曲轴
技术领域
本发明涉及一种用于制冷剂压缩机的曲轴，该曲轴至少包括：圆柱形的轴元件；用于驱动制冷剂压缩机的压缩机活塞的曲轴颈；以及用于从轴元件的背离曲轴颈的、下端部区域朝曲轴颈的方向输送润滑剂的装置，用于为制冷剂压缩机的活动部件供给润滑剂。
背景技术
开头所述类型的曲轴通常用在压缩机、例如制冷剂压缩机中。在此，曲轴完成两个任务：一方面，曲轴用于将由驱动单元产生的力传递到压缩机的压缩机构上；此外，曲轴还完成了对压缩机的活动构件进行润滑的任务，所述活动构件例如是缸活塞单元和压缩机构的连杆以及压缩机的轴承，曲轴可转动地支承在所述轴承中。
润滑剂在压缩机的运行状态中——在该运行状态中压缩机按照规定运行——位于压缩机中并且在压缩机壳体的底部区域中设计有润滑剂池，所述润滑剂在此通过旋转的曲轴的合适的装置从润滑剂池朝向压缩机构的方向输送，接下来通过曲轴的轴元件的排出口到达轴承的待润滑的部位并且通过曲轴的曲轴颈到达压缩机构的待润滑的部位。接着，所输送的润滑剂再次从压缩机的被润滑的构件滴落并且——此外也通过曲轴——返回到润滑剂池中。
由于曲轴的高速转动，在曲轴的区域中的润滑剂的静压力显著下降，这又导致润滑剂的较低的蒸发温度。因此在润滑剂中形成气泡，该气泡由于在润滑剂中分离的气体而相对稳定(软的或稳定的气穴)。这些气泡可以完全地或部分地封闭用于在曲轴中或曲轴上输送润滑剂的装置(例如在轴元件的表面上的螺旋槽或在曲轴内部中的孔)。这又导致压缩机的活动构件的磨损，这是因为不再能够将足够多的润滑剂输送至这些待润滑的构件。实际上，这些问题提高了压缩机的故障率。
发明内容
因此，本发明的目的是提供一种在开头所述类型的曲轴，使用该曲轴的压缩机的、由于润滑剂的气穴现象引起的故障可能性能通过该曲轴得以降低。
该目的在根据本发明的用于压缩机、优选用于制冷剂压缩机的曲轴中通过下述方式实现，该曲轴至少包括：
-圆柱形的轴元件，
-用于驱动制冷剂压缩机的压缩机活塞的曲轴颈，以及
-用于从轴元件的背离曲轴颈的、下端部区域朝曲轴颈的方向输送润滑剂的装置，用于为制冷剂压缩机的活动部件供给润滑剂，
其中，曲轴的表面的至少一个表面部段具有至少一个扰流器，所述至少一个扰流器由于其几何结构和/或特性设置用于破坏在制冷剂压缩机的运行状态中环绕曲轴流动的润滑剂中的汽泡和/或气泡。
相应地，根据本发明的曲轴具有至少一个、优选多个扰流器，以便使在润滑剂中由于气穴现象形成的汽泡和/或气泡坍缩。为此，所有的扰流器都布置在曲轴表面的表面部段上，这些表面部段在压缩机的运行状态中被润滑剂环流或穿流，在所述运行状态中压缩机按照规定运行。润滑剂中的汽泡和/或气泡——它们在润滑剂中通过气穴现象形成并且下面为了简单起见被归入术语“气泡”——因此在包围它们的润滑剂通过用于输送润滑剂的装置从润滑剂池朝向曲轴颈的方向引导和/或通过曲轴又排出到润滑剂池中时，经过至少一个扰流器。在经过扰流器时，其几何结构和/或其(表面)特性导致，经过的气泡强烈地变形或被干扰，使得该气泡坍缩。因此，根据本发明在曲轴的表面上设置扰流器导致曲轴的用于输送润滑剂的装置的(暂时)封闭的可能性降低，这又确保了连续的润滑剂输送，并且因此也确保了压缩机的活动构件/活动构件的充分润滑。
