DE69823366T2

DE69823366T2 - Pleuelstange für einen hermetischen kältekompressor

Info

Publication number: DE69823366T2
Application number: DE69823366T
Authority: DE
Inventors: Jan Thomsen; Peter Hansen
Original assignee: Danfoss Compressors GmbH
Current assignee: Danfoss Deutschland GmbH
Priority date: 1997-09-19
Filing date: 1998-09-17
Publication date: 2005-05-04
Anticipated expiration: 2018-09-18
Also published as: DE69823366D1; AU9153098A; SK4002000A3; EP1015777A1; EP1015777B1; BR9812662A; DK108097A; DK173727B1; US6272971B1; WO1999015799A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Pleuelstange nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Eine solche Pleuelstange ist aus US-A-2 846 897 oder aus DE-A-32 38 489 bekannt.
US 2,846,897 betrifft eine Pleuelstange für einen Verbrennungsmotor, in dem das Kurbellager zwei mit Bolzen zusammengesetzte Hälften aufweist. Die Pleuelstange besteht aus zwei sich längs erstreckenden Flanschen, die durch eine zentrale Rippe verbunden sind. An ihrem Übergang zum Kurbellager hat die zentrale Rippe eine gewölbte Öffnung, die an beiden Seiten von den sich längs erstreckenden Flanschen begrenzt ist.
Auch DE 32 38 489 A1 betrifft eine Pleuelstange für einen Verbrennungsmotor mit einem Kurbellager, das ein Rollenlager umfasst, wobei das zu lösende Problem die Sicherung der Verteilung von Druckspannungen über mehrere Rollen betrifft. Dieses Problem wird dadurch gelöst, daß die Verbindung zwischen den Lagern der Pleuelstange durch zwei Flansche gebildet wird, die gemeinsam mit einer Brücke verbunden sind, wobei zwischen den Flanschen und der Brücke Öffnungen eingebracht sind. Dadurch wird erreicht, daß Druckspannungen nicht direkt zwischen den Bewegungszentren der Pleuelstange übertra gen werden, und daß die Spannungen zwischen mehreren Rollen verteilt werden. Es wird auch beschrieben, daß der Lagerring elastisch ist. Ein elastischer Lagerring wird aber Drücken nachgeben, wenn er nicht von den Flanschen unterstützt wird. Dadurch werden sich die Kräfte an den Flanschen konzentrieren, und die Druckspannungen zwischen den Flanschen werden erheblich reduziert. Das Problem wird dadurch gelöst, daß die Spannungen, wenn zwei Flansche vorhanden sind, durch zwei Rollen laufen können.
In beiden oben erwähnten Dokumenten laufen die Druckspannungen in den Flanschen, die mit den Lagern tangential verbunden sind. Dadurch gibt es kaum eine direkte Übertragung von Druckspannungen zwischen den Bewegungszentren und die Belastung der Lager an der direkten Verbindungslinie ist sehr klein. Dies führt zu einer erhöhten Belastung der Lager in anderen Teilen des Lagerumfangs, wo ein erhöhter Verschleiß zu einer Herabsetzung der Lebensdauer führen kann. 1 zeigt eine computersimulierte Berechnung von Druckspannungen in einem Kurbellager, das durch tangential angeordnete Flansche mit dem Kolbenlager der Pleuelstange verbunden ist.
Aufgabe der Erfindung ist die Realisierung einer erhöhten Lebensdauer der Pleuelstange eines hermetischen Kältemittelverdichters mit einfachen Mitteln.
Diese Aufgabe kann für eine Pleuelstange der eingangs genannten Art dadurch gelöst werden, daß das Stangenzwischenstück eine insgesamt massive Struktur mit im wesentlichen gleichmäßiger Dicke aufweist, wobei die Aussparung mit einem Abstand zur Lageroberfläche des ersten Lagers angeordnet ist, der 15–30% vom Innen durchmesser des ersten Lagers beträgt, und wobei das Verhältnis zwischen der Fläche der Aussparung und der Fläche der Öffnung des ersten Lagers 0.1–5% ist.
