DE102017201839B3

DE102017201839B3 - Elektrisch betriebener Klimamittelverdichter mit Winkelstellung einer Schrägscheibe abhängig von der Rotationsrichtung

Info

Publication number: DE102017201839B3
Application number: DE102017201839.9A
Authority: DE
Inventors: Peter Stauder; Stefan Kulzer; Joris Fokkelman; Markus Zankl
Original assignee: Continental Automotive GmbH
Current assignee: Vitesco Technologies GmbH
Priority date: 2017-02-06
Filing date: 2017-02-06
Publication date: 2018-02-08
Anticipated expiration: 2037-02-07

Abstract

Die Erfindung betrifft einen elektrisch betriebenen Klimamittelverdichter (10) mit einer Antriebswelle (16), die an einem axialen Endbereich (30) einen Befestigungszapfen (28) zum Befestigen einer Schrägscheibe (18) aufweist, wobei eine Zapfenlängsachse (38) des Befestigungszapfens (28) geneigt zu einer Wellenachse (22) der Antriebswelle (16) ausgebildet ist.

Description

Die Erfindung betrifft einen elektrisch betriebenen Klimamittelverdichter mit einer von einer Rotationsrichtung abhängigen Winkelstellung einer Schrägscheibe.
Klimamittelverdichter, mit denen Klimamittel für Kältemaschinen wie beispielsweise Klimaanlagen verdichtet werden, sind aus dem Stand der Technik vielfach bekannt. Sie können dabei beispielsweise als sog. Scrollverdichter, aber auch als Taumelscheibenverdichter ausgeführt sein. Ein solcher Taumelscheibenverdichter ist beispielsweise in DE 198 21 265 A1 gezeigt.
Mit Bezug auf 5 wird ein solcher Taumelscheibenverdichter als Klimamittelverdichter 10 beschrieben, wobei in 5 eine Längsschnittdarstellung eines solchen Klimamittelverdichters 10 gezeigt ist.
Der Klimamittelverdichter 10 aus dem Stand der Technik weist eine Mehrzahl von Verdichtungskolben 12 auf, die sich in einer dem jeweiligen Verdichtungskolben 12 zugeordneten Förderdruckkammern 14 translatorisch bewegen, um so ein in der Förderdruckkammer 14 angeordnetes Klimamittel zu verdichten.
Angetrieben werden diese Verdichtungskolben 12 durch eine Antriebswelle 16, an der eine Schrägscheibe 18 angeordnet ist. Eine Schrägscheibenfläche 20 der Schrägscheibe 16 ist dabei zu einer Wellenachse 22 der Antriebswelle 16 geneigt angeordnet und jeweils über einen Stößel 24 mit einem Verdichtungskolben 12 gekoppelt.
Dreht sich nun die Antriebswelle 16 um ihre Wellenachse 22, führt die Schrägscheibe 18 eine Taumelbewegung um die Antriebswelle 16 aus, was dazu führt, dass zeitlich versetzt die Verdichtungskolben 12 translatorisch in ihrer Förderdruckkammer 14 bewegt werden.
Dies führt zu einer Verdichtung des Klimamittels in diesen Förderdruckkammern 14.
Ist die Antriebswelle des in 5 aus dem Stand der Technik bekannten Klimamittelverdichters nun elektrisch angetrieben, kann es im Betrieb zu Betriebszuständen kommen, die einerseits eine hohe Druckdifferenz benötigen, aber andererseits nur kleine Volumenströme.
In diesem Fall wird dem antreibenden Elektromotor ein hohes Drehmoment aufgrund des gewünschten Druckes, aber nur eine relativ geringe Drehzahl abverlangt, wobei der Motorwirkungsgrad des Elektromotors aufgrund der quadratischen Abhängigkeit der ohmschen Verluste vom Drehmoment in diesen Betriebszuständen schlechter ist als bei höheren Drehzahlen. Weiterhin ist die Kühlung aufgrund des kleinen Klimamittelmassenstroms in diesem Fall reduziert.
Zusätzlich ist bei Verwendung eines Mehrkolbenkompressors, wie er in 5 gezeigt ist, das notwendige Drehmoment über der Umdrehung der Schrägscheibe betrachtet nicht konstant, sondern weist eine ausgeprägte Welligkeit auf. Aufgrund der geringen Drehzahl im angesprochenen Betriebszustand fehlt daher die filternde Eigenschaft der Rotationsmassenträgheit des Gesamtsystems, weswegen folglich normalerweise ein Elektromotor mit höherer Drehmomentkapazität verwendet werden muss.
