvorrichtung für einen Verdichter eingesetzt wird.

In einem Verdichter, wie etwa einem Kühlmittelgasverdichter für ein Kraftfahrzeug, ist das Schmiermittel in dem unter Druck stehenden Kühlmittelgas in Form eines Nebels eingemischt, sodass das Gleitelement durch den im unter Druck stehenden Kühlmittelgas enthaltenen Schmiermittelnebel geschmiert wird. Wenn diese Verdichterbauart nach einer verhältnismäßig langen Unterbrechung erneut gestartet wird, arbeitet die Gleitvorrichtung des Verdichters im Wesentlichen unter Abwesenheit des Schmiermittels. In diesem Fall tendiert das Gleitelement zum Festfraß. Das Gleitelement zeigt mit zunehmender Menge des in seiner Gleitschicht enthaltenen Feststoffschmiermittels eine höhere Beständigkeit gegenüber Festfraß. Die Erhöhung der Feststoffschmiermittelmenge senkt jedoch ungewünschter Weise die Verschleißbeständigkeit des Gleitelements. Das vorgeschlagene Gleitelement, dessen Gleitschicht eine verhältnismäßig große Menge Polytetrafluorethylen enthält, zeigt dagegen einen hohen Grad an Festfraßbeständigkeit und Verschleißbeständigkeit. Die Erfindung lässt sich vorzugsweise bei Gleitvorrichtungen verschiedener Verdichterbauarten anwenden, zum Beispiel bei Flügeln und einem Rotor oder Flügeln und Seitenplatten eines Flügelradverdichters, bei den zwei Schrauben eines Schraubenverdichters, bei Schuhen und einer Taumelscheibe eines Taumelscheibenverdichters usw.

(11) Gleitvorrichtung gemäß der obigen Form (10), bei der der Verdichter einer Taumelscheibenbauart entspricht und die Gleitvorrichtung als das mindestens eine erste Gleitelement eine Taumelscheibe und jeweils als das mindestens eine zweite Gleitelement Schuhe zum Gleiten auf der Taumelscheibe umfasst.

Die Taumelscheibe ist im Allgemeinen aus einem Eisenwerkstoff, insbesondere Gusseisen geformt.

(12) Gleitvorrichtung gemäß einer der obigen Form (6)–(11), bei der das mindestens eine erste Gleitelement einen eisenhaltigen Grundkörper hat und die mindestens eine Gleitschicht auf dem eisenhaltigen Grundkörper ausgebildet ist.

KURZBESCHREIBUG DER ZEICHNUNGEN
Die obigen und weitere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der Erfindung sowie ihre technische und industrielle Bedeutung erschließt sich besser noch aus der folgenden ausführlichen Beschreibung eines derzeit bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung, die im Zusammenhang mit den beigefügten Zeichnungen zu lesen ist, die Folgendes zeigen:
1 eine Seitenansicht auf einen Taumelscheibenverdichter, der mit einer Taumelscheibe und Schuhen ausgestattet ist, die eine Gleitvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung darstellen;
2 im Schnitt eine vergrößerte Seitenansicht des Schuhs und eines Abschnitts der Taumelscheibe; und
3 im Schnitt eine Seitenansicht, die schematisch eine Prüfvorrichtung zeigt, die bei der Untersuchung der Gleiteigenschaften der Taumelscheibe und des Schuhs verwendet wurde.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DES BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELS
Unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen wird ein derzeit bevorzugtes Ausführungsbeispiel dieser Erfindung beschrieben, das bei einem Taumelscheibenverdichter Anwendung findet, der für ein Klimatisierungssystem eines Kraftfahrzeugs eingesetzt wird und dazu ausgelegt ist, ein Kühlmittel zu verdichten. In 1 ist zunächst ein Verdichter der Taumelscheibenbauart gezeigt. In 1 bezeichnet die Bezugszahl 10 einen Zylinderblock mit einer Vielzahl von Zylinderbohrungen 12, die so in seiner Axialrichtung ausgebildet sind, dass sie entlang eines Kreises angeordnet sind, dessen Mitte auf der Mittellinie des Zylinderblocks 10 liegt. In den jeweiligen Zylinderbohrungen 12 sind allgemein mit 14 bezeichnete Einzelkopfkolben (im Folgenden einfach als „Kolben 14" bezeichnet) aufgenommen, sodass sie sich hin und her bewegen können. An einer der axial entgegen gesetzten Endflächen des Zylinderblocks 10 (der linken Endfläche in 1, die als „vordere Endfläche" bezeichnet wird) ist ein Frontgehäuse 16 angebracht. An der anderen Endfläche (der rechten Endfläche in 1, die als „hintere Endfläche" bezeichnet wird) ist über eine Ventilplatte 20 ein Rückgehäuse 18 angebracht. Das Frontgehäuse 16, das Rückgehäuse 18 und der Zylinderblock 10 arbeiten so zusammen, dass sie einen Gehäuseaufbau des Taumelscheibenverdichters bilden. Das Rückgehäuse 18 und die Ventilplatte 20 arbeiten so zusammen, dass sie eine Ansaugkammer 22 und eine Abgabekammer 24 definieren, die über einen Einlass 26 bzw. einen Auslass 28 mit einem (nicht gezeigten) Kühlkreis verbunden sind. Die Ventilplatte 20 hat Ansaugöffnungen 32, Ansaugventile 34, Abgabeöffnungen 36 und Abgabeventile 38.
