DE10135727A1

DE10135727A1 - Regelventil

Info

Publication number: DE10135727A1
Application number: DE10135727A
Authority: DE
Inventors: Christoph Loy; Heiko Droese; Klaus Gebauer; Thomas Reske; Harry Nissen
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2001-07-21
Filing date: 2001-07-21
Publication date: 2003-02-06
Anticipated expiration: 2021-07-22
Also published as: US6776585B2; DE10135727B4; FR2827643A1; US20030017059A1; FR2827643B1

Abstract

Ein Regelventil (60) zum Einbau in einen Taumelscheibenkompressor mit veränderbarem Hubvolumen weist einen Einlass (63) zum Anschluss an eine Druckkammer (27), einen ersten Auslass (61) zum Anschluss an eine Kurbelkammer (22) und einen zweiten Auslass (62) zum Anschluss an eine Saugkammer (26) auf. Ein Verschlusselement wirkt mit dem zweiten Auslass (62) zusammen und wird von Baufschlagungsmitteln zur Regelung des Gasmassendurchflusses beaufschlagt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Regelventil zum Einbau in einen Taumelscheiben-Kompressor nach dem Oberbegriff des Anspruches 1 sowie einen Taumelscheiben-Kompressor nach dem Oberbegriff des Anspruchs 6.
Taumelscheiben-Kompressoren finden große Verwendung in Fahrzeugklimaanlagen, wo sie das vom Verdampfer kommende Kältemittel komprimieren, bevor es einem Wärmetauscher zugeführt wird. Diese robusten Kompressoren haben unter anderem auch den Vorteil, dass sie auch zur Kompression von CO₂ eingesetzt werden können, welches aus Umweltgründen die früher eingesetzten fluorierten Kohlenwasserstoffe als Kältemittel weitgehend verdrängt hat.
In modernen Kraftfahrzeugen werden zumeist Taumelscheiben-Kompressoren mit veränderbarem Hubvolumen eingesetzt. Hierzu ist die Taumelscheibe schwenkbar auf der Antriebswelle befestigt, so dass ihr Winkel bezüglich der Antriebsachse veränderbar ist. Durch Veränderung dieses Winkels wird das Hubvolumen und - bei gegebener Drehzahl - die Leistung des Kompressors verändert. Die Änderung des Winkels wird in der Regel durch eine Änderung des Innendrucks des Kurbelgehäuses erreicht.

Aus der EP 0 748 937 A2 ist ein Taumelscheiben-Kompressor und ein Regelventil zur Steuerung/Regelung des Kurbelkammerdrucks bekannt. Es handelt sich hier um ein elektromagnetisches Zweiwegeventil, welches mittels Bohrungen die Druckkammer mit der Kurbelkammer verbindet. Eine Veränderung des Kurbelkammerdrucks erfolgt über Öffnen und Schließen dieses Ventils. Die bekannte Vorrichtung ist grundsätzlich geeignet den Kurbelkammerdruck zu regeln, eine hohe Regelgeschwindigkeit ist hiermit jedoch nicht zu erzielen. Eine hohe Regelgeschwindigkeit ist jedoch in vielen Anwendungsfällen von erheblicher Bedeutung.

Ausgehend von diesem Stand der Technik ist es Aufgabe der Erfindung ein Regelventil für einen Taumelscheiben-Kompressor dahingehend weiterzubilden, dass eine hohe Regelgeschwindigkeit erzielt werden kann.

Diese Aufgabe wird mit einem Regelventil mit den Merkmalen des Anspruchs 1 oder einem Taumelscheibenkompressor mit den Merkmalen des Anspruchs 6 gelöst.

Erfindungsgemäß wird ein Dreiwegeregelventil eingesetzt, dessen zusätzlicher Auslass mit der Saugkammer verbunden ist. Nur dieser Ausgang wird mittels eines Verschlusselements beaufschlagt, was bedeutet, dass der Durchgang zwischen Druckkammer und Kurbelkammer ständig geöffnet ist. Durch Öffnen und Schließen des zur Saugkammer führenden Ausgangs wird dem herrschenden Hochdruck Niederdruck "beigemischt". Da die Druckdifferenzen hier sehr groß sind, kann eine schnelle Regelung erfolgen.

Nach Anspruch 2 wird das Verschlusselement mittelbar durch elektromagnetische Kräfte beaufschlagt, was ebenfalls zu einer hohen Regelgeschwindigkeit beiträgt.

Mit einem Regelventil mit den weiteren Merkmalen der Ansprüche 3 oder 4 kann eine Art schwimmender Regelungszustand erreicht werden, bei dem der mit der Saugkammer verbundene Auslass nie ganz offen und nie ganz geschlossen ist. Dies trägt zu einer weiteren Erhöhung der Regelgeschwindigkeit bei.

