Die vorliegende Erfindung betrifft einen trockenlaufenden Verdichter, insbesondere einen Taumelscheibenverdichter, mit mindestens einer axial bewegbaren antreibenden Kolbenstange, welche die Antriebskraft an in einem zugeordneten Zylinder laufenden Kolben zur Erzeugung der Druckluft weiterleitet, wobei die axial bewegbare Kolbenstange über eine ortsfest zum Verdichtergehäuse angeordnete Lagerbohrung geführt ist.

Das Einsatzgebiet eines derartigen Verdichters, welcher als Linearverdichter über eine axial bewegbare Kolbenstange angetrieben wird, erstreckt sich vornehmlich auf die Nutzfahrzeugtechnik. Weitere Linearverdichter sind: Kurbelschleifenverdichter, KreuzkopfVerdichter und insbesondere Taumelscheibenverdichter.

hi Nutzfahrzeugen kommen Verdichter zum Einsatz, welche meist direkt über den Motor des Nutzfabrzeuges angetrieben werden und Druckluft zur Speisung des Druckluft-Bordnetzes liefern. Bei Nutzfahrzeugen wird die so erzeugte Druckluft beispielsweise zum Betrieb einer Druckluft-Bremsanlage genutzt.

In allgemein bekannter Weise werden für die Drucklufterzeugung in Nutzfahrzeugen vornehmlich ölgeschmierte Kolbenverdichter eingesetzt. Die Schmierung dieser Verdichter erfolgt meist aus dem Ölkreislauf des Motors. Hierbei gelangt allerdings zwangsläufig Öl über die Kolben des Verdichters in die erzeugte Druckluft. Je nach Alter und Wartungszustand des Verdichters können erhebliche Ölmengen über die Druckluft in die

Umwelt gelangen, nämlich über diverse Entlüftungsöffhungen des Druckluft-Bordnetzes. Ein weiteres Problem ölgeschmierter Kolbenverdichter im Nutzfahrzeugbereich besteht darin, dass immer höhere Betriebsdrücke vom Verdichter abverlangt, womit recht hohe thermische Beanspruchungen einhergehen, welche zu Verkokungen eines Teils des in die Druckluft gelangten Öls führt. Diese Ölkohle lagert sich innerhalb des Innenraums des Zylinders im

Verdichter und nachgeschalteten Druckluftgeräten ab und beeinflusst dort sehr nachhaltig deren Standzeit.

Aus der EP 0 859 151 A2 geht ein Verdichter zur Drucklufterzeugung in Nutzfahrzeugen hervor, welcher dieses Problem dadurch löst, in dem der Verdichter hier weitestgehend trockenlaufend konstruiert ist. Der Verdichter ist nach Art eines Taumelscheibenverdichters aufgebaut und weist lediglich ein herkömmliches ölgeschmiertes Triebwerk auf, welches im Wesentlichen aus einer auf einer Antriebswelle angeordneten Taumelscheibe mit Halbkugeln in Lagerpfannen besteht, die eine Lageranordnung zu Übertragung der Drehbewegung in eine oszillierende Hubbewegung bilden. Von der Lageranordnung aus verlaufen Kolbenstangen zu diversen Kolben, welche durch eine Hin- und Herbewegung in zugeordneten Zylindern in an sich bekannter Weise die Druckluft erzeugen. Gewöhnlich sind mehrere Kolben auf einem Umfangskreis benachbart zueinander angeordnet, um eine möglichst hohe Förderleistung des Taumelscheibenverdichters zu realisieren.

Die Lagerung der Kolbenstangen ortsfest zum Verdichtergehäuse erfolgt über Lagerbohrungen auf der ölgeschmierten Triebwerkseite. Die Lagerbohrungen erstrecken sich auf einem Umfangskreis unter Winkelabstand zueinander parallel zur Längsachse des Kompressors durch einen mittleren Gehäuseabschnitt, an welchem den Kolben zugewandt einzelne öläbstreifende Abdichtelemente vorgesehen sind. An der Rückseite der Kolben befinden sich Ansaugkammern, die durch einen Ringraum zu einem gemeinsamen Ansaugraum verbunden sind, in welchen ein Ansauganschluss an die Atmosphäre mündet.

