KR20050085446A

KR20050085446A - 축 피스톤 머신

Info

Publication number: KR20050085446A
Application number: KR1020057010378A
Authority: KR
Inventors: 폴커 자이펠; 빌리 파쉬; 게오르그 베러; 페터 바르트; 헨리 비트콥; 페터 쿤
Original assignee: 루크 화조그-하이드로릭 게엠베하 앤 컴퍼니. 카게
Priority date: 2002-12-13
Filing date: 2003-12-12
Publication date: 2005-08-29
Also published as: JP4499572B2; EP1573201A2; US7500425B2; JP2006509956A; CN100395449C; DE10393344D2; US20060230922A1; WO2004055370A3; CN1726344A; KR101004237B1; WO2004055370A2; AU2003292236A1

Abstract

본 발명은 실린더형 피스톤 샤프트(3, 42, 102) 및 외장(5, 44, 104)을 구비한 적어도 하나의 피스톤(1, 40, 101)을 포함하는 축 피스톤 머신, 특히 자동차용 공기 조절 컴프레서에 관한 것으로, 상기 외장은 피벗 링(82) 또는 피벗 플레이트(106) 및 상기 피벗 링(82) 또는 피벗 플레이트(106) 위에서 슬라이딩되는 피벗 슈(pivot shoe)(105)를 둘러싸며, 이때 상기 외장(5, 44, 104)은 피스톤 샤프트 측면 및 그 반대편 측면에 피스톤 슈(105)를 수용하기 위한 구결(spherical segment)형 리세스(15, 17, 54, 62)를 갖는다.

Description

축 피스톤 머신{AXIAL PISTON MACHINE}

본 발명은 실린더형 피스톤 샤프트 및 외장을 구비한 적어도 하나의 피스톤을 포함하는 축 피스톤 머신, 특히 자동차용 공기 조절 컴프레서에 관한 것으로, 상기 외장은 피벗 링 또는 피벗 플레이트 및 상기 피벗 링 또는 피벗 플레이트 위에서 슬라이딩되는 피벗 슈(pivot shoe)를 둘러싸며, 이때 상기 외장은 피스톤 샤프트 측면 및 그 반대편 측면에 피스톤 슈를 수용하기 위한 구결(spherical segment)형 리세스를 갖는다.

상기와 같은 축 피스톤 머신은 이미 공지되어 있다. 공지되어 있는 축 피스톤 머신은, 피스톤의 외장 내에 구결형 리세스들의 구 형상의 가공을 위해 특수 기계 내지는 특수 장치가 필요하다는 단점이 있다. 상기 가공은 단속 절삭(interrupted cut) 방식으로 실시된다. 즉, 가공시 절삭 공구가 공작물로부터 멀어졌다가 다시 공작물 위치(절삭 위치)로 돌아온다. 또한, 공지되어 있는 가공 방식에서는 저렴한 비용으로 구 형상의 가장자리에 윤활 웨지 챔퍼(lubricating wedge chamfer)를 설치하는 것이 불가능하다. 공지되어 있는 가공에서는 피스톤의 실린더 축의 확정된 응력에 의해 외장 내에서 구 형상이 절삭 방식으로 제조된다. 이 경우 특히, 구 형상의 절삭 제조시 피스톤이 그의 실린더 축에 수직인, 구 중점을 통과하는 축을 중심으로 회전함에 따라 상기 구 형상이 제조될 수 있다. 그러나 이러한 과정은 복잡하고 에러가 많이 발생하며, 이미 언급한 것처럼, 특수 기계 또는 특수 장치를 필요로 한다.

또한 공지되어 있는 피스톤에서는 피스톤 외장이 피스톤 축에 대해 바깥쪽으로 상당히 많이 돌출되며, 그럼으로써 피스톤 슈가 떨어져 나가는 것을 방지하기에 충분한 강도로 피벗 플레이트 또는 피벗 링 및 피스톤 슈를 이동시키는데 충분한 공간이 제공된다.

또한 피벗 링 구조 또는 피벗 플레이트 구조의 컴프레서에서는 피스톤과 하우징 사이에 반경방향 외측에 놓이는 외장 슬라이딩 면(sliding surface)의 윤활이 중요하며, 특히 CO₂ 냉각제를 사용하는 경우 높은 압력으로 인해 머신의 치수가 종래의 냉각제 컴프레서보다 더 작게 나타난다. CO₂ 컴프레서에서는 예컨대 압축실 내에서 윤활제를 분배할 수 있는 피스톤들 사이의 공간들을 더욱 좁히기 위해 더 좁은 설치 공간이 사용된다. 피스톤 외장으로 덮인 하우징 둘레 영역이 하우징의 자유 둘레 영역에 비해 더 넓을수록, 상기 자유 둘레 영역에 윤활제를 공급하기가 더 어려워진다. 예컨대 CO₂어플리케이션을 위한 범용형 피벗 플레이트 머신 또는 피벗 링 머신에서 피스톤 외장에 의해 커버되는 영역이 상대적으로 넓어짐에 따라 개별 피스톤 외장 영역들 사이에 윤활제를 주입하기 위한 갭이 너무 좁게 형성되는 경우, 상기 영역에서의 윤활제 공급 부족 및 마찰 손상이 야기된다.

도 1은 두 부분으로 된 피스톤의 횡단면도이다.

도 2는 동일한 피스톤의 측면도이다.

도 3은 동일한 피스톤의 사시도이다.

도 4는 후방 구결의 가공을 설명하는 도면이다.

도 5는 전방 구결의 가공을 설명하는 도면이다.

도 6은 피스톤의 평면도이다.

도 7은 제 1 구형 홈을 가진 피스톤을 도시한 도면이다.

도 8은 피스톤에서의 축방향 힘에 결정적인 압력을 도시한 도면이다.