在根据本发明的曲轴的一个优选的实施方式中，用于输送润滑剂的装置通过轴元件的螺旋形的、环绕轴元件的纵向轴线的输送槽形成，其中，输送槽是表面部段的一部分并且具有至少一个扰流器或所述扰流器中的至少一个。
设计为螺旋槽的输送槽用于，在轴元件的纵向延伸部的大部分上朝向曲轴颈、即在轴向方向上沿着轴元件的纵向轴线输送润滑剂。在此，输送槽在轴元件的下端部区域中具有其起点并且在轴元件的上端部区域中过渡到曲轴的贯通开口中，该上端部区域位于布置在轴元件与曲轴颈之间的并且用于平衡的过渡元件之前，来自输送槽的润滑剂能穿过该贯通开口进入到曲轴颈中。在输送槽中布置一个或多个扰流器使得可以明显减少借助于输送槽朝向曲轴颈的方向输送的润滑剂中的气泡数量，并使输送槽和/或贯通开口被这种气泡堵塞的危险最小化。
在此特别优选地规定，至少一个扰流器或所述扰流器中的至少一个布置在输送槽的底部。对此替代地或附加地，扰流器也可以布置在输送槽的壁上。
根据扰流器的具体实现方式，所述扰流器的这种布置可以显著简化根据本发明的曲轴的制造。
在根据本发明的曲轴的另一个优选的实施方式中，用于输送润滑剂的装置通过——优选偏心布置的、特别优选横向于轴元件的纵向轴线延伸的——孔形成，其中，孔的限定孔的内表面是表面部段的一部分并且具有至少一个扰流器。也就是说，一个或多个扰流器可以仅布置在孔中，或者一个或多个扰流器可以附加地布置在其它部位上。在此情况下，横向意味着与轴元件的纵向轴线构成不等于0°或180°的角度。
通常，润滑剂从润滑剂池通过轴元件伸入到润滑剂池中的端部区域中的孔、所谓的偏心孔输送至轴元件的第一排出口。在该第一排出口处，排出的润滑剂为了朝曲轴颈的方向继续输送而可被引导到输送槽中和/或被用于润滑压缩机的处于第一排出口的区域中的轴承，曲轴可转动地支承在该轴承中。孔的限定该孔的内表面本身是曲轴的表面部段的一部分并且同样可以具有一个或多个扰流器——如在以上描述的优选实施方式中的情况那样。由此确保，从润滑剂池中通过孔进入到曲轴中的润滑剂在很大程度上被清除气泡并且第一排出口和输送槽都不会被气泡封闭。
在根据本发明的曲轴的另一个优选的实施方式中规定，轴元件的外周面是表面部段的一部分并且具有至少一个扰流器或所述扰流器中的至少一个。
被输送以用于对压缩机构进行润滑的润滑剂的相当一大部分重新经过曲轴、更准确地说经过轴元件的外周面流出，以便最终返回到润滑剂池中，所述压缩机构例如是在缸中在两个死点之间往复运动的压缩机活塞和/或是连杆，该连杆在曲轴颈与压缩机活塞之间建立所需的作用连接。还能实现，由于曲轴的高转速而在润滑剂中产生气穴现象并且由此形成气泡。在此产生的气泡然后会随着流出的润滑剂返回到润滑剂池中，从而孔、即偏心孔存在部分被阻塞或甚至完全被堵塞的危险。在这两种情况下，不再确保给压缩机的待润滑的构件供给足够量的润滑剂。通过在外周面上布置扰流器，排出的润滑剂在其能返回到润滑剂池中并且气泡具有阻塞润滑剂供给装置、即用于输送润滑剂的装置的机会之前被清除气泡。
在根据本发明的曲轴的一个特别优选的实施方式中规定，至少一个扰流器布置在轴元件的外周面的自由部段中，其中，轴元件在自由部段的区域中具有比在轴元件的支承部段的和/或端部区域的区域中更小的直径，所述支承部段用于支承在制冷剂压缩机中的曲轴。