Dies gibt eine gleichmäßige Verteilung der Druckspannungen über einen größeren Teil der Lagerfläche, wodurch der Verschleiß des Kurbellagers der Pleuelstange reduziert wird. Nur eine Anpassung von sowohl der Plazierung als auch der Größe der Aussparung wird eine optimale Lösung ergeben. Bei einer Überkompensierung kann bei der direkten Verbindungslinie zwischen den Bewegungszentren der Pleuelstange ein Abfall entstehen, und gleichzeitig können zwei neue Spannungskonzentrationen entstehen, die Verschleißprobleme verursachen.
Vorzugsweise kann die Erfindung so ausgeführt werden, daß das größte Quermaß der Aussparung 5% bis 15% des Innendurchmessers des ersten Lagers der Pleuelstange beträgt. Dies gibt eine Entlastung von Druckspannungen, ohne daß dadurch neue Druckspitzen mit Abstand zur Symmetrieebene entstehen.
Vorzugsweise ist die Außenkontur der Pleuelstange im Bereich der Aussparung durch eine erste, konkave Linie gebildet, die in eine zweite, konvexe Linie übergeht. Damit können Druckspannungen entlang der Außenseite der Pleuelstange laufen, ohne von scharfen Kanten abgelenkt zu werden.
Vorteilhafterweise ist das die Aussparung umgebende und der Außenkontur gegenüberliegende Material dicker als das größte Quermaß der Aussparung. Damit können Druckspannungen über einen größeren Winkel verteilt werden.
Vorzugsweise ist die Aussparung mit einem Abstand zur Umfangslinie des ersten Lagers angeordnet, der größer ist als das größte Quermaß der Aussparung. Damit können Druckspannungen direkt unter der Bohrung wirken.
Vorteilhafterweise bildet die konvexe Linie der Außenkontur mit dem Außenring des ersten Lagers einen Winkel α. Damit werden Herstellungsbedingungen berücksichtigt, wenn die Pleuelstange als gesinterte Einheit hergestellt werden soll. Der Winkel kann auch aus Platzgründen in einem hermetischen Verdichter notwendig sein.
Vorzugsweise ist die Aussparung in der Pleuelstange an einer Stelle angebracht, die im Verhältnis zur direkten Verbindungslinie zwischen den Zentren des Lagers zu einer Seite hin versetzt ist. Dadurch kann eine Reduzierung der Spitzen der Druckspannungen erreicht werden. Eine Reibung in den Pleuelstangenlagern kann eine Verlagerung der Druckspannungen von der Symmetrielinie der Pleuelstange in Richtung der Kante der Pleuelstange verursachen. Um eine Reduzierung der Druckspannungen zu sichern, können die optimale Plazierung und Größe der Aussparung zu einer Verlagerung im Verhältnis zur Symmetrielinie berechnet werden. Die Außenkontur der Pleuelstange kann auch so optimiert werden, daß sich die Seiten der Pleuelstange voneinander unterscheiden.
Im folgenden wird die Erfindung anhand von Zeichnungen beschrieben, die zeigen:
1 eine computer-berechnete Kurve der Druckspannungen nach dem Stand der Technik
2 eine Draufsicht auf die Pleuelstange
3 einen Schnitt durch die Pleuelstange
4 einen Schnitt durch eine Pleuelstange für einen hermetischen Verdichter nach dem Stand der Technik
5 einen Schnitt durch eine Pleuelstange mit geänderter Außenkontur
6 einen Schnitt durch eine Pleuelstange mit geänderter Außenkontur und einer durchgehenden Aussparung
7 Kurven über die radiale Belastung für die 4, 5 und 6
8 eine Draufsicht einer Pleuelstange, wobei die Aussparung als eine Ellipse gezeigt wird, die von der Symmetrielinie der Pleuelstange verlagert ist
9 einen Schnitt durch die Pleuelstange der 8
1 zeigt ein computer-simuliertes Diagramm über radiale Spannungen, aufgenommen über eine Pleuelstange wie beschrieben in DE 32 38 489 A1 . Da die Pleuelstange symmetrisch ist, ist die Computer-Berechnung mit einem von der Symmetrieebene der Pleuelstange ansteigenden Winkel gemacht worden. Damit zeigt die Kurve nur Druckspannungen auf einer Seite der gemeinsamen Verbindungslinie der Rotationspunkte. 1 zeigt deutlich, daß die maximalen Druckspannungen um 40° im Verhältnis zur Symmetrieebene der Pleuelstange verlagert sind.