Der Wirkungsgrad des Elektromotors kann dabei durch eine Verringerung des Hubraumes in den Förderdruckkammern oder auch eine Vergrößerung des Totvolumens an den oberen Totpunkten der Verdichtungskolben erreicht werden.
Eine Verringerung des Hubraumes bringt eine Erhöhung der Drehzahl des Elektromotors mit sich, wodurch das Drehmoment sinkt und der Wirkungsgrad des Elektromotors insgesamt verbessert wird. Gleichzeitig reduziert sich die Drehzahlwelligkeit.
Bei einer Vergrößerung des Totvolumens an den oberen Totpunkten der Verdichtungskolben sinkt der volumetrische Wirkungsgrad, weshalb in der Folge eine höhere Drehzahl bei geringem Drehmoment gewählt werden kann, wodurch sich der Wirkungsgrad des Elektromotors verbessert.
DE 199 39 130 A1 und JP H10-159723 A offenbaren jeweils einen Klimamittelverdichter mit einer an einem Befestigungszapfen einer Antriebswelle befestigten Schrägscheibe, wobei eine Zapfenlängsachse des Befestigungszapfens geneigt zu einer Wellenachse der Antriebswelle ausgebildet ist.
In US 2 943 782 A und JP 2000-73948 A sind jeweils verstellbare Axialkolbenverdichter mit elektrischem Antrieb beschrieben.
DE 103 44 920 A1 offenbart einen Axialkolbenverdichter mit einer auf einer Antriebswelle geführten Taumelscheibe, wobei die Antriebswelle im Bereich der Führung der Taumelscheibe ein Bogensegment aufweist, dessen Form eine von der Taumelscheibe einzunehmende Schwenkstellung festlegt.
Aufgabe der Erfindung ist es, den elektrischen Wirkungsgrad eines elektrisch betriebenen Klimamittelverdichters zu verbessern.
Diese Aufgabe wird mit einem elektrisch betriebenen Klimamittelverdichter mit der Merkmalskombination des Anspruches 1 gelöst.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Ein elektrisch betriebener Klimamittelverdichter weist eine Mehrzahl von sich im Betrieb translatorisch bewegenden Verdichtungskolben auf. Weiter weist der Klimamittelverdichter eine in zwei entgegengesetzten Rotationsrichtungen um eine Wellenachse drehbare Antriebswelle auf, wobei die Antriebswelle an einem axialen Endbereich zum Befestigen einer Schrägscheibe an der Antriebswelle einen Befestigungszapfen aufweist, der sich entlang einer Zapfenlängsachse in weitgehend axialer Richtung der Antriebswelle erstreckt. Die Zapfenlängsachse des Befestigungszapfens ist dabei geneigt zu der Wellenachse ausgebildet.
Wird demgemäß eine Schrägscheibe an einem solchen geneigten Befestigungszapfen der Antriebswelle befestigt, kann die Neigung der Schrägscheibe durch Rotation der Schrägscheibe um die Wellenachse in ihrem Gesamtneigungswinkel relativ zu der Wellenachse variiert werden. Durch Variation des Neigungswinkels der Schrägscheibe relativ zu der Wellenachse kann der Hubraum verändert werden, was zu einer Erhöhung der Drehzahl des Elektromotors, einem Absinken des Drehmomentes und somit einer Verbesserung des Wirkungsgrades des Elektromotors führt.
Durch den Betrieb der Antriebswelle mit einem Elektromotor ist es möglich, die Antriebswelle in zwei entgegengesetzten Rotationsrichtungen zu betreiben, was ausschließlich bei einem elektrisch betriebenen Klimamittelverdichter der Fall ist.
Vorzugsweise liegt ein Neigungswinkel der Zapfenlängsachse zu der Wellenachse in einem Bereich von 1° bis 5°^, insbesondere bei 3°.
In vorteilhafter Ausgestaltung ist der Befestigungszapfen einstöckig mit der Antriebswelle ausgebildet, beispielsweise indem an der Antriebswelle eine Stufe ausgebildet ist, an der sich die Antriebswelle in ihrem Durchmesser verjüngt, und so den Befestigungszapfen ausbildet. Dabei ist die Stufe unsymmetrisch um die Wellenachse ausgebildet, um so einen Befestigungszapfen mit Neigung relativ zur Wellenachse ausformen zu können.