因此，一个或多个扰流器可以布置在外周面的自由部段中，或者一个或多个扰流器可以附加地布置在其它部位上。布置在自由部段中的扰流器具有下述优点：其几何结构和/或其表面特性与布置在轴元件的外周面的另一部位上的扰流器相比拥有更大的构造自由度。因此，这些扰流器例如可以在径向方向上以较高的程度从轴元件上突出并且因此设计得比在例如在配合精确地制成的支承部段的或轴元件的端部区域的区域中的扰流器的情况下更高。此外，布置在自由部段中的扰流器因此还提供了优点，因为输送槽通常主要设置在自由部段中。在根据本发明的曲轴的这种实施方式中，那些不是再次返回到润滑剂池中而是已经在此之前又被导入到输送槽中以便再次朝向曲轴颈的方向输送的润滑剂首先经过布置在自由部段中的扰流器。由此可以破坏可能存在于润滑剂中的气泡并且保护输送槽以及贯通开口不被封闭。
根据本发明的曲轴的另一个特别优选的实施方式规定，至少一个扰流器设计为表面部段的凸起部和/或凹进部。
因此，一个或多个扰流器可以设计为表面部段的凸起部和/或凹进部，或者一个或多个扰流器可以附加地以其它形式设计。
在根据本发明的曲轴的另一个特别优选的实施方式中，所述至少一个扰流器或所述扰流器中的至少一个通过槽形成。
该槽可以布置在表面部段上，例如布置在输送槽的内部，布置在孔的内表面上，布置在贯通开口的内侧上，布置在轴元件的外周面上和/或轴元件的外周面的自由部段中(在输送槽的外部)，并且形成所述至少一个扰流器或所述扰流器中的一个。通过槽形状的设计方案，槽可以适配于压缩机的运行状态的要求和/或适配于分别使用的润滑剂。在此，槽可以分别仅在相应的表面部段的一部分上延伸，或者绝大部分地或者也基本上完全地覆盖表面部段。在此，术语槽代表性地表示在曲轴表面的表面部段上的长形的(连贯的或也可以是中断的)凹进部的任何形状。
原则上，槽可以具有任意的形状和构造，只要确保充分地干扰存在于润滑剂中的气泡。然而特别有利的是，如在根据本发明的曲轴的另一优选实施方式中所设置的，槽具有比输送槽更小的槽深度。
由此确保对润滑剂流足够的干扰，通过该干扰破坏润滑剂中的、由于气穴现象产生的气泡。
在另一个优选的实施方式中，在曲轴的更简单的制造方面的特别的优点由此得出，即，槽设计为螺旋形的并且环绕轴元件的纵向轴线。
因此，槽也被设计为螺旋槽，其中，槽可以在形状、槽深度和螺距方面与输送槽不同。
在根据本发明的曲轴的一个优选的实施方式中例如规定，槽具有比输送槽小——优选至少10倍——的螺距。
因此，相应的表面部段这样变形，使得在压缩机的运行状态中环绕曲轴流动的润滑剂中的气泡被有效地破坏。
特别优选地，在根据本发明的曲轴的另一个实施方式中规定，所述至少一个扰流器或所述扰流器中的至少一个通过槽纹(Riefe)或沟纹(Rille)形成，优选通过分别一组彼此平行布置的槽纹或沟纹形成。
通过将扰流器设计为槽纹或沟纹，能实现扰流器的特别简单的制造。为此，在其上应布置有扰流器的全部表面部段配设有分别一个任意走向的槽纹或沟纹，由此，表面部段分别在具有结构偏差第4规章的槽纹的情况下和在具有结构偏差第3规章的沟纹的情况下(DIN 4760)，并且因此在两种情况下具有一定的表面粗糙度。
特别优选的是，所述至少一个扰流器或所述扰流器中的至少一个通过分别一组彼此平行布置的槽纹或沟纹形成。