In dem Zylinderblock 10 und dem Frontgehäuse 16 ist eine drehbare Antriebswelle 50 so angeordnet, dass ihre Drehachse an der Mittellinie des Zylinderblocks 10 ausgerichtet ist. Die Antriebswelle 50 wird an ihren entgegen gesetzten Endabschnitten jeweils über entsprechende Lager durch das Frontgehäuse 16 bzw. den Zylinderblock 10 abgestützt, sodass sich die Antriebswelle 50 bezüglich des Frontgehäuses 16 und des Zylinderblocks 10 drehen kann. In einem zentralen Abschnitt des Zylinderblocks 10 ist ein zentrales Lagerloch 56 ausgebildet, in dem sich das Lager befindet, das die Antriebswelle 50 an ihrem hinteren Endabschnitt abstützt. Der vordere Endabschnitt der Antriebswelle 50 ist über einen Kupplungsmechanismus wie eine elektromagnetische Kupplung mit einer (nicht gezeigten) externen Antriebsquelle in Form eines Kraftfahrzeugmotors verbunden. Beim Betrieb des Verdichters ist die Antriebswelle 50 durch den Kupplungsmechanismus mit dem laufenden Fahrzeugmotor verbunden, sodass sich die Antriebswelle 50 um ihre Achse dreht.
Die drehbare Antriebswelle 50 trägt eine Taumelscheibe 60 derart, dass sich diese bezüglich der Antriebswelle 50 axial bewegen und neigen kann. Die Taumelscheibe 60 hat ein zentrales Loch 61, durch das die Antriebswelle 50 geht. Die Innenabmessung des zentralen Lochs 61 nimmt in Vertikalrichtung der 1 allmählich vom axial mittleren Abschnitt zu jedem der axial entgegen gesetzten Enden zu, wobei die Querschnittform des zentralen Lochs 61 an jedem der axial entgegen gesetzten Enden länglich ist. An der Antriebswelle 50 ist ein Drehelement wie ein Drehmomentübertragungselement befestigt, das über ein Axiallager 64 mit dem Frontgehäuse 16 in Eingriff gehalten wird. Die Taumelscheibe 60 dreht sich während der Drehung der Antriebswelle 50 über einen Gelenk mechanismus 66 mit der Antriebswelle 50. Der Gelenkmechanismus 66 führt die Taumelscheibe 60 bei ihrer Axialbewegung und Neigebewegung. Der Gelenkmechanismus 66 umfasst ein Paar an dem Drehelement 62 befestigter Stützarme 67, Führungsstifte 69, die an der Taumelscheibe 60 ausgebildet sind und die gleitfähig mit in den Stützarmen 67 ausgebildeten Führungslöchern 68 in Eingriff stehen, das zentrale Loch 61 der Taumelscheibe 60 und die Außenumfangsfläche der Antriebswelle 50.
Der oben angesprochene Kolben 14 umfasst einen Eingriffsabschnitt 70, der mit dem radial äußeren Abschnitt der Gegenflächen der Taumelscheibe 60 in Eingriff steht, und einen Kopfabschnitt 72, der als eine Einheit mit dem Eingriffabschnitt 70 ausgebildet ist und gleitfähig in die entsprechende Zylinderbohrung 12 eingepasst ist. Der Kopfabschnitt 72 des Kolbens 14 ist bei diesem Ausführungsbeispiel hohl, wodurch das Gewicht des Kolbens 14 reduziert wird. Der Kopfabschnitt 72, die Zylinderbohrung 12 und die Ventilplatte 20 arbeiten miteinander zusammen, sodass sie eine Druckbeaufschlagungskammer definieren. Der Eingriffsabschnitt 70 steht mit dem radial äußeren Abschnitt der Gegenflächen der Taumelscheibe 60 über ein Paar teilkugelkopfförmiger Schuhe 67 in Eingriff. Die Schuhe 76 werden noch ausführlicher beschrieben. Der Kolben 14 hat bei diesem Ausführungsbeispiel an einem der beiden entgegen gesetzten Enden einen einzelnen Kopfabschnitt 72 und wird auch als Einzelkopfkolben bezeichnet.
Der Kolben 14 wird durch die Drehung der Taumelscheibe 60 hin und her bewegt. Genauer gesagt wird die Drehbewegung der Taumelscheibe 60 über die Schuhe 76 in eine lineare Hin- und Herbewegung des Kolbens 14 umgewandelt. Wenn sich der Kolben 14 von seinem oberen Totpunkt zu seinem unteren Totpunkt bewegt, d.h. wenn sich der Kolben 14 im Ansaughub befindet, wird ein Kühlmittelgas in der Ansaugkammer 22 durch die Ansaugöffnung 32 und das Ansaugventil 34 in die Druckbeaufschlagungskammer der Zylinderbohrung 12 gesaugt. Wenn sich der Kolben 14 von seinem unteren Totpunkt zu seinem oberen Totpunkt bewegt, d.h. wenn sich der Kolben 14 im Verdichtungshub befindet, wird das Kühlmittelgas in der Druckbeaufschlagungskammer der Zylinderbohrung 12 durch den Kolben 14 mit Druck beaufschlagt. Das mit Druck beaufschlagte Kühlmittelgas in der Druckbeaufschlagungskammer wird durch die Abgabeöffnung 36 und das Abgabeventil 38 in die Abgabekammer 24 abgegeben. Durch die Verdichtung des Kühlmittelgases in der Druckbeaufschlagungskammer wirkt auf den Kolben 14 in Axialrichtung eine Gegenkraft. Diese Verdichtungsgegenkraft wird über den Kolben 14, die Taumelscheibe 60, das Drehelement 62 und das Axiallager 64 von dem Frontgehäuse 16 aufgenommen.