1 zeigt eine deutliche Überkompensierung, da die radiale Spannung im Bereich um die Symmetrieebene auf etwa 10% reduziert worden ist, wogegen die Kurve ein Maximum bei 40° hat, und da hier die Kurve um 0° herum symmetrisch ist, geht hervor, daß zwei neue Spitzen von radialer Spannung entstehen.
2 zeigt die Pleuelstange für einen hermetischen Kältemittelverdichter. Die Pleuelstange hat ein erstes Lager 2, das zusammen mit der Kurbel ein Lager bildet, wobei die Pleuelstange und die Kurbel ein gemeinsames Bewegungszentrum 4 haben. Die Pleuelstange hat auch ein zweites Lager 3, das das Verbindungsglied zu einem Kolben (nicht gezeigt) bildet, wobei zwischen dem Verbindungsglied und der Pleuelstange ein gemeinsames Bewegungszentrum 5 besteht. Die Pleuelstange wird mit einer durchgehenden Aussparung 6 gezeigt, hier als kreisrundes Loch dargestellt. Gezeigt sind auch die Außenkonturen, die eine erste, konkave Linie 7, die in eine zweite, konvexe Linie 8 übergeht, umfasst. Weiter wird gezeigt, daß die durchgehende Aussparung 6 in der Symmetrielinie 9 der Pleuelstange angeordnet ist. Beim Übergang zum Lager 2 bildet die konvexe Linie 8 einen Winkel α.
3 zeigt einen Schnitt durch 2 entlang der Symmetrieebene 9. Aus 3 geht hervor, daß die Aussparung 6 durch ein durchgehendes, kreisrundes Loch gebildet ist.
4 zeigt einen Schnitt durch eine Pleuelstange für einen hermetischen Kältemittelverdichter nach dem Stand der Technik.
5 zeigt einen Schnitt ähnlich wie in 4, wobei die Außenkonturen der Pleuelstange durch die erste, konkave Linie 7, die in eine konvexe Linie 8 übergeht, die mit einem Winkel α zur Außenfläche des Lagers endet, korrigiert worden sind.
6 zeigt auch einen Schnitt durch eine Pleuelstange mit den gleichen Außenkonturen wie in 5, hier mit einer durchgehenden Aussparung 6.
7 zeigt die Kurven 10, 11 und 12, die ähnlich wie die Kurve in 1 computer-berechnet worden sind. Die Kurve 10 entspricht einer Pleuelstange wie gezeigt in 4, die Kurve 11 entspricht einer Pleuelstange wie gezeigt in 5 und die Kurve 12 entspricht der Pleuelstange gezeigt in 6.
Die praktische Anwendung einer Pleuelstange, wie in den 4 und 7, Kurve 10 gezeigt, wird auf der Oberfläche des Kurbellagers 2 (2) Verschleiß verursachen, wo die direkte Verbindungslinie der beiden Bewegungszentren die Lageroberfläche kreuzt. In 7 wird die maximale radiale Spannung mit einem Wert 1 angegeben. In Kurve 11, entsprechend der 5, ist dieser Wert auf etwa 0,93 reduziert, und Kurve 12 zeigt eine weitere Reduzierung, nämlich auf 0,64, wenn die Pleuelstange der 6 verwendet wird.