Ein Taumelscheibenkompressor mit den Merkmalen des Anspruchs 7 weist eine besonders hohe Betriebssicherheit auf.

Die Erfindung wird nun anhand eines Ausführungsbeispiels mit bezug auf die Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 einen Taumelscheiben-Kompressor im Querschnitt, wobei das erfindungsgemäße Ventil schematisch dargestellt ist,
Fig. 2 eine schematische Darstellung eines Dreiwegeventils,
Fig. 3 eine schematische Darstellung eines Sicherheitsventils.
In Fig. 1 ist ein Taumelscheiben-Kompressor, insbesondere zum Einsatz in ein Kraftfahrzeug dargestellt. Ein Gehäuse 10 setzt sich aus einem Kurbelgehäuse 12, einem Zylinderblock 14 und einem Zylinderkopf 16 zusammen. Im Inneren des Kurbelgehäuses 12 befindet sich die Kurbelkammer 22, in welcher wiederum die Taumelscheibe 32 schwenkbar auf der Welle 32A angeordnet ist. Die Taumelscheibe 32 steht über Gleitsteine 36 mit den Kolben 34 in Verbindung und treibt diese an. Durch eine Veränderung des Neigungswinkels der Taumelscheibe wird das Hubvolumen und damit - bei gegebener Drehzahl - die Leistung des Taumelscheiben-Kompressors verändert. Steht die Taumelscheibe senkrecht zur Welle 32A, beträgt das Hubvolumen Null.
Im Zylinderkopf 16 befindet sich die Saugkammer 26, die mit einem nicht dargestellten Kältemittelverdampfer in Verbindung steht. Über Einlassventile 42 gelangt das dekomprimierte Gas aus der Saugkammer 26 in die Zylinder 24. Von dort wird das Gas bei entsprechender Kolbenbewegung durch Auslassventile 44 in die Druckkammer 27 gepresst, welche wiederum mit einem nicht dargestellten Wärmetauscher in Verbindung steht.
Die Verkippung der Taumelscheibe 32 (und damit auch das Hubvolumen) wird über den Druck in der Kurbelkammer 22 gesteuert. Hierbei gilt, dass das Hubvolumen um so größer wird, je kleiner der Druck in der Kurbelkammer 22 ist und umgekehrt.
Die Regelung des Kurbelkammerdrucks geschieht mittels des Regelventils 60. Hierbei handelt es sich um ein Dreiwegeventil mit folgenden Anschlüssen: Einlass 63 ist über die Druckleitung 53 mit der Druckkammer 27 verbunden, ein erster Auslass 61 ist mittels der Steuerleitung 51 mit der Kurbelkammer 22 verbunden und ein zweiter Auslass 62 ist mittels der Saugleitung 52 mit der Saugkammer 26 verbunden. Wie in Fig. 2 dargestellt, wird der effektive Durchmesser des Auslasses 62 mittels der ersten Kugel 67 geregelt. Aufgrund der Druckverhältnisse wird die erste Kugel 67 auf den Ventilsitz 68 gedrückt, so dass dann, wenn die Kugel nicht von einer Gegenkraft beaufschlagt wird, der zweite Auslass 62 geschlossen ist.
Die erste Kugel 67 kann mittels des Stößels 66 vom Auslass 62 weggedrückt werden. Der Stößel 66 ist mit einem Anker 65 verbunden, welcher wiederum von einer Spule 64 umschlossen ist, so dass eine Änderung des Spulenstroms zu einer Linearbewegung des Ankers 65 und somit des Stößels 66 führt. Mittels Regelung des Spulenstroms kann somit der effektive Durchmesser des zweiten Auslasses 62 geregelt werden. Vorzugsweise wird die Spule mit einer Frequenz von ca. 500 Hz angesteuert, so dass eine Art schwimmender Regelungszustand entsteht. Hierbei ist der zweite Einlass 62 niemals ganz offen und niemals ganz geschlossen. Die durchschnittliche effektive Öffnung wird über den Betrag des Spulenstroms geregelt. Dieser hochfrequente Betrieb erhöht weiterhin die erzielbare Regelgeschwindigkeit.
Mittels dieses 3-Wege-Ventils stehen die Druckkammer 27 und die Kurbelkammer 22 ständig miteinander in Verbindung. Die Regelung des Kurbelkammerdrucks erfolgt dadurch, dass ein Teil des Gasmassenstroms, der von der Druckkammer 27 zur Kurbelkammer 22 fließt, in die Saugkammer 26 abgezweigt wird. Bei starker Öffnung des Ventils fließt viel gasförmiges Kältemittel in die Saugkammer 26 ab, wodurch der Druck in der Kurbelkammer 22 sinkt. Aufgrund des starken Druckunterschieds zwischen Druckkammer 27 und Saugkammer 26 entstehen entsprechend hohe Strömungsgeschwindigkeiten des Gases, was zu einem entsprechend schnellen Druckabfall in der Kurbelkammer 22 und somit zu einer hohen Regelgeschwindigkeit führt.
Vorzugsweise ist zwischen der Saugleitung 52 und der Steuerleitung 51, oder direkt zwischen der Saugkammer 26 und der Kurbelkammer 22 ein Sicherheitsventil 70 angeordnet. Dieses Sicherheitsventil 70 ist rein mechanisch ausgebildet, so dass auch bei einem Ausfall oder einer Störung der Elektronik ein Überdruck innerhalb der Kurbelkammer 22, welcher zu einer Beschädigung des Kompressors führen könnte, verhindert wird.
Ein Ausführungsbeispiel für ein solches Sicherheitsventil ist in Fig. 3 dargestellt. Eine zweite Kugel 76 wird mittels einer Druckfeder 74 auf einen Sattel 72 gedrückt. Die Druckfeder 74 wirkt hierbei dem Druckgefälle zwischen Kurbelkammer und Saugkammer entgegen. Übersteigt die Druckdifferenz einen vorbestimmten Wert, so wird die Druckfeder 74 zusammengedrückt und somit die zweite Kugel 76 vom Sattel 72 abgehoben. Überschüssiger Druck der Kurbelkammer 22 fließt so lange in die Saugkammer 26 ab, bis der vorgegebene Differenzdruckwert unterschritten ist und das Sicherheitsventil sich wieder schließt.
In Fig. 1 sind die Leitungen und die Ventile nur schematisch dargestellt. In der Regel werden die Leitungen als Bohrungen im Gehäuse 10 ausgebildet und die Ventile im Gehäuse angeordnet sein. BEZUGSZEICHENLISTE 10 Gehäuse
12 Kurbelgehäuse
14 Zylinderblock
16 Zylinderkopf
22 Kurbelkammer
24 Zylinder
26 Saugkammer
27 Druckkammer
32 Taumelscheibe
32A Welle
34 Kolben
42 Einlassventil
44 Auslassventil
51 Steuerleitung
52 Saugleitung
53 Druckleitung
60 Regelventil
61 erster Auslass
62 zweiter Auslass
63 Einlass
64 Spule
65 Anker
66 Stößel
67 erste Kugel
68 Ventilsitz
70 Sicherheitsventil
72 Sattel
74 Druckfeder
76 zweite Kugel