Durch den Zylinderblock 10 hindurchgehend ist ein Einlasskanal 80 ausgebildet, um eine Verbindung zwischen der Abgabekammer 24 und einer Kurbelkammer 86 herzustellen, die zwischen dem Frontgehäuse 16 und dem Zylinderblock 10 definiert ist. Der Einlasskanal 80 ist mit einem solenoidbetätigten Steuerungsventil 90 verbunden, das den Druck in der Kurbelkammer 86 steuern soll. Das solenoidbetätigte Steuerungsventil 90 hat eine Solenoidwicklung 92. Die Menge des an die Solenoidwicklung 92 angelegten elektrischen Stroms wird abhängig von der Klimatisierungslast von einer nicht gezeigten Steuerungsvorrichtung, die vornehmlich von einem Computer gebildet wird, gesteuert.
Durch die drehbare Antriebswelle 50 geht ein Ablasskanal 100 hindurch. Der Ablasskanal 100 öffnet sich an einem seiner entgegen gesetzten Enden zum zentralen Lagerloch 56 und an seinem anderen Ende zur Kurbelkammer 86. Das zentrale Lagerloch 56 steht an seinem Boden über eine Verbindungsöffnung 104 mit der Ansaugkammer 22 in Verbindung.
Der besprochene Taumelscheibenverdichter entspricht einer Bauart mit variablem Durchsatz. Indem unter Nutzung einer Differenz zwischen dem Druck in der Abgabekammer 24 als einer Hochdruckquelle und dem Druck in der Ansaugkammer 22 als einer Niederdruckquelle der Druck in der Kurbelkammer 86 gesteuert wird, kann die Differenz zwischen dem Druck in der Druckbeaufschlagungskammer der Zylinderbohrung 12 und dem Druck in der Kurbelkammer 86 eingestellt werden, um den Neigungswinkel der Taumelscheibe 60 bezüglich einer zur Rotationsachse der Antriebswelle 50 senkrechten Ebene zu ändern und dadurch die Hin- und Herbewegung (Ansaug- und Verdichtungshub) des Kolbens 14 zu ändern, wodurch das Hubvolumen des Verdichters angepasst werden kann. Genauer gesagt wird die Kurbelkammer 86 durch Erregung und Entregung der Solenoidwicklung 72 des solenoidbetätigten Steuerungsventils 90 gezielt mit der Abgabekammer 24 verbunden und von ihr getrennt, so dass der Druck in der Kurbelkammer 86 gesteuert wird. Die Taumelscheibenneigungswinkeländerungsvorrichtung zum Ändern des Neigungswinkels der Taumelscheibe wird in diesem Ausführungsbeispiel durch den Gelenkmechanismus 66, die Zylinderbohrungen 12, den Kolben 14, die Ansaugkammer 22, die Abgabekammer 24, das zentrale Lagerloch 56, die Kurbelkammer 86, den Ablasskanal 100, die Verbindungsöffnung 104, die nicht gezeigte Steuerungsvorrichtung usw. gebildet.
Der Zylinderblock 10 und die Kolben 14 sind aus einer Aluminiumlegierung geformt. Der Kolben 14 ist auf seiner Außenumfangsfläche mit einem Fluorharzfilm beschichtet, der einen direkten Kontakt der Aluminiumlegierung des Kolbens 14 mit der Aluminiumlegierung des Zylinderblocks 10 verhindert, damit dazwischen ein Festfraß vermieden wird, und es ermöglicht, das Spiel zwischen dem Kolben 14 und der Zylinderbohrung 12 zu minimieren. Für den Zylinderblock 10, den Kolben 14 und den Beschichtungsfilm können auch andere Werkstoffe verwendet werden.
Der Endabschnitt des Eingriffabschnitts 70 des Kolbens 14, der abseits vom Kopfabschnitt 72 liegt, hat einen U-förmigen Querschnitt. Genauer gesagt hat der Eingriffsabschnitt 70 einen Fußabschnitt 124, der den Boden der U-Form definiert, und ein Paar im Großen und Ganzen paralleler Armabschnitte 120, 122, die vom Fußabschnitt 124 aus senkrecht zur Achse des Kolbens 14 verlaufen. Die beiden entgegensetzten Seitenwände der U-Form des Eingriffsabschnitts 70 haben jeweils eine Vertiefung 128, die beide einander gegenüberliegen. Jede dieser Vertiefungen 128 wird von einer teilkugelförmigen Innenfläche der Seitenwand definiert. Die teilkugelförmigen Innenflächen der Vertiefungen 128 befinden sich auf der gleichen Kugelfläche.
Wie in 2 gezeigt ist, hat jeder der beiden Schuhe 76 im Wesentlichen eine Teilkugelkopfform und umfasst eine generell konvexe teilkugelförmige Oberfläche 132 und eine generell flache Oberfläche 138. Genau genommen ist die flache Oberfläche 138 eine leicht konvexe gekrümmte Oberfläche (zum Beispiel eine konvexe teilkugelförmige Oberfläche mit deutlich größerem Krümmungsradius) und hat einen Verjüngungsabschnitt, der an einem radial äußeren Abschnitt von ihr ausgebildet ist. Die teilkugelförmige Oberfläche 132 hat einen zylinderförmigen Abschnitt, der angrenzend zur flachen Oberfläche 138 ausgebildet ist.
Die Grenze zwischen der konvexen gekrümmten Oberfläche und dem Verjüngungsabschnitt, die Grenze zwischen dem Verjüngungsabschnitt und dem zylinderförmigen Abschnitt und die Grenze zwischen dem zylinderförmigen Abschnitt und der konvexen teilkugelförmigen Oberfläche sind abgerundet, so dass sie jeweils verschieden kleine Krümmungsradien haben. Die beiden Schuhe 76 stehen an ihren teilkugelförmigen Oberflächen 132 gleitfähig mit den teilkugelförmigen Innenflächen der Vertiefungen 128 des Kolbens 14 und an ihren flachen Oberflächen 138 gleitfähig mit dem radial äußeren Abschnitt der Gegenflächen der Taumelscheibe 60, d.h. mit den Gleitflächen 140, 142 der Taumelscheibe 60, in Eingriff. Die beiden Schuhe 76 sind so gestaltet, dass sich ihre konvexen teilkugelförmigen Oberflächen 132 auf der gleichen Kugelfläche befinden. Mit anderen Worten hat jeder Schuh 76 eine Teilkugelkopfform, deren Größe um einen Betrag, der der Hälfte der Dicke der Taumelscheibe 60 entspricht, kleiner als eine Halbkugel ist. Die Form des Schuhs ist nicht auf das beschränkt, was oben beschrieben wurde. So ist zum Beispiel ein Schuh, der für einen Verdichter einer Bauart mit festem Durchsatz verwendet wird, wünschenswerter Weise etwas größer als die Halbkugel, um auch dann eine Verkleinerung der Gleitoberfläche zu verhindern, wenn der flache Abschnitt des Schuhs verschlissen ist.