Die Höhe der Kurve 12 ist reduziert worden, und gleichzeitig ist sie nach außen verlegt worden, so daß die radiale Belastung des Lagers auf einen relativ größeren Teil des Lagerumfangs verteilt wird. Dadurch werden die Druckspannungen auf einen größeren Teil des Lagerumfangs verteilt und ein Verschleiß des Lagers an der Verbindungslinie zwischen den gemeinsamen Bewegungszentren der Pleuelstange wird vermieden.
8 und 9 zeigen eine alternative Ausführung mit einer Aussparung 13, gezeigt als eine von der Symmetrielinie der Pleuelstange versetzte Ellipse. Reibungskräfte von den Lagern der Pleuelstange können die Längsdruckspannungen der Pleuelstange so beeinflussen, daß sie sich in einer Stellung versetzt von der Verbindungslinie der Bewegungszentren erstrecken. Dadurch kann eine asymmetrische Plazierung der Aussparung zweckmäßig sein.
Eine alternative Ausführung mit der gleichen Wirkung kann mit einer nicht durchgehenden Aussparung erreicht werden, und besonders, wenn die Pleuelstange durch Sintern hergestellt wird, kann sie mit einer nicht durchgehenden Aussparung gemacht werden. Außerdem kann die gewünschte Wirkung auch mit Aussparungen von beiden Seiten erreicht werden, wobei es eine Wand zwischen den Aussparungen gibt.

Claims

Pleuelstange (1) für einen hermetischen Kältemittelverdichter, in dem eine Welle über eine Kurbel und eine Pleuelstange mit einem hin- und hergehenden Kolben verbunden ist, wobei die Pleuelstange ein erstes Lager (2) zur Verbindung mit der Kurbel, ein Anschlussglied zur Verbindung mit dem Kolben und ein Stangenzwischenstück zur Verbindung des ersten Lagers und des Verbindungsgliedes aufweist, wobei die Pleuelstange (1) Mittel zur Verhinderung einer direkten Übertragung von Druckspannungen zwischen dem gemeinsamen Bewegungszentrum (4) der Kurbel und der Pleuelstange (1) und dem gemeinsamen Bewegungszentrum (5) der Pleuelstange (1) und des Kolbens aufweist, und wobei die Pleuelstange zusätzlich eine Aussparung (6) im Stangenzwischenstück aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß das Stangenzwischenstück eine insgesamt massive Struktur mit im wesentlichen gleichmäßiger Dicke aufweist, wobei die Aussparung (6) mit einem Abstand zur Lageroberfläche des ersten Lagers (2) angeordnet ist, der 15–30% vom Innendurchmesser des ersten Lagers (2) beträgt, und wobei das Verhältnis zwischen der Fläche der Aussparung und. der Fläche der Öffnung des ersten Lagers 0.1–5% ist.
Pleuelstange nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das größte Quermaß der Aussparung (6) 5% bis 15% vom Innendurchmesser des ersten Lagers (2) der Pleuelstange (1) beträgt.
Pleuelstange nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Außenkontur der Pleuelstange (1) im Bereich der Aussparung (6) durch eine erste, konkave Linie (7) gebildet ist, die in eine zweite, konvexe Linie (8) übergeht.
Pleuelstange nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das die Aussparung (6) umgebende und die Aussenkontur gegenüberliegende Material dicker ist als das größte Quermaß der Aussparung (6).
Pleuelstange nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Aussparung (6) mit einem Abstand zur Umfangslinie des ersten Lagers angebracht ist, der größer ist als das größte Quermaß der Aussparung (6).
Pleuelstange nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die konvexe Linie der Aussenkontur mit dem Aussenring des ersten Lagers (2) einen Winkel α bildet.
Pleuelstange nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Winkel α im Bereich zwischen 90 und 180 Grad liegt.
Pleuelstange nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Aussparung (6) in der Pleuelstange (1) an einer Stelle angebracht ist, die im Verhältnis zur direkten Verbindungslinie (9) zwischen den Zentren (4, 5) des Lagers zu einer Seite hin versetzt ist.