Claims

1. Regelventil (60) zum Einbau in einen Taumelscheibenkompressor mit veränderbarem Hubvolumen mit einem Einlass (63) zum Anschluß an eine Druckkammer (27), einem ersten Auslass (61) zum Anschluß an eine Kurbelkammer (22), einem Verschlusselement und Beaufschlagungsmitteln zur Beaufschlagung des Verschlusselements, dadurch gekennzeichnet, dass das Regelventil (60) einen zweiten Auslass (62) zum Anschluss an eine Saugkammer (26) aufweist und dass das Verschlusselement mit dem zweiten Auslass (62) zusammenwirkt.

2. Regelventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Beaufschlagungsmittel eine Spule (62) und einen in der Spule (62) beweglichen Anker (64) aufweisen.

3. Regelventil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Spule (62) mit einer Wechselspannung mit einer Frequenz über 100 Hz gespeist wird.

4. Regelventil nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Frequenz etwa 500 beträgt.

5. Regelventil nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verschlusselement eine erste Kugel (67) ist.

6. Taumelscheibenkompressor mit veränderbarem Hubvolumen, insbesondere zur verwendung in einer Kraftfahrzeug-Klimaanlage, mit einer Saugkammer (26), einer Druckkammer (27) und einer Kurbelkammer (22), in der eine Taumelscheibe (32) angeordnet ist, deren Neigung veränderbar ist, wobei die Kurbelkammer (22) mittels eines Regelventils (60) mit der Druckkammer (27) verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Regelventil (60) die Merkmale eines der Ansprüche 1 bis 5 aufweist.

7. Taumelscheibenkompressor nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass er weiterhin ein Sicherheitsventil (70) aufweist, welches die Kurbelkammer (22) mit der Saugkammer (26) verbindet, wenn der Differenzdruck zwischen Kurbelkammer (22) und Saugkammer (26) einen vorbestimmten Wert überschreitet.

8. Taumelscheibenkompressor nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Sicherheitsventil (70) eine Druckfeder (74) und eine zweite Kugel (76) aufweist.