도 9는 제 1 및 제 2 구형 홈을 도시한 도면이다.

도 10은 제 1 구형 홈의 형성을 도시한 도면이다.

도 11은 피스톤에서 피벗 링 머신의 한 섹션을 도시한 도면이다.

도 12는 피스톤 외장의 횡단면도이다.

도 13은 피스톤의 평면도이다.

도 14는 압축실 내 피스톤 배열을 도시한 도면이다.

도 15는 본 발명에 따른 피스톤과 함께 회전하는 피벗 플레이트를 도시한 도면이다.

도 16은 윤활제 축을 갖는 피스톤을 도시한 도면이다.

따라서 본 발명의 목적은 전술한 문제들을 갖지 않는 축 피스톤 머신을 제공하는 것이다.

상기 목적은, 실린더형 피스톤 샤프트 및 외장을 구비한 적어도 하나의 피스톤을 포함하는 축 피스톤 머신, 특히 자동차용 공기 조절 컴프레서에 의해 달성되며, 상기 외장은 피벗 링 또는 피벗 플레이트 및 상기 피벗 링 또는 피벗 플레이트 위에서 슬라이딩되는 피벗 슈(pivot shoe)를 둘러싸며, 이때 상기 외장은 피스톤 샤프트 측면 및 그 반대편 측면에 피스톤 슈를 수용하기 위한 구결(spherical segment)형 리세스들을 가지고, 상기 외장의 피스톤 샤프트 반대편 측면은 개구를 갖는다. 상기 개구의 축이 피스톤 샤프트의 축과 합동인 축 피스톤 머신이 바람직하다.

또한, 상기 개구가 실질적으로 실린더형인 축 피스톤 머신이 바람직하다. 또한, 외장에 구결형 리세스를 가공하기 위해 상기 개구를 통하여 공구가 가이드될 수 있는 축 피스톤 머신이 바람직하다. 본 발명에 따른 축 피스톤 머신은, 구결형 리세스의 구 형상을 만들기 위한 가공 운동이 피스톤 샤프트의 축, 즉 실린더 축을 중심으로 피스톤이 회전함으로써 구현될 수 있는 것을 특징으로 한다. 그 결과, 표준형 선반에서의 한 번의 선반 가공으로 구결 형상이 제조될 수 있다.

본 발명에 따른 또 다른 축 피스톤 머신은, 개구를 가진 외장 측면과 비교해볼 때 외장의 피스톤 샤프트 측면에 센터링 보어 또는 센터링 센터(centering center) 또는 중량 절감을 위한 보어가 배치될 수 있는 것을 특징으로 한다. 센터링 센터를 사용함으로써 선반(lathe) 및 연삭기 상에서 피스톤 코팅층이 매우 안정적인 응력에서 가공될 수 있는 피스톤이 바람직하다.

또한, 완전한 구 윤곽을 가진 회전판(turnover board)에 의해 구결형 리세스가 제조될 수 있는 축 피스톤 머신이 바람직하다.

또한, 피스톤이 알루미늄 재료로 일체로 대량 제조될 수 있는 축 피스톤 머신이 바람직하다.

본 발명에 따른 축 피스톤 머신은, 외장의 브릿지 내부, 즉 피스톤 외장의 반경방향 내부 영역 내에 제 1 구형 홈이 배치되는 것을 특징으로 한다. 피스톤이 그의 실린더 축을 중심으로 회전함으로써, 그리고 외장에 구 형상을 절삭 제조할 때 회전하는 공구에서 상기 제 1 구형 홈이 형성될 수 있는 축 피스톤 머신이 바람직하다.

본 발명에 따른 또 다른 축 피스톤 머신의 경우, 피스톤이 그의 실린더 축에 수직으로 놓인 축을 중심으로 회전함으로써, 그리고 외장에 구 형상을 절삭 제조할 때 회전하지 않는 공구에서 제 1 구형 홈이 형성될 수 있다.

또한 외장 내에 있는 피스톤 슈의 구형 작동면이 외장의 브리지 내에 있는 제 1 구형 홈 내로 이음매 없이 연결될 수 있고, 상기 구형 작동면과 제 1 구형 홈이 바람직하게 같은 크기의 구반경(spherical radius)을 갖는다. 피스톤 슈 지지면의 절삭 가공시 함께 가공되거나 상기 절삭 가공에 의해 완전하게 제조되는 제 1 구형 홈도 바람직하다. 더 바람직하게는 내부면에 배치된 제 1 구형 홈을 제외한 외장의 브리지가 더 큰 반경을 가진 제 2 구형 홈에 의해 피벗 링 또는 피벗 플레이트의 윤곽에 매칭된다. 본 발명에 따르면 상기 제 2 구형 홈에 의해 외장 브리지가 피벗 링 또는 피벗 플레이트에 최대한 가깝게 이동될 수 있다. 그럼으로써 레버 암이 더 짧아짐에 따라 외장의 휨 하중이 감소된다. 제 1 구형 홈이 휨 라인에 매우 가깝게 놓여 있기 때문에, 제 1 구형 홈을 통과하는 외장의 강성은 크게 약화되지 않는다. 이는, 제 2 구형 홈에 의해 외장의 휨 라인이 피벗 플레이트 또는 피벗 링에 가까이 놓임에 따라 흡기 동작시 발생하는 휨에 반하는 강성이 제 1 구형 홈이 없는 외장에 비해 크게 약화되지 않기 때문에 가능하다. 그 결과, 필요 재료 및 필요 설치 공간이 절약되고 비용이 더 절감된다.

본 발명에 따른 축 피스톤 머신은, 실린더형 피스톤 샤프트와 외장이 각각 2개의 개별 부품으로 형성되고, 상기 두 부품으로 피스톤이 구성될 수 있는 것을 특징으로 한다. 그럼으로써, 그러한 상이한 형상의 부품들에 있어서 상이한 하중에 맞게 재료 및 제조 방법이 매칭될 수 있다는 장점이 얻어진다.