In einer alternativen Ausgestaltung kann der Befestigungszapfen aber auch separat von der Antriebswelle ausgebildet und dann an ihrem axialen Endbereich befestigt sein.
Der Klimamittelverdichter weist eine an dem Befestigungszapfen befestigte Schrägscheibe zum Überführen einer Rotationsbewegung der Antriebswelle in die Translationsbewegung der Verdichtungskolben auf. Die Schrägscheibe weist dabei eine Befestigungsbohrung mit einer Bohrungsachse zum Befestigen der Schrägscheibe an der Antriebswelle auf. Die Schrägscheibe ist mit der Befestigungsbohrung über den Befestigungszapfen geschoben, wobei eine Schrägscheibenfläche der Schrägscheibe in einem Winkel kleiner als 90° geneigt zu der Bohrungsachse angeordnet ist.
Die übliche Taumelbewegung der Schrägscheibe im Betrieb wird daher durch Neigung der Schrägscheibenfläche relativ zu der Bohrungsachse erzeugt.
Dabei hat die Schrägscheibe vorzugsweise einen Flächenbereich, der geneigt zu der Bohrungsachse angeordnet ist, und zusätzlich auf jeder Seite der Schrägscheibe einen Überstand, der symmetrisch zu der Wellenachse angeordnet ist und somit die Antriebswelle fortführt.
Die Bohrung in der Schrägscheibe ist so angeordnet, dass die Schrägscheibe über den Befestigungszapfen geschoben werden kann, und später bündig an diesem anliegt, so dass auch die Bohrung relativ zu der Wellenachse geneigt angeordnet ist. Der Neigungswinkel entspricht dabei im Wesentlichen dem Neigungswinkel der Zapfenlängsachse relativ zu der Wellenachse.
In vorteilhafter Ausgestaltung ist die Antriebswelle mit ihrem axialen Endbereich, d. h. dem Bereich, an dem die Schrägscheibe angeordnet ist, fliegend gelagert, d. h. im Gegensatz zum bekannten Stand der Technik ist hier kein weiteres Lager mehr vorgesehen.
Vorzugsweise ist die Schrägscheibenfläche der Schrägscheibe in einem Bereich von 75° bis 85°, insbesondere um 80°, geneigt zu der Bohrungsachse angeordnet.
Damit summieren sich die Neigung des Befestigungszapfens und die Neigung der Schrägscheibenfläche relativ zu der Wellenachse der Antriebswelle. Wird nun die Antriebswelle in zwei unterschiedlichen Rotationsrichtungen betrieben, summieren sich die Neigungswinkel in der einen Rotationsrichtung, während sie in der anderen Rotationsrichtung eine Differenz bilden. Somit kann durch die Rotation der Schrägscheibe um die Wellenachse der Gesamtneigungswinkel der Schrägscheibe relativ zu der Wellenachse variiert werden.
Um eine Rotation der Schrägscheibe um die Wellenachse zu ermöglichen, ist es besonders vorteilhaft, wenn die Schrägscheibe mit einer Bohrungswand der Befestigungsbohrung gleitbar auf einer Zapfenoberfläche des Befestigungszapfens gelagert ist, so dass die Schrägscheibe im Betrieb um die Zapfenlängsachse und die Wellenachse eine Rotationsbewegung ausführen kann.
Der Befestigungszapfen weist einen sich im Wesentlichen senkrecht zu seiner Zapfenlängsachse von seiner Zapfenoberfläche weg erstreckenden Mitnehmer auf, wobei die Schrägscheibe wenigstens einen Mitnehmeranschlag aufweist. Der Mitnehmer und der Mitnehmeranschlag wirken im Betrieb so zusammen, dass die Schrägscheibe in einer Rotationsendposition festgelegt werden kann.
Durch das Festlegen der Schrägscheibe in einer Rotationsendposition ist es möglich, dass der gewünschte resultierende Neigungswinkel der Schrägscheibe relativ zu der Wellenachse fest definiert sein kann. Die Schrägscheibe rotiert dabei im Betrieb zunächst um die Wellenachse, bis der Mitnehmer an dem Mitnehmeranschlag der Schrägscheibe anschlägt, und somit die Schrägscheibe in ihrer Rotationsbewegung hindert, so dass die Schrägscheibe sich ab diesem Moment in einer Rotationsendposition befindet.
Rotiert die Antriebswelle nun in die entgegengesetzte Rotationsrichtung, rotiert auch die Schrägscheibe mit und zwar solange, bis sie von der anderen Seite her mit ihrem Mitnehmeranschlag an den Mitnehmer anschlägt.