Der Schuh 76 umfasst einen Grundkörper 146 und Deckschichten in Form einer ersten harten Schicht 150 und einer zweiten harten Schicht 152, die in dieser Reihenfolge auf der Außenfläche des Grundkörpers 146 ausgebildet sind. Genauer gesagt besteht der Grundkörper 146 des Schuhs 76 aus einer Aluminiumlegierung (wie etwa A4032 gemäß JIS H 4100), die Aluminium als Hauptbestandteil und Silizium enthält. Die erste harte Schicht 150 bedeckt die gesamte Außenfläche des Grundkörpers 146 des Schuhs 76, während die zweite harte Schicht 152 die gesamte Außenfläche der ersten harten Schicht 150 bedeckt. In 2 sind die Dicken der ersten und zweiten harten Schicht 150, 152 jeweils zum leichteren Verständnis übertrieben dargestellt. Die erste harte Schicht 150 kann durch einen stromlosen Überzug einer Zusammensetzung auf Nickelbasis gebildet werden. Für die erste harte Schicht 150 sorgt beispielsweise ein Überzugsfilm auf Nickelbasis, der aus einem Ni-P-Film, einem Ni-B-Film, einem Ni-P-B-W-Film und einem Ni-P-B-Film ausgewählt wird. Bei diesem Ausführungsbeispiel sorgt der Ni-P-Überzugsfilm für die erste harte Schicht 150. Auf ähnliche Weise kann die zweite harte Schicht 152 durch einen stromlosen Überzug einer Zusammensetzung auf Nickelbasis gebildet werden. Für die zweite harte Schicht sorgt beispielsweise ein Überzugsfilm auf Nickelbasis, der aus einem Ni-B-Film, einem Ni-P-B-W-Film und einem Ni-P-B-Film gewählt wird. In diesem Ausführungsbeispiel sorgt der Ni-P-B-W-Überzugsfilm für die zweite harte Schicht 152. Der oben beschriebene Ni-P-Überzugsfilm, Ni-B-Überzugsfilm, Ni-P-B-W-Überzugsfilm und Ni-P-B-Überzugsfilm ist jeweils ein stromloser Nickelüberzugsfilm und wird mit einem bekannten chemischen Überzugsverfahren ausgebildet. Mit dem chemischen Überzugsverfahren lassen sich die beiden Überzugsfilme (d.h. die erste und zweite harte Schicht 150, 152) mittels einer einfachen Vorrichtung jeweils mit einer gleichmäßigen Dicke leicht auf dem Grundkörper 146 des Schuhs 76 ausbilden.
Die auf dem Grundkörper 146 jedes Schuhs 76 ausgebildete erste und zweite harte Schicht 150, 152 verhindern wirksam ein Festfressen aufgrund des Gleitkontakts zwischen der teilkugelförmigen Oberfläche 132 des Schuhs 76 und der Vertiefung 128 des Kolbens 14, die jeweils aus ähnlichen Metallwerkstoffen (der Aluminiumlegierung) geformt sind. Die erste und zweite harte Schicht 150, 152 haben auch die Wirkung, ein Festfressen zwischen der flachen Oberfläche 138 des Schuhs 76 und der entsprechenden Gleitfläche 140, 142 der Taumelscheibe 60 zu verhindern. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist der Grundkörper 146 jedes Schuhs 76, der aus dem hauptsächlich aus Aluminium bestehenden Werkstoff geformt ist, mit der ersten harten Schicht 150 und der zweiten harten Schicht 152 bedeckt, die härter als der Grundkörper 146 des Schuhs 76 sind. Falls beispielsweise der Ni-P-Überzugsfilm für die erste harte Schicht 150 sorgt, hat die erste harte Schicht 150 generell eine Vickershärte von 400–550. Falls der Ni-P-B-W-Überzugsfilm für die zweite harte Schicht 152 sorgt, hat die zweite harte Schicht 152 generell eine Vickershärte von 650–800. Mit dieser Anordnung erhöht sich die Festigkeit des Schuhs 76, sodass sich die Haltbarkeit des Schuhs 76 und demnach auch die Haltbarkeit des Taumelscheibenverdichters mit dem Kolben 14 verbessert werden können.
Die erste harte Schicht 150 (der Ni-P-Überzugsfilm in diesem Ausführungsbeispiel) zwischen dem Grundkörper 146 des Schuhs 76 und der zweiten harten Schicht 152 (dem Ni-P-B-W-Überzugsfilm in diesem Ausführungsbeispiel) dient als eine Unterlage zur Verbesserung der Haftung zwischen dem Grundkörper 146 und dem Ni-P-B-W-Überzugsfilm, damit ein Ablösen oder Entfernen des Ni-P-B-W-Überzugsfilm vom Grundkörper 146 verhindert wird. Die Härte des Ni-P-B-W-Überzugsfilms ist im Allgemeinen höher als die des Ni-P-Überzugsfilms, sodass der Ni-P-B-W-Überzugsfilm eine hervorragende Verschleißbeständigkeit zeigt. Der gleiche Vorteil wird erreicht, wenn die zweite harte Schicht 152 aus einem Ni-B-Überzugsfilm gebildet wird. Der Ni-P-Überzugsfilm dient auch als eine abfedernde oder stoß dämpfende Schicht zum Dämpfen eines auf den Ni-P-B-W-Überzugsfilm wirkenden Stoßes. Dieses Ausführungsbeispiel hat demnach die Wirkung, ein Absplittern und Ablösen oder ein Entfernen der zweiten harten Schicht 152 vom Grundkörper 146 zu verhindern, sodass der Schuh 76 seine Gleitfähigkeit und Haltbarkeit über eine lange Einsatzdauer hält.