또한, 박판 스트립으로 제조될 수 있는 외장을 가지며, 상기 박판 스트립의 적절한 성형 후에 상기 박판으로부터 딥 드로잉 부품으로서 제조될 수 있는 실린더형 피스톤 샤프트와 연결될 수 있는 축 피스톤 머신이 바람직하다. 천공에 의해 외장 내에 개구가 형성될 수 있는 축 피스톤 머신도 바람직하다. 또한, 외장의 성형 프로세스에서 피스톤 슈의 수용부가 형성되거나 광범위하게 예비 성형될 수 있다. 또한, 실린더형 피스톤 샤프트와 외장이 하나의 강철 재료로부터 제조될 수 있는 축 피스톤 머신이 바람직하다. 또한, 외장과 실린더형 피스톤 샤프트가 레이저 용접 또는 저항 용접을 통해 서로 연결될 수 있는 축 피스톤 머신이 바람직하다. 또한, 외장과 피스톤 샤프트 사이의 공동부가 완전히 또는 거의 기밀(air-tight) 상태일 수 있다.

축 피스톤 머신의 본 발명에 따른 또 다른 한 실시예는, 외장과 피스톤 샤프트가 조립된 후 피스톤에 먼저 약 2 내지 3㎛의 층 두께로 워시 프라이머(wash primer) 코팅층(예: 인산염 처리)이 제공된 다음, 이어서 약 10㎛의 층 두께로 PTEE 표면 코팅층이 제공되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 목적은 또한, 외장의 슬라이딩 면으로서의 외부면이 피벗 플레이트 또는 피벗 링을 향해 있는 외장의 반경방향 내부 영역으로 통하는 적어도 하나의 개구를 갖는 축 피스톤 머신에 의해 달성된다. 바람직하게는 상기 적어도 하나의 개구가 슬라이딩 면에 윤활제를 공급하는데 사용되는데, 그 이유는 슬라이딩 면이 피스톤 외장에 의해 덮여 있는 둘레 영역에 위치함에 따라 트랜스미션 하우징 내 공기 조절 장치 내에 들어있는 윤활제를 원활하게 공급받을 수 없기 때문이다.

축 피스톤 머신의 본 발명에 따른 또 다른 한 실시예에서는, 슬라이딩 면으로서 형성된 피스톤 외장의 둘레 영역이 다수의 및/또는 상이한 형상의 개구들 내지는 개구 영역들을 갖는다.

슬라이딩 면으로서 형성된 피스톤 외장의 둘레 영역이 작동면으로 사용되는 트랜스미션 하우징 벽과 달리 적어도 하나의 개구를 통해 윤활제를 공급받는 포켓형 영역을 형성하는 축 피스톤 머신이 바람직하다.

전술한 본 발명에 따른 실시예들을 통해, 피스톤 외장으로 덮인 둘레 영역에 윤활제가 공급될 수 있고, 상기 윤활제는 회전하는 피벗 플레이트 또는 피벗 링에 의해 원심 분리됨에 따라 개구들을 통해 피스톤과 하우징 벽 사이의 공간 내로 이르게 된다.

이제 도면을 참고로 본 발명을 기술한다.

도 1에는 두 부분으로 된 피스톤(1)의 횡단면이 도시되어 있으며, 상기 피스톤은 실린더형 피스톤 샤프트(3)와 U자형 피스톤 외장(5)으로 구성된다. 상기 두 부품은 영역 "7"에서 레이저 용접에 의해 서로 연결된다. 물론 저항 용접, 납땜, 접착, 압입 끼워맞춤(press fit), 플랜징 또는 형상 결합(form-fit)(예: 스냅 링, 나사 등)과 같은 다른 접합 기술도 가능하다. 실린더형 피스톤 샤프트(3)는 바람직하게 얇은 강판으로부터 딥 드로잉 기법에 의해 제조될 수 있다. 강판을 사용하면 높은 압력 하중에도 피스톤 샤프트가 박벽으로 형성될 수 있고, 딥 드로잉 프로세스를 통해 대량 생산품으로서 바람직하게 제조될 수 있다는 장점이 있다. 반면 부품 블랭크는 냉간 압출, 온간 압출 또는 단조를 통해서도 제조될 수 있다. 경우에 따라 알루미늄 재료로 상기 피스톤을 제조하는 것도 바람직할 수 있다. 피스톤 외장(5)은 강판 스트립으로부터 제조될 수 있으며, 이 때 상기 강판 스트립은 천공 및 굽힘 공구(punching & bending tool) 내에서 평평한 박판 스트립으로부터 U자형 피스톤 외장으로 성형된다. 투피스(two-piece) 방식을 이용하면, 기본형이 상이한 2개의 부품이 그들의 형태에 알맞게 따로따로 제조될 수 있고, 단일 재료편으로부터 훨씬 더 복잡하게 성형될 필요가 없다는 장점이 있다. 피스톤 외장(5)이 강철 재료로 제조되는 것도 역시 바람직할 수 있으며, 그로 인해 작동시 발생하는 힘들에 비해 훨씬 더 높은 저항력이 보증된다. 피스톤 외장(5)은 피스톤 샤프트(3) 반대편 측면에 실린더형 개구(9)를 가지며, 상기 개구의 중간축(11)은 실린더형 피스톤 샤프트(3)의 중간축(13)과 합동이다. 피스톤 외장(5)의 내부면에서는 개구(9)가 구결형 영역(15)으로 연결되고, 상기 영역(15)은 본 도면에는 도시되지 않은 구결형 피스톤 슈의 수용에 사용된다. 외장(5)의 실린더형 피스톤 샤프트(3)쪽 면에서는 상기 외장의 내부에 역시 구결형 영역(17)이 형성되고, 상기 영역(17)은 제 2 피스톤 슈를 수용할 수 있으며, 이때 2개의 피스톤 슈는 그들 사이에 놓인 피벗 플레이트 또는 피벗 링 위에서 슬라이딩된다. 외장(5)의 피스톤 샤프트(3)쪽 부분에는 피스톤 샤프트(3)의 내부 공간으로의 연결을 가능하게 하는 더 작은 개구(19)가 제공된다. 피스톤 샤프트(3)의 전방 단부에는 피스톤 시일 링의 수용에 사용되는 2개의 홈(21)이 제공된다.