In besonders bevorzugter Ausgestaltung weist die Schrägscheibe jedoch zwei Mitnehmeranschläge und der Befestigungszapfen zwei Mitnehmer auf, die jeweils um 180° versetzt zueinander angeordnet sind. Dadurch ergeben sich zwei Rotationsendpositionen, zwischen denen die Schrägscheibe je nach Rotationsrichtung im Betrieb rotieren kann. Wird die Rotationsrichtung geändert, kann dann auch die Position der Schrägscheibe verändert werden, bis sie sich in der nächsten Rotationsendposition befindet.
Insgesamt ist es daher möglich, dass die Schrägscheibe eine Rotation um annähernd 180° ausführen kann. Mittels des Mitnehmeranschlages und des Mitnehmers wird die Schrägscheibe dann mitgenommen und das Drehmoment übertragen. Je nach Drehrichtung wird sich dann die Schrägscheibe in eine der beiden Rotationsendpositionen begeben. So kann durch Änderung der Motord rehrichtung bei gleicher Drehzahl der effektive Massenstrom erhöht oder erniedrigt werden.
Beispielsweise ist der Mitnehmer an dem Befestigungszapfen als axiales Halteelement zum axialen Festlegen der Schrägscheibe an der Antriebswelle ausgebildet. So kann der Mitnehmer noch eine zusätzliche Funktion übernehmen, nämlich das Verhindern des Herausfallens bzw. Herabgleitens der Schrägscheibe von dem Befestigungszapfen.
Beispielsweise kann dabei der Mitnehmer als Splint, z. B. als Hohlsplint, ausgebildet sein, wobei der Befestigungszapfen an einem Ende eine Durchgangsbohrung hat, in die der Splint eingesteckt wird, nachdem die Schrägscheibe auf den Befestigungszapfen geschoben wurde.
Vorzugsweise kann der Mitnehmeranschlag der Schrägscheibe an dem Überstand der Schrägscheibe ausgebildet sein, der zu dem Mitnehmer des Befestigungszapfen hin gerichtet angeordnet ist.
In einer möglichen Ausgestaltung weist der Befestigungszapfen an einer Zapfenoberfläche ein Außengewinde auf, wobei eine Bohrungswand der Befestigungsbohrung ein Innengewinde aufweist, wobei das Außengewinde und das Innengewinde im Betrieb der Antriebswelle derart zusammenwirken, dass eine axiale Position der Schrägscheibe auf den Befestigungszapfen veränderlich ist.
Damit wird ermöglicht, dass die Schrägscheibe nicht nur ihren Neigungswinkel relativ zu der Wellenachse ändert, sondern dass auch ihre axiale Position auf der Antriebswelle verändert werden kann.
Die Schrägscheibe kann sich demnach je nach Drehrichtung auf der Antriebswelle ein- oder ausschrauben. Das zum Schrauben notwendige Drehmoment wird dabei vom Elektromotor aufgebracht und aufgrund der Reibung und Kraftwirkung einer Kolbenführung der Verdichtungskolben an der Schrägscheibe abgestützt.
Effekt dieser axialen Positionsveränderung der Schrägscheibe auf der Antriebswelle ist, dass sich das Totvolumen am oberen Totpunkt der Verdichtungskolben verändert und größer wird, so dass der volumetrische Wirkungsgrad sinkt. Dadurch fällt das notwendige Drehmoment und die erforderliche Drehzahl für den benötigten Massenstrom steigt. Dies führt zu einer Erhöhung des Wirkungsgrades des Elektromotors.
Durch die Kombination des variablen Neigungswinkels der Schrägscheibe und der Veränderlichkeit der axialen Position der Schrägscheibe auf der Antriebswelle wird eine Hubraumverminderung bei gleichbleibenden Totvolumen ermöglicht.
Vorzugsweise sind zwei Schraubanschläge zum Begrenzen einer Schraubbewegung der Schrägscheibe auf dem Befestigungszapfen vorgesehen, wobei ein erster Schraubanschlag die Schrägscheibe in einer axialen ersten Endposition festlegt, wobei ein zweiter Schraubanschlag die Schrägscheibe in einer axialen zweiten Endposition festlegt.
Damit lässt sich die Schrägscheibe je nach Rotationsrichtung der Antriebswelle zwischen zwei Stellungen hin- und herschrauben, und somit axiale Endpositionen erreichen, an denen definiert das Totvolumen am oberen Totpunkt der Verdichtungskolben eingestellt werden kann.