Ein Problem dieses Standes der Technik resultiert aus der Tatsache, dass an den Bereich der Führung der Kolbenstange aufgrund der hierauf einwirkenden unterschiedlichen Kräfte besonders hohe Anforderungen gestellt sind. So kann es beispielsweise im Laufe der Lebenszeit des Taumelscheibenverdichters an dieser Stelle zu einem Ausschlagen der Lagerbohrung kommen, da diese aus der Drehung der Taumelscheibe resultierende Radialkräfte aufzunehmen hat. Diese Kräfte treten insbesondere an dem der Taumelscheibe zugeordneten Endbereich der Lagerbohrung auf. Einem Verschleiß der Lagerbohrung wurde

bisher dadurch entgegengewirkt, indem die Lagerbohrung mit einer großen Länge und geringen Toleranzen dimensioniert wurde. Diese Maßnahmen führen jedoch zu einer unerwünschten Vergrößerung der geometrischen Abmessungen des gesamten Verdichters bzw. zu einem erhöhten Fertigungsaufwand für die Herstellung der langen, eng tolerierten Passung. Die Paarung Kolbenstange zu Lagerbohrung muss zuverlässig ein Eindringen von Öl aus der Triebwerksseite in den Innenraum des Zylinders vermeiden. Gleichzeitig ist die Gleitreibung zwischen den beiden relativ zu einander bewegten Bauteilen gering zu halten, um den Wirkungsgrad des Taumelscheibenverdichters nicht negativ zu beeinflussen. Des Weiteren sollte verhindert werden, dass Druckluft aus dem Innenraum des Zylinders nicht in den Bereich des Triebwerks gelangt.

Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung einen gattungsgemäßen trockenlaufenden Taumelscheibenverdichter dahingehend weiter zu verbessern, dass eine zuverlässige Kolbenstangenlagerung über eine möglichst lange Betriebszeit sichergestellt ist.

Die Aufgabe wird ausgehend von einem trockenlaufenden Taumelscheibenverdichter gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 in Verbindung mit dessen kennzeichnenden Merkmalen gelöst. Die nachfolgenden abhängigen Ansprüche geben vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung wieder.

Die Erfindung schließt die technische Lehre ein, das die Lagerbohrung im Bereich des der Taumelscheibe zugewandten Endes mit einer ersten schmierbaren Gleitlagerbuchse ausgestattet ist, welche mit Mitteln zur Ölversorgung in Verbindung steht, und das die Lagerbohrung im Bereich des dem Kolben zugewandten Endes mit einer zweiten - insbesondere trockenlauffähigen - Gleitlagerbuchse ausgestattet ist.

Der Vorteil der erfindungsgemäßen Lösung besteht insbesondere darin, dass die hochbeanspruchte Lagerstelle durch die schmierbare Gleitlagerbuchse mit externer Ölversorgung zuverlässig gekühlt und geschmiert werden kann. Hierfür ist es dann nicht mehr erforderlich, Öl aus dem Bereich des Triebwerks zu verwenden. Durch die separate

- A -

Ölversorgung der Lagerstelle, welche durch eine Gleitlagerbuchse verstärkt ist, leistet einen Beitrag dafür, den gesamten Bereich des Triebwerks trockenlaufend, d. h. durch örtliche Dauerschmierungsmaßnahmen, auszubilden, um einen vollständig trockenlaufenden Taumelscheibenverdichter zu erhalten. Durch die Verwendung der erfindungsgemäßen ersten schmierbaren Gleitlagerbuchse sind auch Mischreibungszustände in diesem Bereich weitgehend ausgeschlossen. Da die Stelle, an der die zweite Gleitlagerbuchse angeordnet ist sowieso Ölversorgungsprobleme infolge der Längsbewegung der Kolbenstange hat, ist hierfür eine andere, nämlich trockenlauffahige Gleitlagerbuchse, vorgesehen. Die trockenlauffähige Gleitlagerbuchse fungiert gleichzeitig als Abstreifer vor nachgeschalteten Dichtungselementen zum Innenraum des Zylinders hin. Die Kombination der speziellen Gleitlagerbuchsen innerhalb der Lagerbohrung ermöglicht insgesamt eine langlebige Stangenlagerung.