在根据本发明的曲轴的另一个特别优选的实施方式中，也可以通过以下方式实现润滑剂流动的相应干扰，即，所述扰流器中的至少一个通过至少一个粘合点和/或焊接点形成，优选通过多个粘合点和/或焊接点形成，所述至少一个粘合点和/或焊接点从曲轴的表面部段上突出。
因此，一个或多个扰流器可以通过至少一个粘合点和/或焊接点形成，或者一个或多个扰流器可以附加地以不同的形式形成。这种实施方式的特点在于，在扰流器的设计方面具有特别高的灵活性。不仅轴元件的外周面、而且自由部段和/或孔的内表面都可以配设有相应的粘合点和/或焊接点，其中，每个单个的粘合点或焊接点的构造可以是不同的。在此，这样形成的扰流器也可以绝大部分地或仅布置在表面部段上，该表面部段的特性在润滑剂流的稳定性方面是特别重要的。
因此，通过将一些少量的扰流器放置在这种关键的表面部段处，可以实现期望的效果——即破坏在压缩机的运行状态中环绕曲轴流动的润滑剂中的大部分或所有气泡。
本发明的目的还通过一种压缩机、优选制冷剂压缩机来实现，其具有上述类型的曲轴。
附图说明
现在根据实施例详细说明本发明。附图是示例性的并且旨在说明本发明构思，但是并不以任何方式限制或者甚至封闭式地描述本发明构思。
附图中示出：
图1示出根据本发明的曲轴，
图2以侧视图示出图1中的曲轴，
图3以俯视图示出图1中的曲轴，
图4示出根据本发明的曲轴，具有设计为槽的扰流器，
图5示出另一个根据本发明的曲轴，具有设计为槽的扰流器，
图6示出另一个根据本发明的曲轴，具有设计为一组沟纹的扰流器。
具体实施方式
图1至图3示出用于压缩机、优选制冷剂压缩机的根据本发明的曲轴1，该曲轴包括：圆柱形的轴元件2；曲轴颈3；以及过渡元件20，该过渡元件布置在曲轴颈3与轴元件2之间并且用于平衡曲轴1。曲轴1具有输送槽5的形式的、用于输送润滑剂的装置，用于从轴元件2的背离曲轴颈3的下端部区域4朝曲轴颈3的方向输送润滑剂。
输送槽5设计为螺旋槽并且环绕圆柱形的轴元件2的纵向轴线6。在此，该输送槽在轴元件2的端部区域4中、即在排出口21中具有其起点，并且在轴元件2的邻接于过渡元件20的支承部段9中通入到贯通开口19中。
排出口21能实现：在制冷剂压缩机的运行状态中，从润滑剂池通过(未示出的)孔7——见图7和图8——被输送到轴元件2的内部中的润滑剂离开轴元件2并且为了朝曲轴颈3的方向继续输送而能溢出到输送槽5中。为此目的，排出口21与孔7连接。孔7本身优选地是横向于轴元件2的纵向轴线6延伸的偏心孔，该偏心孔在轴元件2中从轴元件2的下底面22延伸出。在此，孔7的纵向轴线17在所示的实施例中与轴元件2的纵向轴线6围成大约10°的角度。在制冷剂压缩机的运行状态中，曲轴1以其端部区域4、但至少以底面22伸入到润滑剂池中，从而通过曲轴1的旋转将润滑剂通过孔7输送至排出口21。
从图2、图7和图8中可以看出，曲轴1在轴元件2的端部区域4中具有另一个孔16，该另一个孔能实现为制冷剂压缩机的轴承供给润滑剂，曲轴1借助于端部区域4可转动地支承在该轴承中。在此，所述另一个孔16的纵向轴线18基本上正交于轴元件2的纵向轴线6延伸。
润滑剂最终通过贯通开口19——输送槽5通入到该贯通开口中——到达曲轴颈3中，该曲轴颈通常设计为空心圆柱体并且因此向上方开口(见图3)。所输送的润滑剂可以通过曲轴颈3离开曲轴1并且润滑压缩机构的活动构件、例如压缩机活塞、或制冷剂压缩机的轴承，曲轴1借助于支承部段9可转动地支承在该轴承中。