Der Grundkörper der Taumelscheibe 60 ist aus einem Eisenwerkstoff ausgebildet, zum Beispiel aus allgemein als duktiles Gusseisen bezeichnetem Kugelgrafitgusseisen wie FCD 700 oder FCD 600 gemäß JIS G 5502. Auf den Gleitflächen 140, 142, die sich an einem radial äußeren Abschnitt der Gegenflächen der Taumelscheibe 60 befinden und auf denen die beiden Schuhe 76 gleiten, sind Gleitschichten 164 ausgebildet. In 2 ist die Dicke der Gleichschicht 164 übertrieben dargestellt. Die Gleitschicht 164 umfasst einen Feststoffschmierstoff und mindestens ein Duroplastharz, mit dem Teilchen des Feststoffschmierstoffs zusammengehalten werden, wobei der Feststoffschmierstoff Polytetrafluorethylen (nachstehend als "PTFE" bezeichnet) enthält. Das mindestens eine Duroplastharz kann zum Beispiel aus Polyamidimid (PAI), Phenolharz, Epoxidharz, Furanharz, Harnstoffharz und ungesättigtem Polyester gewählt werden. Es wird vorzugsweise ein Duroplastharz eingesetzt, das das Polyamidimid als Hauptbestandteil enthält. Der Gehalt des PTFE in der Gleitschicht 164 liegt generell in einem Bereich von 10–40 Vol.-%. Der Gehalt des PTFE beträgt vorzugsweise nicht weniger als 14 Vol.-%, besser noch nicht weniger als 18 Vol.-%. Der Feststoffschmierstoff enthält neben dem PTFE vorzugsweise Molybdändisulfid (MoS₂). Der Gehalt des Molybdändisulfids in der Gleitschicht 164 liegt generell in einem Bereich von 5–30 Vol.-%. Der Gehalt des Molybdändisulfids beträgt vorzugsweise nicht weniger als 7 Vol.-%, besser noch nicht weniger als 15 Vol.-%.
Die Taumelscheibe 60 entspricht in diesem Ausführungsbeispiel einem ersten Gleitelement, während der Schuh 76 einem zweiten Gleitelement entspricht, das auf dem ersten Gleitelement in Form der Taumelscheibe 60 gleitet. In diesem Ausführungsbeispiel kommt bei dem Taumelscheibenverdichter eine Gleitvorrichtung zum Einsatz, die das erste und zweite Gleitelement umfasst.
In diesem Ausführungsbeispiel, bei dem die Gleitschicht 164 der Taumelscheibe 60 das PTFE in einer Menge von 10–40 Vol.-% enthält, zeigt die Taumelscheibe 60 hervorragende Gleiteigenschaften, wodurch der Gleitwiderstand der Taumelscheibe 60 auf dem Schuh 76 verringert wird, was zu einem höheren Beständigkeitsgrad der Taumelscheibe 60 gegenüber Festfraß und Verschleiß führt. Wenn der Verdichter nach einer relativ langen Unterbrechungszeit in Betrieb gesetzt wird oder das Kühlmittelgas aus dem Verdichter entweicht, leidet der Taumelscheibenverdichter tendenziell unter einem Mangel an Schmiermittelöl und im Extremfall unter einem ungeschmierten Zustand (so genannter "trockener" Zustand), bei dem zwischen der Taumelscheibe 60 und jedem Schuh 76 im Verdichter kein Schmiermittel vorhanden ist. Die beschriebene Anordnung gewährleistet selbst unter solchen harten Betriebsbedingungen hervorragende Gleiteigenschaften der Taumelscheibe 60, sodass das Festfressen zwischen der Taumelscheibe 60 und dem Schuh 76 verhindert wird, was wirksam eine Verringerung der Haltbarkeit der Taumelscheibe 60 und demnach des Verdichters vermeidet.
Der Ni-P-B-W-Überzugsfilm der zweiten harten Schicht 152 des Schuhs 76 kann außerdem mindestens ein Feststoff schmiermittel enthalten, das zum Beispiel aus Molybdändisulfid, Bornitrid (BN), Wolframdisulfid (BS₂), Grafit und PTFE gewählt wird. Außerdem kann auf zumindest einem Abschnitt der zweiten harten Schicht 152, der zumindest der teilkugelförmigen Oberfläche 132 oder der flachen Oberfläche 138 des Schuhs 76 entspricht, eine Reibungsverringerungsschicht ausgebildet werden, die einer Kunstharzschicht entspricht, die das Feststoffschmiermittel enthält. Das für die Reibungsverringerungsschicht gewählte Feststoffschmiermittel kann unter den oben angegebenen Feststoffschmiermitteln ausgewählt werden, die in der zweiten harten Schicht 152 enthalten sind, während das Kunstharz zum Beispiel aus Polyamidimid, Epoxidharz, Polyetherketon und Phenolharz gewählt werden kann. Diese Kunstharze zeigen eine hervorragende Wärmebeständigkeit. Dank des Einschlusses des Feststoffschmiermittels haben diese Kunstharze außerdem eine bessere Verschleißbeständigkeit und die Wirkung, den Reibungskoeffizienten zwischen dem Schuh 76 und der Taumelscheibe 60 zu verringern.