Vorzugsweise umfassen die Mittel zur eigenen Ölversorgung der ersten schmierbaren Gleitlagerbuchse einen ortsfest zum Verdichtergehäuse verlaufenden Ölkanal. Der Ölkanal führt ausgehend von einem wiederbefüllbaren Ölreservoir im Verdichtergehäuse das Öl an die erste Gleitlagerbuchse. Vorteilhaft hierbei ist, dass Öl, welches aus der schmierbaren Gleitlagerbuchse in Richtung des Triebwerks entweicht, durch Drehung der Antriebswelle in Spritzöl umgewandelt wird, welches zu einer Schmierung der Lageranordnung zwischen Taumelscheibe und Kolbenstange beiträgt. Das Ölreservoir zu Speisung des Ölkanals kann an einen Schmiermittelkreislauf des Taumelscheibenverdichters oder eines Nutzfahrzeuges angeschlossen werden. Hierüber erfolgt das Wiederauffüllen des Ölreservoirs dann automatisch.

Als schmierbare Gleitlagerbuchse eignet sich im Rahmen der Erfindung besonders eine

Mehrstoffbuchse aus einer Stahl-Aluminium-Legierung. Bei der zweiten, trockenlaufenden Gleitlagerbuchse kann das Material PTFE (Teflon) zur Anwendung kommen. Dieses Material gewährleistet die an der Lagerstelle speziell benötigten Lagereigenschaften.

Gemäß einer weiteren die Erfindung verbessernde Maßnahme ist zur Abdichtung der Grenzstelle zwischen dem Druckluft enthaltenden Zylinder und dem die Taumelscheibe umfassenden Triebwerk entweder ein einziger Dichtring oder vorteilhafter Weise eine zwischen der zweiten trockenlauffähigen Gleitlagerbuchse und dem Innenraum des Zylinders auf die Kolbenstange wirkende Dichtungsanordnung vorgesehen. Eine Anforderung an diese Stangenabdichtung besteht darin, dass diese zu Seiten des Triebwerks Öl und zu Seiten des Zylinders Druckluft abdichten muss, und die beiden Bereiche des Taumelscheibenverdichters insoweit zuverlässig trennen muss. An der vorstehend angegebenen Stelle liefert eine Dichtungsanordnung das gewünschte Ergebnis.

Besonders eignet sich hierfür eine Dichtungsanordnung, die aus einem ersten Dichtelement zur Ölabdichtung besteht, das benachbart zu der zweiten trockenlauffähigen Gleitlagerbuchse angeordnet ist, und das mit einem zweiten hierzu axial beabstandeten Dichtelement zur Druckluftabdichtung zusammenwirkt, das benachbart zum Innenraum des Zylinders angeordnet ist, wobei der Bereich zwischen beiden Dichtelementen über einen Entlüftungskanal mit der Atmosphäre in Verbindung steht.

Infolge der Atmosphärenverbindung können beide Dichtelemente einwandfrei funktionieren und eine zuverlässige Abtrennung der benachbarten Bereiche des Taumelscheibenverdichters ist in einfacher Weise umsetzbar. Eine gegenseitige Beeinflussung der Dichtelemente durch Öl bzw. Druckluft wird somit ausgeschlossen.