도 2에는 도 1의 피스톤(1)의 측면도가 도시되어 있으며, 여기서는 피스톤 외장(5)의 상부면에 융기 영역(25)으로 연결되는 경사진 단(23)이 제공되고, 상기 융기 영역(25)에 의해 피스톤(1)이 하우징 내에서 관련 하우징 슬라이딩 면에 지지된다. 또한 피스톤 샤프트(3)는 직경이 더 큰 영역(31)으로 연결되는 2개의 챔퍼(29, 27)를 가지며, 상기 영역(31)은 실린더 라이너 내부에서 가이딩 실린더 부품으로서 작용한다. 피스톤 외장(5)의 내부에서는 실린더형 피스톤 샤프트(3)의 축선(13)이 축선 "33"과 교차하는데, 이때 교차점은 구결형 피스톤 슈 내지는 베어링 영역(15, 17)의 구 형상의 중점이다.

도 3에는 도 1 및 도 2의 피스톤(1)의 사시도가 도시되어 있으며, 본 도면에서 영역 "35"에 강철 부품들 위에 특히 전체 피스톤의 인산염 처리를 통해 약 2 내지 3㎛의 층 두께로 워시 프라이머 코팅층이 적층된 다음, 이어서 표시된 영역(35)에 건성 피막 코팅(anti-friction coating)에 의해 약 10㎛의 층 두께로 PTEE가 도포될 수 있다. 물론 예컨대 WC/C 코팅과 같은 다른 코팅 처리 또는 표면 경화와 같은 열처리도 고려될 수 있다. 투피스 방식의 피스톤 설계는 특히 형태별로 가장 적절한 제조 기법을 통해 상이한 형태의 부품들이 제조될 수 있다는 점에서 바람직하다. 앞에서 이미 설명한 바와 같이, 실린더형 피스톤 샤프트(3)의 경우 박벽의 강판을 사용한 딥 드로잉 기법이 제공되는 반면, 피스톤 외장(5)의 경우에는 먼저 강 박판을 이용한 천공 기법이 사용된 다음 후속하여 외장 형태에 상응하게 굽힘 기법이 사용되는 것이 바람직하다. 천공 기법에서도 마찬가지로 먼저 개구들(9, 19)이 제조된 후, 구결 영역(15, 17)이 미리 압인될 수 있다. 물론 경우에 따라서 알루미늄 재료도 선택될 수 있다.

도 4에는 피스톤(40)의 횡단면이 도시되어 있는데, 본 도면에는 피스톤(40)이 간략한 횡단면으로 도시되어 있고, 상기 피스톤(40)이 예컨대 알루미늄 재료로 제조될 수 있다. 역시 실린더형 피스톤 샤프트(42) 및 외장(44)을 포함하는 피스톤(40)은 상기 피스톤 샤프트(42)에 대향 배치된 외장(44) 단부에 도 1의 개구(9)에 대응되는 개구(46)를 갖는다. 상기 개구(46)를 통해 절삭 공구(48)가 피스톤 외장(44)의 내부 공간으로 삽입될 수 있다. 도 1의 실린더 축(13)에 대응되는 피스톤 실린더 축(50)을 중심으로 하는 회전(52)에 의해, 표준형 선반에서 가공 운동을 통해 후방 구결(54)이 제조될 수 있으며, 이는 상기와 같은 개구(46)가 없는 공지된 외장 형태로는 불가능하다. 또한 상기 가공에서는 피스톤 샤프트(42) 내부에 센터링 센터(56) 또는 중량 절감 보어(도시되지 않음)가 제공되고, 피스톤 샤프트(42)의 정면에 제 2 센터링 센터(58)가 제공될 수 있으며, 상기 제 2 센터링 센터(58)는 예컨대 추가 회전 또는 코팅층의 추가 연삭을 위한 선반 및 연삭기에서의 추가 가공 단계동안 형태 안정적 응력을 허용한다.

도 5에는 마지막으로 외장(44) 내부의 전방 구결 형상(62)의 가공이 도시되어 있다. 마찬가지로 외장(44) 내 개구(46)를 통해 전방 구결 형상(62)의 가공을 위해 절삭 공구(60)가 삽입된 다음, 상기 공구(60)가 적절하게 축방향 및 수직 방향으로 움직이는 동시에 피스톤(40)이 축(50)을 중심으로 회전(52)함으로써 구결 형상이 만들어진다. 이는, 피스톤 샤프트(42)의 축(50), 즉 실린더 축을 중심으로 한 피스톤(40)의 회전에 의해 구 형상의 가공을 위한 절삭 운동이 구현될 수 있는 방식으로, 피스톤 외장(44) 내에 있는 개구(46)를 통해 상기 피스톤 외장이 변형되었음을 의미한다. 따라서 특수 기계뿐만 아니라 특수 장치도 필요치 않다. 즉, 상기 가공은 단속 절삭 방식, 다시 말해, 가공시 공구가 공작물로부터 멀어졌다가 다시 공작물 위치로 되돌아오는 방식으로 실시되지 않는다. 또한, 구 형상의 가장자리에 윤활 웨지 챔퍼를 설치할 수 있다. 그 결과, 현저한 비용 절감 및 완성 품질의 개선이 실현될 뿐만 아니라 상기 방식의 피스톤을 가진 머신의 작동과 관련한 장점들이 제공된다. 물론 본 발명은 공기 조절 컴프레서에만 제한적으로 사용되는 것이 아니라, 예컨대 축 피스톤 펌프와 같이 피스톤 슈를 구비한 다양한 피벗 링 기구 또는 피벗 플레이트 기구를 조작하는 다른 축 피스톤 머신에서도 사용될 수 있다. 또한, 본 발명에 의해 선반 및 연삭기 상에서 피스톤 코팅층이 매우 안정적인 응력에서 가공될 수 있다. 즉, 외장의 왼쪽 측면에 있는 센터링 센터에서의 응력과 비교해볼 때, 상기 유형의 응력이 훨씬 더 안정적이고 더 정확하다. 도 4 및 도 4의 도면들에 대한 가공 변형으로서, 완전한 구 윤곽을 가진 회전판도 사용될 수 있다. 상기 회전판에 의해 1개의 공구 고정대(tool holder) 내에서 2개의 면이 동시에 가공될 수도 있다.