随后，润滑剂从压缩机构或从制冷剂压缩机的活动构件流出并且返回到润滑剂池中，在那里润滑剂被提供用于朝向曲轴颈3的方向重新输送。在此，润滑剂的一部分通过压缩机壳体的内侧流出；另一部分通过曲轴1、更准确地说通过曲轴1的表面流出。术语“表面”表示曲轴1的所有边界面的整体。润滑剂特别可以通过轴元件2的外周面8或者通过孔7的或贯通开口19的内表面12在曲轴1上流出。
由于曲轴1在制冷剂压缩机1的运行状态中的高旋转速度，特别是在曲轴1的表面与润滑剂之间的边界层中，导致润滑剂中的静压力显著下降，这又导致润滑剂的蒸发温度显著降低。因此，在制冷剂压缩机的运行状态中在壳体内部中占主导地位的运行温度已经足以使润滑剂的部分在边界层的区域中蒸发，从而在润滑剂中能够产生气泡。这种现象被称为气穴现象，并且可能导致，制冷剂压缩机的构件由于产生的气泡的内爆而被损坏。与压缩机相关地，这种气泡可能导致压缩机的待润滑的活动构件的润滑剂供给被中断，这是因为所产生的气泡可能部分地或也完全地堵塞用于输送润滑剂的装置。
为了阻止上述的气泡形成并且使已经产生的气泡不稳定并使其坍缩，根据本发明规定，曲轴1的表面的至少一个表面部段具有至少一个扰流器。扰流器的几何结构和/或特性——与至少一个扰流器的或所述扰流器中的至少一个的相应的定位共同作用地——导致，在环绕曲轴1流动的润滑剂中的气泡被不稳定化以及被破坏。
例如，扰流器可以通过位于输送槽5的内部中的粘合点15来实现，即在输送槽5的底部11和/或壁上实现(参见图1和图2)。由此，进入到输送槽5中的润滑剂以可靠的方式被清除气泡。因此可以避免输送槽5本身或者贯通开口19被气泡堵塞。粘合点15同样可以布置在孔7的内表面12上，以便使润滑剂在流入到曲轴1中时就已经清除可能存在的气泡。
但是，至少一个扰流器或所述扰流器中的至少一个也可以由附加的槽13形成，该槽13布置在轴元件2的外周面8上。特别地，槽13可以布置在轴元件2的自由部段10中，其中，自由部段10在端部区域4与轴元件2的支承部段9之间延伸并且具有比支承部段9和/或端部区域4略微减小的直径。在图4和图5中示出了根据本发明的曲轴1的实施变型方案，该曲轴具有布置在自由部段10中的并且用作扰流器的槽13。
至少一个扰流器或所述扰流器中的至少一个也可以通过沟纹14或槽纹形成，或者如在图6所示的实施例中通过一组彼此平行延伸的沟纹14形成，这些沟纹布置在轴元件2的外周、特别是自由部段10上。由此赋予轴元件2表面粗糙度，这导致，在环绕流动的润滑剂中的气泡被破坏。
当然，下述的曲轴1也被本发明构思所包括，其中，槽13和/或槽纹或沟纹14布置在其它表面部段上，例如布置在孔7或贯通开口19的内表面12上。
图7以剖视图示出根据本发明的曲轴1，在该剖视图中可以看到孔7。
图8示出图7中的细节A。在此，可以看到布置在轴元件2的端部区域4中的孔7、另一个孔16以及使得润滑剂能流入到输送槽5中的排出口21。
附图标记列表：
1曲轴
2轴元件
3曲轴颈
4端部区域
5输送槽
6纵向轴线
7孔
8外周面
9支承部段
10 自由部段
11 输送槽的底部
12 孔的内表面
13 槽
14 沟纹
15 粘合点
16 另一个孔
17 孔的纵向轴线
18 另一个孔的纵向轴线
19 贯通开口
20 过渡元件
21 排出口
22 底面