Vorzugsweise sollte der zwischen beiden Dichtelementen angeordnete Entlüftungskanal ausgehend vom Bereich der Dichtungsanordnung in eine unterhalb des Kolbens angeordneten und mit der Atmosphäre in Verbindung stehenden Ansaugkammer einmünden. Diese

Maßnahme bedingt, dass ein Ansaugen der Druckluft bei dem Taumelscheibenverdichter durch ein im Kolben integriertes Rückschlagventil durchgeführt wird. Hierdurch ergibt sich die Lage der Ansaugkammer unterhalb des Kolbens in einem Bereich des Taumelscheibenverdichters also, der eine kurze Kanalführung des Entlüftungskanals ermöglicht. Denn die Dichtungsanordnung ist in unmittelbarer Nähe zu der Ansaugkammer

platziert Ein derart kurzer Entlüftungskanal lässt sich in einfacher Weise durch Bohren herstellen.

Gemäß einer weiteren die Erfindung verbessernde Maßnahme werden optimale Dichtergebnisse dadurch erreicht, dass das erste Dichtelement zur Ölabdichtung und auch das zweite Dichtelement als Profildichtring mit einer innenradialen Dichtlippe ausgebildet sind. Natürlich lassen sich auch vergleichbare Dichtelemente verwenden, sofern diese eine zuverlässige Abdichtung der axial zueinander bewegbaren Bauteile gewährleisten.

Eine weitere, die Dichtwirkung verbessernde Maßnahme besteht darin, dass die aus Stahl bestehende Kolbenstange mit einer Oberfläche versehen ist, welche eine ähnliche Oberflächengüte wie Kolbenstangen von Pneumatikzylindern aufweist, vorzugsweise maximal 4 μm.

Weitere die Erfindung verbessernde Maßnahmen werden nachstehend gemeinsam mit der Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung anhand der Figuren näher dargestellt. Es zeigt:

Figur 1 einen Längsschnitt durch einen trockenlaufenden Taumelscheibenverdichter, und

Figur 2 eine Detailvergrößerung aus Figur 1 im Bereich einer der Kolbenstangen.

Der in Figur 1 dargestellte trockenlaufende Taumelscheibenverdichter weist seitens des Triebwerkes eine Antriebswelle 1 auf, welche durch einen — hier nicht weiter dargestellten - Motor in Drehbewegung versetzt wird. An der Antriebswelle 1 ist eine Taumelscheibe 2 in an sich bekannter Weise befestigt. Die Taumelscheibe 2 setzt über eine Lageranordnung 3 die Drehbewegung der Antriebswelle 1 in eine oszillierende Hubbewegung um. Die Hubbewegung wird auf eine an der Lageranordnung 3 angebrachten Kolbenstange 4 übertragen. Neben der Kolbenstange 4 sind noch weitere Kolbenstangen mit zugeordneten

Lageranordnungen vorhanden; die nachfolgende Beschreibung ist also exemplarisch zu verstehen. Die Kolbenstange 4 leitet die aufgrund der Drehung der Taumelscheibe 2 erzeugte Hin- und Herbewegung an einen Kolben 5 weiter, welcher an dem der Lageranordnung 3 gegenüberliegenden Ende der Kolbenstange 4 koaxial befestigt ist. Der Kolben 5 läuft innerhalb eines zugeordneten Zylinders 6, in welchem die Druckluft aufgrund der Bewegung des Kolbens 5 erzeugt wird. Eine Ansaugung von Luft aus der Atmosphäre erfolgt durch den Kolben hindurch, welcher zu diesem Zwecke eine Rückschlagventileinrichtung 7 besitzt. Die komprimierte Druckluft verlässt den Zylinder 6 über eine weitere entsprechend geschaltete Rückschlagventileinrichtung 8 am Zylinderkopf 9, die an das Ventilgehäuse 10 angebracht ist.

Die axiale Führung der Kolbenstange 4 erfolgt über eine ortsfest zum Verdichtergehäuse 10 angeordnete Lagerbohrung 11.