Zur Veranschaulichung wurde zwar das derzeit bevorzugte Ausführungsbeispiel dieser Erfindung beschrieben, doch versteht sich, dass die Erfindung nicht auf die Einzelheiten des dargestellten Ausführungsbeispiels beschränkt ist. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist jeder Schuh 76 mit den beiden Überzugsfilmen in Form der ersten und zweiten harten Schicht 150, 152 bedeckt. Der Schuh 76 kann jedoch auch nur mit einem einzigen Überzugsfilm bedeckt sein, der aus den oben beschriebenen Überzugsfilmen für die erste und zweite harte Schicht 150, 152 gewählt wird. Der Grundkörper 160 der Taumelscheibe 60 ist zwar in dem dargestellten Ausführungsbeispiel aus dem Eisenwerkstoff geformt, doch kann der Grundkörper 160 auch aus einer Aluminiumlegierung geformt sein, die als Hauptbestandteil Aluminium enthält, wie etwa die Legierung A390 gemäß Aluminium Association (AA). Darüber hinaus ist das Prinzip der Erfindung auch bei einem Taumelscheibenverdichter anwendbar, der mit Doppelkopfkolben ausgestattet ist, die jeweils auf den entgegen gesetzten Seiten des Eingriffsabschnitts einen Kopfabschnitt haben, oder bei einem Taumelscheibenverdichter einer Bauart mit festem Durchsatz. Es versteht sich, dass die Erfindung mit verschiedenen dem Fachmann ersichtlichen Änderungen und Verbesserungen ausgeführt werden kann, etwa mit denen, die in der KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG beschrieben sind.
– Versuche zur Untersuchung der Gleiteigenschaften der Taumelscheibe –
Mit der Taumelscheibe 60 und dem Schuh 76, die die Gleitvorrichtung des Taumelscheibenverdichters bilden, der in AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DES BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELS beschrieben ist, wurden die folgenden Versuche durchgeführt, um die Gleiteigenschaften der Taumelscheibe 60 zu untersuchen, wie etwa die Beständigkeit des Schuhs 76 gegenüber Festfraß und Verschleiß. In den folgenden Versuchen wurden elf Taumelscheiben 60 (#1–#11) verwendet, deren Gleitschichten 164, wie in der folgenden TABELLE 1 angegeben ist, jeweils einen verschiedenen Gehalt an Feststoffschmiermittel und Duroplastharz hatten. Die Gleitschichten 164 der jeweils erfindungsgemäß hergestellten Taumelscheiben #1–#10 enthielten als Feststoffschmiermittel PTFE und Molybdändisulfid (MoS₂) und als Duroplastharz, mit dem die Teilchen des Feststoffschmiermittels zusammengehalten wurden, hauptsächlich Polyamidimid (PAI). In den Gleitschichten 164 der jeweiligen Taumelscheiben #1–#10 lag der Gehalt des PTFE in einem Bereich von 10–40 Vol.-% (etwa 8–50 Gew.-%), während der Gehalt des Molybdändisulfids in einem Bereich von 5–30 Vol.-% lag. Die Gleitschicht der als Vergleichsbeispiel hergestellten Taumelscheibe #11 enthielt als Feststoffschmiermittel kein PTFE. Und zwar enthielt die Gleitschicht der Vergleichstaumelscheibe #11 als Feststoffschmiermittel das Molybdändisulfid und Grafit und als Duroplastharz, mit dem die Teilchen des Feststoffschmiermittels zusammengehalten wurden, hauptsächlich Polyamidimid. Die Versuchsergebnisse sind in TABELLE 1 angegeben. TABELLE 1
Um die Gleiteigenschaften der Taumelscheibe zu untersuchen, wurden die folgenden drei Versuche (1)–(3) durchgeführt, und zwar (1) ein Versuch zur Untersuchung der Festfraßbeständigkeit im ungeschmierten Zustand, (2) ein Versuch zur Untersuchung der Festfraßlast im schlecht geschmierten Zustand und (3) ein Versuch zur Untersuchung der Verschleißmenge der Taumelscheibe. In den Versuchen (1) und (3) wurde ein Taumelscheibenverdichter mit variablem Durchsatz verwendet, der dem in AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DES BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELS verwendeten Verdichter ähnelte. (Auf eine ausführliche Beschreibung des Taumelscheibenverdichters wird verzichtet.) Im Versuch (2) wurde die in 3 gezeigte Prüfvorrichtung 170 verwendet. Die Prüfvorrichtung 170 wird nun beschrieben. Der in diesen Versuchen verwendete Schuh 76 enthielt einen Grundkörper 146, der eine Vickershärte von HV150 hatte und aus der Aluminiumlegierung (A4032) geformt war, eine erste harte Schicht 150, die eine Dicke von 75 μm hatte und aus einem Ni-P-Überzugsfilm gebildet war, und eine zweite harte Schicht 152, die eine Dicke von 25 μm hatte und aus einem Ni-P-B-W-Überzugsfilm gebildet war. Die erste und zweite harte Schicht 150, 152 waren in dieser Reihenfolge auf dem Grundkörper 146 ausgebildet.
Versuch (1) zur Untersuchung der Festfraßbeständigkeit im ungeschmierten Zustand
Im Versuch (1) wurde jede Taumelscheibe #1–#11 in den Verdichter eingebaut, wobei das Schmieröl fehlte. Der Verdichter wurde in Abwesenheit des Schmieröls betrieben, mit anderen Worten in einem ungeschmierten Zustand (d.h. in einem trockenen Zustand), wobei die Drehgeschwindigkeit der Taumelscheibe 3000 U/min betrug und der Abgabedruck 0,98 MPa (10 kgf/cm²) betrug. Es wurde die Zeit gemessen, bis es zwischen der Taumelscheibe und den Schuhen zum Festfraß kam, wobei die Taumelscheibe und die Schuhe im ungeschmierten Zustand aufeinander glitten. Im Folgenden wird die oben angegebene Zeit als "Festfraßzeit" bezeichnet.