Es ist möglich, die Schraubanschläge axial zu dem Befestigungszapfen anzuordnen, es ist jedoch auch alternativ möglich, die Schraubanschläge tangential zu dem Befestigungszapfen anzuordnen, je nach zur Verfügung stehendem Bauraum.
Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Darin zeigt:
1 eine Seitenansicht auf eine erste Ausführungsform einer Antriebswelle mit Befestigungszapfen für einen Klimamittelverdichter;
2 eine perspektivische Darstellung der Antriebswelle aus 1 mit daran befestigter Schrägscheibe;
3 eine Seitenansicht auf eine zweite Ausführungsform einer Antriebswelle mit Befestigungszapfen für einen Klimamittelverdichter;
4 eine perspektivische Darstellung der Antriebswelle aus
3 mit daran befestigter Schrägscheibe; und
5 eine Längsschnittdarstellung durch einen Klimamittelverdichter nach dem Stand der Technik.
1 zeigt eine Seitenansicht auf eine Antriebswelle 16, wie sie in einem elektrisch betriebenen Klimamittelverdichter 10, der zuvor mit Bezug auf 5 beschrieben worden ist, zum Antreiben der Verdichtungskolben 12 verwendet wird.
Die Antriebswelle 16 in 1 weist einen Wellenabschnitt 26 und einen Befestigungszapfen 28 auf, auf dem eine Schrägscheibe 18 montiert und somit an der Antriebswelle 16 befestigt werden kann.
Die Antriebswelle 16 wird von einem nicht gezeigten Elektromotor betrieben, und kann daher in zwei entgegengesetzt zueinander angeordneten Rotationsrichtungen R₁, R₂ um ihre Wellenachse 22 gedreht werden.
Der Befestigungszapfen 28 ist an einem axialen Endbereich 30 der Antriebswelle 16 gebildet. In der vorliegenden Ausführungsform ist der Befestigungszapfen 28 integral mit der Antriebswelle 16 ausgebildet, indem an der Antriebswelle 16 eine Stufe 32 vorgesehen ist, an der der Wellenabschnitt 26 in den Befestigungszapfen 28 übergeht.
An einem der Stufe 32 abgewandten Ende des Befestigungszapfens 28 ist eine Durchgangsbohrung 34 vorgesehen, durch die ein Mitnehmer 36, beispielsweise in Form eines Splintes, insbesondere eines Hohlsplintes, durchgeschoben werden kann.
Wie aus 1 hervorgeht, ist eine Zapfenlängsachse 38 des Befestigungszapfens 28 nicht koaxial mit der Wellenachse 22 ausgebildet, sondern geneigt zu dieser angeordnet. D. h., der Befestigungszapfen 28 ist auf der Antriebswelle 16 des Klimamittelverdichters 10 schräg zu der Wellenachse 22, um die sich die Antriebswelle 16 dreht, angeformt.
Ein Neigungswinkel A_N der Zapfenlängsachse 38 zu der Wellenachse 22 bewegt sich dabei in einem Bereich von 1° bis 5°. Insbesondere wird ein Neigungswinkel A_N von 3° gewählt.
2 zeigt eine perspektivische Darstellung der Antriebswelle 16 aus 1, wobei hier die Schrägscheibe 18 an dem Befestigungszapfen 28 befestigt ist.
Die Schrägscheibe 18 weist dabei eine Schrägscheibenfläche 20 auf, die mit dem in 5 gezeigten Stößel 24 zusammenwirkt, um eine Rotationsbewegung der Antriebswelle 16 in eine Translationsbewegung der Verdichtungskolben 12 zu überführen. Weiter weist die Schrägscheibe 18 eine Befestigungsbohrung 40 auf, über die die Schrägscheibe 18 an dem Befestigungszapfen 28 befestigt werden kann. Dazu wird die Schrägscheibe 18 mit der Befestigungsbohrung 40 über den Befestigungszapfen 28 geschoben und/oder geschraubt.