도 6에는 본 발명에 따른 피스톤(1)의 평면도가 도시되어 있다. 본 도면에 사용된 도면 부호들은 도 1 및 도 2의 도면 부호들과 일치한다. 도 6의 평면도에서는 특히 도 2의 측면도에 도시되었던 챔퍼(23)가 피스톤 외장(5)의 융기부(25)로 이어지는 모습을 볼 수 있으며, 상기 융기부(25)는 컴프레서 하우징 벽에 대한 대응 접촉물 및 슬라이딩 면으로 사용된다. 그러한 슬라이딩 면(25)은 오른쪽 측면 및 왼쪽 측면에, 즉 도 6에서는 상부 및 하부에 존재하며, 슬라이딩 면으로서뿐만 아니라 피스톤의 측면 기울어짐 또는 비틀림 회전을 방지하는 데에도 사용된다.

도 7에는 브리지 내에 제 1 구형 홈을 갖는 외장(5)을 포함하는 피스톤(1)의 사시도가 도시되어 있다. 지금까지 기술한 부품들은 예컨대 도 1과 동일한 도면 부호를 가지며, 반복을 피하기 위해 재차 기술하지 않는다. 본 도면에는 실린더 축(50)을 중심으로 한 회전에 의한 절삭 제조에서 피스톤 슈의 지지면(62 및 (여기서는 볼 수 없는) 54)의 제조시 함께 제조될 수 있는 제 1 구형 홈(80)이 추가로 도시되어 있다.

도 8에는 흡입 행정 동안 피스톤(1) 및 피스톤 외장(44, 5)에 작용하는 압력 및 힘이 도시되어 있다. 피스톤의 흡입 행정 동안 피스톤(1)은 (본 도면에는 도시되지 않은) 피스톤 슈에 의해 피벗 링(82) 내지는 피벗 플레이트를 통해 실린더 블록으로부터 방출된다. 이때 피스톤 외장(44, 5) 내부에는 피벗 링(82)의 운동에 의해 상기 외장(44, 5)을 펴는 힘(PA)이 작용하고, 상기 힘(PA)은 피벗 링(82) 및 피스톤 슈로부터 외장(44 또는 5)으로 전달된다. 추가로 실린더형 피스톤 샤프트(42 또는 3)의 정면에 가해지는 흡입 압력(PS)에 대항하여 구동 챔버 내에서는 피스톤 외장(44, 5)의 영역 "62"에 놓인 피스톤 실린더 면에 구동 챔버 압력(PC)이 작용한다. 즉, 피스톤(1)의 외장(44 또는 5)은 작동 중에 결정적으로 흡입 운동시의 휨에 의해 하중을 받는다. 그러한 휨 동작시 최대한 큰 강성을 얻기 위해, 외장의 배면이 반경방향 안쪽으로 피벗 링(82) 내지는 피벗 플레이트에 최대한 가깝게 이동되며, 이때 상기 홈(80)이 반경방향으로 더 바깥쪽으로 돌출해 있는 외장에 비해 상기 외장의 휨 라인에 가까이 놓임에 따라, 반경방향으로 더 바깥쪽에 놓임으로써 더 긴 휨 레버 아암을 가지며 구형 홈(80)이 없는 외장에 비해 흡기 운동시의 휨에 대항하는 강성이 단지 약간만 약화된다. 이와 관련하여, 외장(44 또는 5)의 배면이 그의 내부면에 있는 제 2 구형 홈(81)(도 9)에 의해 피벗 링 내지는 피벗 플레이트의 실린더형 윤곽 및 운동 위치들에 매칭된다. 그 결과, 컴프레서의 공간 절약적 구조 및 비용 절감이 달성된다.

도 9에는 피스톤 외장 내에 배치된 구형 홈들(80, 81)이 4개의 도면으로 도시되어 있다. 도 9a에는 외장(44 또는 5)의 내부면이 도시되어 있다. 외장(44, 5)의 브리지 내에 배치된 제 1 구결형 리세스, 즉 구형 홈(80) 및 외장의 전체 내부면을 점유할 수 있는 제 2 구형 윤곽(81)을 볼 수 있다. 도 9b에는 도 9a에서 잘라낸 단면(B-B)이 도시되어 있다. 절단된 외장(44 또는 5) 내부에서 전방 피스톤 슈를 위한 전방 지지면(62)을 볼 수 있다. 피스톤 링의 절단 영역(88)에서는 하우징 윤곽(86)에의 접촉을 위해 사용되는, 도 6의 가이드 융기부(25) 및 제 1 구형 홈(80)을 볼 수 있다. 또한, 제 2 구형 홈(81)에 의해 피벗 링 윤곽(84)에 대한 충분한 간격 및 상기 피벗 링 윤곽의 피벗 운동에 의해 제공되는 포락선이 보증되고, 단면 "B-B"는 피벗 링(84) 및 하우징(86)의 윤곽을 따라 계속된다는 것을 명백히 알 수 있다.