TABELLE 1 gibt auch das Ergebnis dieser Messung an. Wie aus den in TABELLE 1 angegebenen Ergebnissen hervorgeht, hatten die Taumelscheiben #1–#10, deren Gleitschichten 164 als Feststoffschmiermittel das PTFE enthielten, im ungeschmierten Zustand längere Festfraßzeiten als die Vergleichstaumelscheibe #11, deren Gleitschicht nicht das PTFE enthielt. Insbesondere die Taumelscheiben #1–#5, #9 und #10, bei denen der Gehalt des PTFE im Bereich 20 Vol.-% bis 40 Vol.-% (25 Gew.-% bis 50 Gew.-%) gehalten wurde, zeigten Festfraßzeiten, die drei oder vier Mal so lang wie die der Vergleichstaumelscheibe #11 waren.
Versuch (2) zur Untersuchung der Festfraßlast im schlecht geschmierten Zustand
Im Versuch (2) wurde die in 3 gezeigte Prüfvorrichtung 170 verwendet. Die Prüfvorrichtung 170 enthielt eine (nicht gezeigte) Drehvorrichtung, die dazu ausgelegt ist, die Taumelscheibe 60 zu halten und die Taumelscheibe 60 um ihre Achse zu drehen, und einen Schuhhalter 174, der dazu ausgelegt war, den Schuh 76 so zu halten, dass er in Gleitkontakt mit der Gleitfläche 140 der Taumelscheibe 60 gehalten wurde. In diesem Versuch (2) glitten die Taumelscheibe 60 und der Schuh 76 in einem schlecht geschmierten Zustand aufeinander, in dem das zwischen der Taumelscheibe 60 und dem Schuh 76 vorhandene Schmieröl äußerst unzureichend war. Und zwar wurde das Schmieröl mit einer Rate von 15 mg/min zwischen die Taumelscheibe 60 und den Schuh 76 gesprüht. Der von dem Schuhalter 174 gehaltene Schuh 76 wurde mit einer Last von 392 N gegen die von der Drehvorrichtung gehaltene Taumelscheibe 60 gedrückt. Die Last wurde alle fünf Minuten in Schritten von 392 N erhöht. Die Taumelscheibe 60 wurde in diesem Zustand mit 1500 U/min gedreht. Der Radius, der durch den Abstand zwischen der Achse der Taumelscheibe 60 und einem zentralen Abschnitt der Kontaktflächen der Taumelscheibe 60 und des Schuhs 76 definiert wird, betrug 43 mm, während die Geschwindigkeit, mit der die Taumelscheibe 60 und der Schuh 76 aufeinander glitten, 68 m/s betrug. Für jede der Taumelscheiben #2, #4, #5 und #10, die als repräsentative Beispiele der Erfindung dienten, und die Vergleichstaumelscheibe #11 wurde die Last gemessen, bei der es zum Festfraß kam (nachstehend als "Festfraßlast" bezeichnet), während die Taumelscheibe und der Schuh in dem oben beschriebenen schlecht geschmierten Zustand aufeinander glitten. Die Ergebnisse dieser Messung sind ebenfalls in TABELLE 1 angegeben.
Wie aus den in TABELLE 1 angegebenen Ergebnissen hervorgeht, betrug die Festfraßlast bei der Vergleichstaumelscheibe #11 3136 N. Im Gegensatz dazu betrug die Festfraßlast bei der erfindungsgemäßen Taumelscheibe #10 6272 N, was etwa doppelt so hoch wie bei der Taumelscheibe #11 ist. Die Festfraßlast der erfindungsgemäßen Taumelscheiben #2, #4 und #5 war jeweils höher als bei der Vergleichstaumelscheibe #11. Die Taumelscheibe 60 und der Schuh 76 zeigen bei der Erfindung selbst unter sehr harten Gleitbedingungen oder unter Hochlastbedingungen wie dem ungeschmierten Zustand und dem schlecht geschmierten Zustand eine deutlich bessere Festfraßbeständigkeit, sodass die Taumelscheibe 60 und der Schuh 76 über eine lange Einsatzdauer hervorragende Gleiteigenschaften behalten.
Versuch (3) zur Untersuchung der Verschleißmenge der Taumelscheibe
Der Versuch (3) erfolgte unter Verwendung eines Kühlmittelgases, das ein während des normalen Betriebs des Taumelscheibenverdichters verwendetes Schmieröl enthielt. Der Taumelscheibenverdichter wurde wechselweise und mit Unterbrechung ein- und ausgeschaltet. Der Verdichter wurde so betrieben, dass die Drehgeschwindigkeit der Taumelscheibe 4500 U/min und der Abgabedruck 3,43 MPa (35 kgf/cm²) betrugen. Der Verdichter wurde unter den oben beschriebenen Bedingungen 25 Sekunden betätigt und anschließend 5 Sekunden lang ausgeschaltet. Dieser Zyklus wurde 20 Stunden lang wiederholt.