Die Befestigungsbohrung 40 ist durchgehend durch die Schrägscheibe 18 angeordnet und weist eine Bohrungsachse 42 auf. Relativ zu dieser Bohrungsachse 42 ist die Schrägscheibenfläche 20 geneigt angeordnet. Dadurch wird erzielt, dass bei einer Rotation der Schrägscheibe 18, bewirkt durch die Rotation der Antriebswelle 16 um ihre Wellenachse 22, die Schrägscheibenfläche 20 relativ zu der Wellenachse 22 taumelt und so aufeinanderfolgende Verdichtungskolben 12 nacheinander bewegt werden können. Die Schrägscheibenfläche 20 ist dabei in einem Winkel A_S von kleiner als 90°, insbesondere in einem Bereich von 75° bis 85°, beispielsweise bei 80°, geneigt zu der Bohrungsachse 42 der Befestigungsbohrung 40 angeordnet.
Mit einer Bohrungswand 44 der Befestigungsbohrung 40 ist die Schrägscheibe 18 gleitbar auf einer Zapfenoberfläche 46 des Befestigungszapfens 28 gelagert. Dadurch kann die Schrägscheibe 18 um die Zapfenlängsachse 38 und um die Wellenachse 22 eine Rotationsbewegung ausführen.
Bei dieser Rotationsbewegung summieren sich dabei der Neigungswinkel A_N des Befestigungszapfens 28 und der Winkel A_S der Schrägscheibenfläche 20, so dass sich während der Rotation der Schrägscheibe 18 der Gesamtneigungswinkel A_G relativ zu der Wellenachse 22 permanent verändert.
Die Schrägscheibe 18 ist demgemäß auf dem Befestigungszapfen 28 mittels einer Gleitlagerung als separates Bauteil aufgesteckt. Die Neigung, d. h. der Gesamtneigungswinkel A_G der Schrägscheibenfläche 20, beträgt dabei beispielsweise 80° bezüglich der Bohrungsachse 42 (entspricht 10° bezüglich der Befestigungsbohrung 40). Durch eine Rotation der Schrägscheibe 18 um die Wellenachse 22 kann somit der tatsächliche Gesamtneigungswinkel A_G der Schrägscheibenfläche 20 zwischen beispielsweise 80° + 3° = 83° und 80° –3° = 77° variiert werden, je nach Rotationsrichtung R₁, R₂ der Antriebswelle 16.
Der Mitnehmer 36 übernimmt einerseits die Funktion, ein Herabgleiten der Schrägscheibe 18 von dem Befestigungszapfen 28 zu verhindern, d. h. er wirkt als axiales Halteelement 48, hat jedoch noch eine zweite Funktion, nämlich die Schrägscheibe 18 in einer Rotationsendposition 50 festzulegen. Dies gelingt, da an der Schrägscheibe 18 ein Mitnehmeranschlag 52 gebildet ist, der mit dem Mitnehmer 36 zusammenwirkt. Rotiert demgemäß die Schrägscheibe 18 um die Wellenachse 22, schlägt irgendwann der Mitnehmeranschlag 52 an den Mitnehmer 36 an, und die Schrägscheibe 18 wird an einer weiteren Rotation in gleicher Richtung gehindert. Dadurch kann die Schrägscheibe 18 eine definierte Rotationsendposition 50 einnehmen.
Wie in 2 zu sehen ist, weist der Befestigungszapfen 28 zwei Mitnehmer 36 auf, die durch einen einzelnen Splint, der durch die Durchgangsbohrung 34 geschoben ist, gebildet sind. Gleichzeitig weist die Schrägscheibe 18 auch zwei Mitnehmeranschläge 52 auf.
Die beiden Mitnehmer 36 und die beiden Mitnehmeranschläge 52 sind jeweils um 180° versetzt zueinander angeordnet. Damit ist eine Rotation der Schrägscheibe 18 in einer Rotationsrichtung R₁, R₂ um 180° möglich. Mittels des Mitnehmers 36 und des Mitnehmeranschlages 52 wird die Schrägscheibe 18 demgemäß mitgenommen und das Drehmoment übertragen. Je nach Rotationsrichtung R₁, R₂ wird sich die Schrägscheibe 18 in eine der beiden Rotationsendpositionen 50 begeben. So kann durch Änderung der Motordrehrichtung des Elektromotors bei gleicher Drehzahl der effektive Massenstrom erhöht oder erniedrigt werden. Dadurch kann der Hubraum durch die Änderung des Gesamtneigungswinkels A_G der Schrägscheibe 18 verändert werden, wobei sich auch der obere Totpunkt der Verdichtungskolben 12 verändert.
3 zeigt eine Seitenansicht auf eine Antriebswelle 16 für den Klimamittelverdichter 10 in einer zweiten Ausführungsform.