도 9c는 지지면(62) 내지는 반대편 지지면(54)이 이음매 없이 제 1 구형 홈 내로 이어질 수 있고, 구 형태를 형성할 수 있음을 보여준다. 도 9b에서와 마찬가지로 제 2 구형 리세스(81)의 단면을 볼 수 있으며, 상기 리세스(81)는 제 1 구형 리세스(80)보다 훨씬 더 큰 반경을 갖도록 형성됨에 따라 도 9b의 피벗 플레이트 또는 피벗 링(84)의 포락선의 반경에 매칭된다.

도 9d에서는 사시도를 통해 외장 내부면의 구형 홈(81)의 측면이 매우 잘 보인다. 또한, 피스톤 슈를 위한 지지면(62)의 제조를 통해 구형 홈이 함께 형성된다는 것이 명백히 나타나 있다.

도 10에는 제 1 구형 홈(80)의 제조 및 피스톤 슈 지지면(62, 54)의 제조가 함께 도시되어 있다. 외장(44) 내부에서 공구가 회전축(90)을 중심으로 회전하는 동안, 외장 내에 구 형상을 제조하기 위해 피스톤이 그의 실린더 축(50)을 중심으로 회전하며, 이때 공구(92)의 절삭날이 피스톤 슈 지지면(54, 62)의 윤곽 및 구형 리세스(80)를 만들어 낸다. 즉, 외장(44) 내 구 형상의 절삭 제조시 피스톤(1)이 그의 실린더 축(50)을 중심으로 회전하면 외장(44, 5)이 피벗 플레이트 내지는 피벗 링의 외부 윤곽에 더 가까이 이동함에 따라 상기 실린더 축에 평행하게 놓인 외장(44) 부분에 구형 홈(80)이 형성된다. 따라서 저가의 제조 방법과 외장(44)의 저렴하고 공간 절약적인 구조가 결합될 수 있다.

피스톤이 공구 회전축(90)과 실린더 축(50) 사이에 수직으로 놓인 축을 중심으로 회전할 때 정확히 구형 홈(80)이 형성되고, 상기 축은 상기 구형 홈의 절단점(구 중점)을 통과하며 이때 비회전 공구가 구 윤곽 또는 구에 가까운 윤곽을 절단한다.

도 11에는 실린더부(102)를 포함하는 피스톤(101)이 도시되어 있으며, 상기 실린더부는 실린더 블록(103)의 개구 내에서 이리저리 움직일 수 있고, 그럼으로써 실린더 외부면과 함께 실린더 블록 보어(113)에 대한 제 1 슬라이딩 면을 형성한다. 피스톤(101)은 계속해서 제 2 부분(104)으로 이어지고, 상기 제 2 부분은 피벗 플레이트(106) 및 피스톤 슈(105)의 외장으로 사용된다. 회전 운동시 피벗 플레이트(106)가 피스톤(101)의 피스톤 슈(105)를 통해 이리저리 움직이고, 이때 상기 피벗 플레이트(106)는 피스톤 슈(105)의 평평한 면들 사이에서 슬라이딩되며, 피스톤 슈(105) 자체는 피스톤 외장 내부에서 일종의 요동(wobbling) 운동을 한다. 피스톤 외장(104)은 다시 (부분적으로만 도시되어 있는) 트랜스미션 하우징(107) 내에서 내벽(108)을 따라 슬라이딩되고, 그럼으로써 제 2 슬라이딩 면(109)을 형성한다.

도 12에는 본 발명에서 기술되는 것과 같은 피스톤 외장의 단면이 도시되어 있고, 도 3에는 상기 외장의 평면도가 도시되어 있다. 도 13에서는 제 2 슬라이딩 면(109)이 개구(111)에 의해 두 부분으로 나뉘고, 상기 개구는 특히 회전하는 피벗 플레이트(106)(도 11)의 내부 공간으로부터 원심력에 의해 분출된 윤활제가 피스톤 외장을 통해 상부면, 즉 슬라이딩 면(109) 위로 공급되도록 하는데 사용된다. 절삭된 피스톤 외장 면(112)의 하부에서는 전방 피스톤 외장 면(114) 위에 전방 피스톤 슈를 위한 슬라이딩 면(115)이 보이며, 상기 슬라이딩 면 내에서 도 11의 피스톤 슈(105)가 요동 운동을 한다. 상기 개구(111)는 윤활제를 더 넓은 면에 걸쳐서 수용하기 위해 원뿔대 형태로 형성될 수 있다.

도 13에는 본 발명에 따른 피스톤의 평면도가 도시되어 있다. 외장 표면(109)의 만곡부 직경보다 더 작은 직경을 가진 피스톤의 실린더부(101)에 제 2 부분인 피스톤 외장(104)이 연결된다. 상기 외장부(104)에는 윤활제 공급을 위해 제공된 개구(111)(본 도면에서는 예컨대 타원형 횡단면을 가짐)가 존재하며, 상기 개구는 윤활제를 수용하기 위한 포켓형 리세스(116)로 둘러싸여 있다. 상기 포켓형 리세스(116)의 횡단면이 도 16에 도시되어 있다. 도 13에는 또한 인접한 피스톤 외장(104')이 도시되어 있으며, 이는 본 발명에 따른 머신 내에서 피스톤 외장들 사이의 갭(117)이 너무 좁고, 상기 갭은 외장 슬라이딩 면(109)에 윤활제를 공급하기에 충분할 수 없다는 것을 보여준다.