Dieser Versuch (3) erfolgte mit den erfindungsgemäßen Taumelscheiben #1–#5 und #8–#10. Die Ergebnisse sind ebenfalls in TABELLE 1 angegeben. Wie aus den in TABELLE 1 angegebenen Ergebnissen hervorgeht, steigt mit zunehmendem Gehalt des in der Gleitschicht 164 enthaltenen PTFE tendenziell die Verschleißmenge der Taumelscheibe 60. Angesichts dessen, dass sowohl die Verschleißbeständigkeit als auch die Festfraßbeständigkeit verbessert werden sollen, wird der Gehalt des in der Gleitschicht 164 enthaltenen PTFE demnach vorzugsweise in einem Bereich von 10 Vol.-% bis 40 Vol.-%, besser noch in einem Bereich von 14 Vol.-% bis 35 Vol.-% und insbesondere in einem Bereich von 18 Vol.-% bis 30 Vol.-% gehalten. Die Taumelscheibe 60 mit der auf diese Weise ausgebildeten Gleitschicht 164 zeigt einen hohen Grad an Verschleißbeständigkeit und Festfraßbeständigkeit, was wirksam eine Verschlechterung der Haltbarkeit der Taumelscheibe 60 und der Schuhe 76 vermeidet.
Unter den gleichen Bedingungen wie oben wurden ähnliche Vergleichsversuche wie oben mit der Vergleichstaumelscheibe #11 durchgeführt, wobei die Vergleichstaumelscheibe auf einem Schuh glitt, der aus einem hoch kohlenstoffhaltigen Chromlagerstahl SUJ2 gemäß JIS G 4805 geformt war. Es stellte sich heraus, dass die Vergleichstaumelscheibe #11 gute Gleiteigenschaften zeigte, wenn sie auf dem SUJ2-Schuh glitt. Im Einzelnen betrugen die Festfraßzeit im ungeschmierten Zustand 25 Sekunden und die Festfraßlast im schlecht geschmierten Zustand 5880 N. Als die Vergleichstaumelscheibe #11 jedoch auf dem erfindungsgemäßen Schuh 76 glitt, bei dem der aus der Aluminiumlegierung gebildete Grundkörper 146 mit der ersten harten Schicht 150 aus dem Ni-P-Überzugsfilm und der zweiten harten Schicht 152 aus dem Ni-P-B-W-Überzugsfilm bedeckt ist, betrug, wie in TABELLE 1 angegeben ist, die Festfraßzeit im ungeschmierten Zustand 10 Sekunden und die Festfraßlast im schlecht geschmierten Zustand 3136 N. Als die Vergleichstaumelscheibe #11 also in Kombination mit dem oben beschriebenen mit Nickel überzogenen Schuh 76 der Erfindung verwendet wurde, verschlechterten sich die Gleiteigenschaften der Vergleichstaumelscheibe #11. Es wird angenommen, dass dieser Effekt mit der Tatsache im Zusammenhang steht, dass der Reibungskoeffizient zwischen der Vergleichstaumelscheibe #11 und dem mit Nickel überzogenen Schuh 76 höher als der Reibungskoeffizient zwischen der Vergleichstaumelscheibe #11 und dem SUJ2-Schuh ist. Es wird außerdem angenommen, dass dieser Effekt mit der Tatsache im Zusammenhang steht, dass das in der Gleitschicht der Vergleichstaumelscheibe #11 enthaltene Molybdändisulfid im Versuch auf die flache Oberfläche des SUJ2-Schuhs übertragen wurde, während das Molybdändisulfid nicht auf die flache Oberfläche des mit Nickel überzogenen Schuhs 76 übertragen wurde.

Claims

Gleitvorrichtung für einen Verdichter, mit einem ersten Gleitelement (60) und einem zweiten Gleitelement (76), die gegeneinander gleiten und die jeweils ein Bestandteil des Verdichters sind, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Gleitelement (60) eine Gleitschicht (164) hat, die ein Feststoffschmiermittel und ein Duroplastharz umfasst, mit dem Teilchen des Feststoffschmiermittels zusammengehalten werden, wobei die Gleitschicht (164) als Feststoffschmiermittel 10–40 Vol.-% Polytetrafluorethylen enthält; und das zweite Gleitelement (76) mit einer Zusammensetzung auf Nickelbasis überzogen ist.
Gleitvorrichtung nach Anspruch 1, bei der die Gleitschicht als Feststoffschmiermittel außerdem 5–30 Vol.-% Molybdändisulfid enthält.
Gleitvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, bei der das zweite Gleitelement einen Grundkörper (146) hat, der aus einer Aluminiumlegierung gebildet ist und mit der Zusammensetzung auf Nickelbasis überzogen ist.
Gleitvorrichtung nach einem der Ansprüche 1–3, bei der das zweite Gleitelement mit einem stromlosen Überzug aus der Zusammensetzung auf Nickelbasis überzogen ist.
Gleitvorrichtung nach einem der Ansprüche 1–4, bei der das zweite Gleitelement mit mindestens einem Überzugfilm auf Nickelbasis (150, 152) überzogen ist, der aus der Zusammensetzung auf Nickelbasis gebildet ist und der aus einem Ni-P-Film, einem Ni-B-Film, einem Ni-P-B-W-Film und einem Ni-P-B-Film ausgewählt ist.
Gleitvorrichtung nach einem der Ansprüche 1–5, bei der der Verdichter einer Taumelscheibenbauart entspricht und die Gleitvorrichtung als erstes Gleitelement eine Taumelscheibe (60) und als zweites Gleitelement Schuhe (76) zum Gleiten auf der Taumelscheibe umfasst.
Gleitvorrichtung nach einem der Ansprüche 1–6, bei der das erste Gleitelement einen eisenhaltigen Grundkörper (160) hat und die Gleitschicht auf dem eisenhaltigen Grundkörper ausgebildet ist.
Gleitvorrichtung nach einem der Ansprüche 1–7, bei der die Gleitschicht (164) 14–35 Vol.-% Polytetrafluorethylen enthält.
Gleitvorrichtung nach 8, bei der die Gleitschicht (164) 18–30 Vol.-% Polytetrafluorethylen enthält.
Gleitvorrichtung nach einem der Ansprüche 1–9, bei der das Duroplastharz als Hauptbestandteil Polyamidimid enthält.