In dieser zweiten Ausführungsform weist der Befestigungszapfen 28 an seiner Zapfenoberfläche 46 ein Außengewinde 54 auf.
In 4 ist eine perspektivische Darstellung der Antriebswelle 16 gezeigt, wobei die Schrägscheibe 18 an der Antriebswelle 16 befestigt ist. Die Schrägscheibe 18 weist hier an der Bohrungsachse 42 der Befestigungsbohrung 40 ein Innengewinde 56 auf.
Das Innengewinde 56 wirkt mit dem Außengewinde 54 zusammen, so dass sich, wenn sich die Antriebswelle 16 dreht, die Schrägscheibe 18 auf dem Befestigungszapfen 28 hin- und herschraubt. Dadurch kann sich die axiale Position der Schrägscheibe 18 auf dem Befestigungszapfen 28 verändern.
Wie in 3 und 4 weiter zu sehen ist, sind zwei Schraubanschläge 58 vorgesehen, um die Schraubbewegung der Schrägscheibe 18 auf dem Befestigungszapfen 28 axial zu begrenzen. Dabei legt ein erster Schraubanschlag 58 die Schrägscheibe 18 in einer axialen ersten Endposition 60 fest, während ein zweiter Schraubanschlag 58 die Schrägscheibe 18 in einer axialen zweiten Endposition 62 festlegt.
In der gezeigten zweiten Ausführungsform sind die beiden Schraubanschläge 58 axial zu dem Befestigungszapfen 28 angeordnet, es ist jedoch auch möglich, je nach zur Verfügung stehendem Bauraum, diese Schraubanschläge 58 tangential zu dem Befestigungszapfen 28 vorzusehen.
Einer der Schraubanschläge 58 ist dabei durch die Stufe 32 der Antriebswelle 16 gebildet, und der andere Schraubanschlag 58 ist durch eine Abschlussscheibe 64 gebildet, die an einem der Stufe 32 gegenüberliegend angeordneten Ende des Befestigungszapfens 28 angeordnet ist. Die Abschlussscheibe 64 überragt dabei den Befestigungszapfen 28 bzw. die Zapfenoberfläche 46 in radialer Richtung.
In der gezeigten zweiten Ausführungsform ist der Befestigungszapfen 28 nicht, wie in der ersten Ausführungsform, geneigt zu der Wellenachse 22, sondern koaxial.
In der zweiten Ausführungsform wird demgemäß die Schrägscheibe 18 mit einem Innengewinde 56 versehen, und die Antriebswelle 16 trägt zwischen zwei Schraubanschlägen 58 ein dazu passendes Außengewinde 54.
Damit lässt sich die Schrägscheibe 18 je nach Rotationsrichtung R₁, R₂ bis zu einem der beiden Schraubanschläge 58 ein- oder ausschrauben. Das zum Schrauben notwendige Drehmoment wird vom Elektromotor aufgebracht und aufgrund der Reibung und Kraftwirkung einer Kolbenführung der Verdichtungskolben 12 an der Schrägscheibe 18 abgestützt.
Es gibt also zwei Stellungen der Schrägscheibe 18 jeweils in den beiden Endpositionen 60, 62 abhängig von der gewählten Drehrichtung.
In diesem Fall wird der Hubraum nicht verändert, und die Differenz zwischen unterem Totpunkt und oberem Totpunkt der Verdichtungskolben 12 bleibt gleich. Es verändert sich jedoch das Totvolumen am oberen Totpunkt der Verdichtungskolben 12. Wenn das Totvolumen größer wird, sinkt der volumetrische Wirkungsgrad, wodurch das notwendige Drehmoment fällt und die erforderliche Drehzahl für den benötigten Massenstrom steigt.
Die beiden beschrieben Ausführungsformen können auch miteinander kombiniert werden, wodurch eine Hubraumverminderung bei gleichbleibendem Totvolumen ermöglicht wird. Hierzu werden die Gewinde 54, 56 unter der mit Bezug auf die erste Ausführungsform beschriebene Neigung der Zapfenlängsachse 38 zu der Wellenachse 16 angeformt.
Gleichzeitig mit der Änderung des Gesamtwinkels A_G der Schrägscheibe 18 wird durch das Zusammenwirken der Gewinde 54, 56 der obere Totpunkt am gleichen Ort gehalten.
Falls die Steigung konstruktiv nicht groß genug gewählt werden kann, um auf einen 180° Drehwinkel den oberen Totpunkt passend einzustellen, wäre auch eine Verdrehung um (2N – 1)·180° sinnvoll.