도 14에는 머신 내에 6개의 피스톤 외장이 존재하는 경우의 단면의 예가 도시되어 있다. 슬라이딩 면(109)을 가진 6개의 피스톤 외장들(104) 사이에 매우 좁은 갭(117)이 형성된 것을 볼 수 있다. 이는 압축실 내에서 회전하는 경사 플레이트 또는 피벗 플레이트에 의해 원심 분리된 윤활제가 경우에 따라 상기 갭(117)에서부터 슬라이딩 면(109)의 중심까지 예비 처리될 수 없다는 것을 의미한다.

그러므로 본 발명에서는, 도 15에 도시된 것처럼, 개구(111)를 통해 윤활제가 공급되고, 이 때 회전하는 경사 플레이트 또는 피벗 플레이트 또는 피벗 링(106)에 의해 원심력의 작용 하에 윤활제가 개구를 통해 상부면(109)에 도달하여, 거기서 구동실 하우징 벽과 피스톤 외장(104)의 반경방향 외부면 사이에 있는 슬라이딩 면(109)에 도포될 수 있다.

계속해서 도 16에는, 상부면(109)에 윤활제 개구(111)에 추가로 필요에 따라 상이한 형태로 설계될 수 있는 윤활제 축(116)을 갖는, 본 발명에 따른 피스톤 외장(14)의 단면도가 도시되어 있다. 상기 윤활제 축은 개구(111)를 통해 도달된 윤활제를 피스톤 외장 상부에 수용(포착)함으로써 슬라이딩 면(109)에 충분히 공급되도록 하는 역할을 한다.

Claims

실린더형 피스톤 샤프트(3, 42, 102) 및 외장(5, 44, 104)을 구비한 적어도 하나의 피스톤(1, 40, 101)을 포함하는 축 피스톤 머신, 특히 자동차용 공기 조절 컴프레서로서, 상기 외장은 피벗 링(82) 또는 피벗 플레이트(106) 및 상기 피벗 링(82) 또는 피벗 플레이트(106) 위에서 슬라이딩되는 피벗 슈(pivot shoe)(105)를 둘러싸며, 상기 외장(5, 44, 104)은 피스톤 샤프트 측면 및 그 반대편 측면에 상기 피스톤 슈(105)를 수용하기 위한 구결(spherical segment)형 리세스들(15, 17, 54, 62)을 가지는, 축 피스톤 머신에 있어서,

상기 외장(5, 44)의 상기 피스톤 샤프트(3, 42) 반대편 측면이 개구(9, 46)를 갖는 것을 특징으로 하는, 축 피스톤 머신.
제 1항에 있어서,

상기 개구(9)의 축(11)이 상기 피스톤 샤프트(3, 42)의 축(13, 50)과 합동인 것을 특징으로 하는, 축 피스톤 머신.
제 1항 또는 제 2항에 있어서,

상기 개구(9)가 실질적으로 실린더형인 것을 특징으로 하는, 축 피스톤 머신.
제 1항 내지 제 3항에 있어서,

상기 외장(5, 44)에 상기 구결형 리세스(15, 17, 54, 62)를 가공하기 위해 상기 개구(9)를 통하여 공구(48, 60)가 가이드될 수 있는 것을 특징으로 하는, 축 피스톤 머신.
전술한 항들 중 어느 한 항에 있어서,

상기 구결형 리세스(15, 17, 54, 62)의 구 형상을 만들기 위한 가공 운동이 상기 피스톤 샤프트(3, 42)의 축, 즉 실린더 축을 중심으로 상기 피스톤(1)이 회전함으로써 구현될 수 있는 것을 특징으로 하는, 축 피스톤 머신.
전술한 항들 중 어느 한 항에 있어서,

상기 가공은 표준형 선반(lathe)에서의 선반 가공으로서 구현될 수 있는 것을 특징으로 하는, 축 피스톤 머신.
전술한 항들 중 어느 한 항에 있어서,

상기 피스톤(1, 40)은 상기 외장(5, 44)의 개구측 반대편에 놓인, 외장(5, 44)의 피스톤 샤프트 측면에 센터링 보어 또는 센터링 센터(centering center)(56) 또는 중량 절감을 위한 보어를 갖는 것을 특징으로 하는, 축 피스톤 머신.
전술한 항들 중 어느 한 항에 있어서,

상기 센터링 센터(56)를 사용함으로써 선반 또는 연삭기 상에서 상기 피스톤(1, 40)의 코팅층이 매우 안정적인 응력에서 가공될 수 있는 것을 특징으로 하는, 축 피스톤 머신.
전술한 항들 중 어느 한 항에 있어서,

상기 구결형 리세스(15, 17, 54, 62)가 완전한 구 윤곽을 가진 회전판(turnover board)을 구비한 공구들에 의해 제조될 수 있는 것을 특징으로 하는, 축 피스톤 머신.
전술한 항들 중 어느 한 항에 있어서,

상기 피스톤이 알루미늄 재료로 일체로 대량 제조될 수 있는 것을 특징으로 하는, 축 피스톤 머신.
제 1항의 전제부에 따른 축 피스톤 머신에 있어서,

상기 외장(5, 44)의 브릿지 내부, 즉 상기 피스톤 외장(5, 44)의 반경방향 내부 영역 내에 제 1 구형 홈(80)이 배치되는 것을 특징으로 하는, 축 피스톤 머신.
제 11항에 있어서,

상기 제 1 구형 홈(80)은, 상기 피스톤(1, 40)이 그의 실린더 축(13, 50)을 중심으로 회전함으로써, 그리고 상기 외장(5, 44)에 구 형상을 절삭 제조할 때 회전하는 공구(92)에서 형성될 수 있는 것을 특징으로 하는, 축 피스톤 머신.
제 11항에 있어서,