Wie im einzelnen aus Figur 2 ersichtlich ist, ist die Lagerbohrung 11 im Bereich des der

Taumelscheibe 2 zugewandeten Endes mit einer ersten Gleitlagerbuchse 12 ausgestattet. Die Gleitlagerbuchse 12 ist über Mittel zur Ölversorgung schmierbar. Die Mittel zur Ölversorgung der schmierbaren Gleitlagerbuchse 12 bestehen aus einem Ölkanal 13 zur Zuführung von Öl zu der schmierbaren Gleitlagerbuchse 12 ausgehend von einem Ölreservoir 14, welches im Bereich des Ventilgehäuses 10 angeordnet ist und über den Schmierkreislauf des Taumelscheibenverdichters wiederbefüllbar ist. Die schmierbare Gleitlagerbuchse 12 besteht aus einer Kupfer-Blei-Legierung.

Außerdem ist die Lagerbohrung 11 im Bereich des dem Kolben 5 zugewandten Endes mit einer zweiten, trockenlauffähigen Gleitlagerbuchse 15 ausgestattet. Die trockenlauffähige Gleitlagerbuchse 15 besitzt hier eine Gleitlagerschicht aus PTFE.

Der Druckluft enthaltende Zylinder 6 ist gegenüber des die Taumelscheibe 2 umfassenden Triebwerks mit einer Dichtungsanordnung abgedichtet, welche zwischen der zweiten

trockenlauffähigen Gleitlagerbuchse 15 und dem Innenraum des Zylinders 2 dichtend auf die Kolbenstange 4 wirkt.

Die Dichtungsanordnung besteht hier aus einem ersten Dichtelement 16 zur Ölabdichtung, welches insoweit benachbart zu der zweiten trockenlaufenden Gleitlagerbuchse 15 angeordnet ist und ein Eindringen von dem der ersten Gleitlagerbuchse 12 zugeführten Öl infolge der Hin- und Herbewegung der Kolbenstange 4 in den Bereich des Zylinders 2 vermeidet. Benachbart zum ersten Dichtelement 16 ist ein zweites, hierzu axial beabstandet angeordnetes Dichtelement 17 vorgesehen. Das zweite Dichtelement 17 hat die Aufgabe, einen Abfluss von Druckluft aus dem Innenraum des Zylinders 2 zu vermeiden. Zur zuverlässigen

Medienabtrennung ist der Bereich zwischen beiden Dichtelementen 16 und 17 über einen Entlüftungskanal 18 mit der Atmosphäre verbunden. Der Entlüftungskanal 18 verläuft konkret ausgehend vom Bereich der Dichtungsanordnung in eine unterhalb des Kolbens 5 vorgesehene und mit der Atmosphäre in Verbindung stehende Ansaugkammer 19 zur Verbesserung der Dichtwirkung zwischen den als Profildichtring ausgebildeten

Dichtelementen 16 und 17 und der Kolbenstange 4 besteht letztere aus Stahl mit einer polierten Oberfläche, welche in ihrer Oberflächengüte der Oberfläche eines Pneumatikzylinders entspricht.

Die vorliegende Erfindung ist nicht beschränkt auf das vorstehend beschriebene bevorzugte Ausführungsbeispiel. Es sind vielmehr auch Abwandlungen hiervor denkbar, die vom Schutzbereich der nachfolgenden Ansprüche umfasst sind. So ist es auch möglich, erforderlichenfalls weitere Gleitlagerbuchsen in der Lagerbohrung für die Kolbenstange unterzubringen oder diese mit einer durchgängigen Gleitlagerbuchse mit unterschiedlichen Funktionsbereichen entsprechend dieser Erfindung zu versehen.

Bezugszeichenliste

1 Antriebswelle

2 Taumelscheibe

3 Lageranordnung

4 Kolbenstange

5 Kolben

6 Zylinder

7 Rückschlagventileinrichtung

8 Rückschlagventileinrichtung

9 Zylinderkopf

10 Verdichtergehäuse

11 Lagerbohrung

12 Gleitlagerbuchse

13 Ölkanal

14 Ölreservoir

15 Gleitlagerbuchse

16 Dichtelement

17 Dichtelement

18 Entlüftungskanal

19 Ansaugkammer