Wenn also der Taumelwinkel verringert wird, wird die Schrägscheibe 18 in Richtung der Verdichtungskolben 12 verschoben.

Claims

Elektrisch betriebener Klimamittelverdichter (10), aufweisend: – eine Mehrzahl von sich im Betrieb translatorisch bewegenden Verdichtungskolben (12); und – eine in zwei entgegengesetzten Rotationsrichtungen (R₁, R₂) um eine Wellenachse (22) drehbare Antriebswelle (16), wobei die Antriebswelle (16) an einem axialen Endbereich (30) zum Befestigen einer Schrägscheibe (18) an der Antriebswelle (16) einen Befestigungszapfen (28) aufweist, der sich entlang einer Zapfenlängsachse (38) in weitgehend axialer Richtung der Antriebswelle (16) erstreckt, wobei die Zapfenlängsachse (38) des Befestigungszapfens (28) geneigt zu der Wellenachse (22) ausgebildet ist, – eine an dem Befestigungszapfen (28) befestigte Schrägscheibe (18) zum Überführen einer Rotationsbewegung der Antriebwelle (16) in die Translationsbewegung der Verdichtungskolben (12), wobei die Schrägscheibe (18) eine Befestigungsbohrung (40) mit einer Bohrungsachse (42) zum Befestigen der Schrägscheibe (18) an der Antriebswelle (16) aufweist, wobei die Schrägscheibe (18) mit der Befestigungsbohrung (40) über den Befestigungszapfen (28) geschoben ist, wobei eine Schrägscheibenfläche (20) der Schrägscheibe (18) in einem Winkel (A_S) kleiner als 90° geneigt zu der Bohrungsachse (42) angeordnet ist, wobei der Befestigungszapfen (28) einen sich im Wesentlichen senkrecht zu seiner Zapfenlängsachse (38) von einer Zapfenoberfläche (46) weg erstreckenden Mitnehmer (36) aufweist, wobei die Schrägscheibe (18) wenigstens einen Mitnehmeranschlag (52) aufweist, wobei der Mitnehmer (36) und der Mitnehmeranschlag (52) im Betrieb zusammenwirken, um die Schrägscheibe (18) in einer Rotationsendposition (50) festzulegen.
Klimamittelverdichter (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Neigungswinkel (A_N) der Zapfenlängsachse (38) des Befestigungszapfens (28) zu der Wellenachse (22) in einem Bereich von 1° bis 5°, insbesondere bei 3°, liegt.
Klimamittelverdichter (10) nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Schrägscheibenfläche (20) der Schrägscheibe (18) in einem Bereich von 75° bis 85°, insbesondere um 80°, geneigt zu der Bohrungsachse (42) angeordnet ist.
Klimamittelverdichter (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Schrägscheibe (18) mit einer Bohrungswand (44) der Befestigungsbohrung (40) gleitbar auf einer Zapfenoberfläche (46) des Befestigungszapfens (28) gelagert ist, sodass die Schrägscheibe (18) im Betrieb um die Zapfenlängsachse (38) und die Wellenachse (22) eine Rotationsbewegung ausführen kann.
Klimamittelverdichter (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Mitnehmer (36) als axiales Halteelement (48) zum axialen Festlegen der Schrägscheibe (18) an der Antriebswelle (16) ausgebildet ist.
Klimamittelverdichter (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Befestigungszapfen (28) an einer Zapfenoberfläche (46) ein Außengewinde (54) aufweist, wobei eine Bohrungswand (44) der Befestigungsbohrung (40) ein Innengewinde (56) aufweist, wobei das Außengewinde (54) und das Innengewinde (56) im Betrieb der Antriebswelle (16) derart zusammenwirken, dass eine axiale Position der Schrägscheibe (18) auf dem Befestigungszapfen (28) veränderlich ist.
Klimamittelverdichter (10) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass zwei Schraubanschläge (58) zum Begrenzen einer Schraubbewegung der Schrägscheibe (18) auf dem Befestigungszapfen (28) vorgesehen sind, wobei eine erster Schraubanschlag (58) die Schrägscheibe (18) in einer axialen ersten Endposition (60) festlegt, wobei ein zweiter Schraubenschlag (58) die Schrägscheibe (18) in einer axialen zweiten Endposition (62) festlegt.
Klimamittelverdichter (10) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Schraubanschläge (58) axial oder tangential zu dem Befestigungszapfen (28) angeordnet sind.