상기 제 1 구형 홈은, 상기 피스톤(1, 40)이 그의 실린더 축(13, 50)에 수직으로 놓인 축을 중심으로 회전함으로써, 그리고 상기 외장(5, 44)에 구 형상을 절삭 제조할 때 회전하지 않는 공구에서 형성될 수 있는 것을 특징으로 하는, 축 피스톤 머신.
제 11항에 있어서,

상기 외장(5, 44) 내에 있는 피스톤 슈(105)의 구형 작동면(54, 62)이 상기 외장(5, 44)의 브리지 내에 있는 제 1 구형 홈(80) 내로 이음매 없이 연결되고, 상기 구형 작동면(54, 62)과 상기 제 1 구형 홈(80)이 바람직하게 같은 크기의 구반경(spherical radius)을 갖는 것을 특징으로 하는, 축 피스톤 머신.
제 11항 내지 제 14항에 있어서,

상기 내부면에 배치된 제 1 구형 홈(80)을 제외한 상기 외장(5, 44)의 브리지가 더 큰 반경을 가진 제 2 구형 홈(81)에 의해 상기 피벗 링(82) 내지는 피벗 플레이트의 윤곽(84)에 매칭되는 것을 특징으로 하는, 축 피스톤 머신.
제 11항 내지 제 15항에 있어서,

상기 제 2 구형 홈(81)에 의해 상기 외장(5, 44)의 브리지가 상기 피벗 링(82) 내지는 상기 피벗 플레이트에 최대한 가깝게 이동될 수 있는 것을 특징으로 하는, 축 피스톤 머신.
제 11항 내지 제 16항에 있어서,

상기 제 2 구형 홈(81)에 의해 상기 외장(5, 44)의 휨 라인이 상기 피벗 플레이트 내지는 상기 피벗 링(82)에 가까이 놓임에 따라, 흡기 동작시 발생하는 휨에 반하는 강성이 상기 제 1 구형 홈이 없는 외장에 비해 크게 약화되지 않는 것을 특징으로 하는, 축 피스톤 머신.
제 1항의 전제부에 따른 축 피스톤 머신에 있어서,

상기 실린더형 피스톤 샤프트(3)와 상기 외장(5)이 각각 2개의 개별 부품으로 형성되고, 상기 두 부품으로 상기 피스톤(1)이 구성될 수 있는 것을 특징으로 하는, 축 피스톤 머신.
전술한 항들 중 어느 한 항에 있어서,

상기 외장(5)이 박판 스트립으로 제조될 수 있고, 상기 피스톤 샤프트(3)가 딥 드로잉 부품으로서 박판으로 제조될 수 있으며, 상기 외장(5)은 상기 실린더형 피스톤 샤프트(3)와 연결될 수 있는 것을 특징으로 하는, 축 피스톤 머신.
전술한 항들 중 어느 한 항에 있어서,

상기 개구(9)가 천공에 의해 상기 외장(5) 내에 형성될 수 있는 것을 특징으로 하는, 축 피스톤 머신.
전술한 항들 중 어느 한 항에 있어서,

상기 피스톤 슈(105)의 수용부(15, 17)가 상기 외장(5)의 성형 프로세스에서 제조되거나, 광범위하게 예비 성형되는 것을 특징으로 하는, 축 피스톤 머신.
전술한 항들 중 어느 한 항에 있어서,

상기 외장(5)과 상기 실린더형 피스톤 샤프트(3)가 하나의 강철 재료로부터 제조될 수 있는 것을 특징으로 하는, 축 피스톤 머신.
전술한 항들 중 어느 한 항에 있어서,

상기 외장(5)과 상기 실린더형 피스톤 샤프트(3)가 레이저 용접 또는 저항 용접을 통해 서로 연결될 수 있는 것을 특징으로 하는, 축 피스톤 머신.
전술한 항들 중 어느 한 항에 있어서,

상기 외장(5)과 상기 피스톤 샤프트(3) 사이의 공동부가 완전히 또는 거의 기밀(air-tight) 상태일 수 있는 것을 특징으로 하는, 축 피스톤 머신.
전술한 항들 중 어느 한 항에 있어서,

상기 외장(5)과 상기 피스톤 샤프트(3)가 조립된 후 상기 피스톤(1)이 코팅되고, 이때 워시 프라이머(wash primer)로서 약 2 내지 3㎛의 층 두께로 인산염 층이 제공되며, 제 2 층으로서 약 10㎛의 층 두께로 PTEE 층이 제공되는 것을 특징으로 하는, 축 피스톤 머신.
제 1항의 전제부에 따른 축 피스톤 머신에 있어서,

상기 외장(104)의 슬라이딩 면(109)으로서의 외부면이 상기 피벗 플레이트 또는 상기 피벗 링(106)을 향해 있는 외장(104)의 반경방향 내부 영역으로 통하는 적어도 하나의 개구(111)를 갖는 것을 특징으로 하는, 축 피스톤 머신.
제 26항에 있어서,

상기 적어도 하나의 개구(111)가 상기 슬라이딩 면(109)에 윤활제를 공급하는데 사용되는 것을 특징으로 하는, 축 피스톤 머신.
전술한 항들 중 어느 한 항에 있어서,

슬라이딩 면(109)으로서 형성된 상기 외장(104)의 둘레 영역이 다수의 및/또는 상이한 형상의 개구들(111) 내지는 개구 영역들을 갖는 것을 특징으로 하는, 축 피스톤 머신.
전술한 항들 중 어느 한 항에 있어서,

슬라이딩 면(19)으로서 형성된 상기 외장(104)의 둘레 영역이 작동면으로 사용되는 트랜스미션 하우징 벽과 달리 적어도 하나의 윤활 개구(111)를 통해 윤활제를 공급받는 포켓형 영역(116)을 형성하는 것을 특징으로 하는, 축 피스톤 머신.