DE10316651B4

DE10316651B4 - Taumelscheibenkompressor für eine Fahrzeug-Klimaanlage mit Spalt zwischen Gehäuse und Zylinderblock

Info

Publication number: DE10316651B4
Application number: DE2003116651
Authority: DE
Inventors: Christoph Loy; Harry Nissen; Thomas Küppers; Dikran-Can Magzalci; Heiko Dröse; Klaus Gebauer; Thomas Reske
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2003-04-11
Filing date: 2003-04-11
Publication date: 2014-03-06
Anticipated expiration: 2023-04-12
Also published as: DE10316651A1; FR2853698B1; FR2853698A1

Abstract

Taumelscheibenkompressor für eine Fahrzeug-Klimaanlage, mit einem Kompressorgehäuse, in dem eine Antriebswelle mit einer Taumelscheibe angeordnet ist, die wenigstens einen Hubkolben zum Ansaugen und Verdichten eines Kältemittels antreibt, wobei der Hubkolben in einem Kompressionszylinder angeordnet ist, der in einem im Kompressorgehäuse festgelegten und gegenüber diesem abgedichteten Zylinderblock ausgebildet ist, mit einer den Kompressionszylinder verschließenden Ventilplatte und mit einem das Kompressorgehäuse verschließenden Ventildeckel, wobei zwischen dem Zylinderblock (6) und dem Kompressorgehäuse (1) ein konzentrisch umlaufender Spalt (22) ausgebildet ist und der Zylinderblock (6) an seinen beiden stirnseitigen Enden dichtend am Kompressorgehäuse (1) festgelegt und an seinen beiden stirnseitigen Enden jeweils mit einem Bund (23, 24) zur dichtenden Anlage am Kompressorgehäuse (1) versehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß die stirnseitige Ringfläche (28) des taumelscheibenseitigen Bundes (24) oder dessen beide Ringflächen mit einer senkrecht zur Achse des Zylinderblockes (6) aufgespannten Ebene umlaufend einen spitzen Winkel einschließt, insbesondere von 4 bis 6 Grad, derart, daß der äußere Rand in axialer Richtung vorsteht.

Description

Die Erfindung betrifft einen Taumelscheibenkompressor mit Spalt zwischen Gehäuse und Zylinderblock zum Ansaugen und Verdichten von in einem geschlossenen Kreislauf zirkulierenden Kältemittel, insbesondere CO₂-Kältemittel (R744-Kältemittel), wobei der Taumelscheibenkompressor entweder mechanisch oder elektrisch angetrieben wird.
Die in Kraftfahrzeug-Klimaanlagen eingesetzten Taumelscheibenkompressoren sind in der Regel mechanisch angetrieben. Beispiele dafür finden sich in der DE 41 39 186 A1 oder der CH 690 189 A5 . Es ist aber auch schon vorgeschlagen worden DE 101 35 733.8 , im Kompressorgehäuse einen regelbaren Elektromotor als Antrieb für den Kompressor anzuordnen. Aus der EP 0 978 652 A2 ist überdies ein sogenannter Hybridkompressor bekannt, bei dem der Antrieb wahlweise über einen Elektromotor oder über den Verbrennungsmotor des Fahrzeugs erfolgen kann. Unabhängig von der Antriebsart weisen diese Kompressoren eine Antriebswelle mit einer Taumelscheibe auf, die üblicherweise mehrere Hubkolben zum Ansaugen und Verdichten eines Kältemittels antreibt, wobei die Hubkolben jeweils in einem Kompressionszylinder angeordnet sind, der in einem im Kompressorgehäuse festgelegten und gegenüber diesem abgedichteten Zylinderblock ausgebildet ist. Die Kompressionszylinder sind mit einer Ventilplatte verschlossen, und das Kompressorgehäuse mit einem Ventildeckel. Bei einem mechanisch angetriebenen Kompressor ist die Drehzahl der Taumelscheibe ebenso hoch wie die Motordrehzahl, und es werden während einer Umdrehung der Taumelscheibe, wie auch bei einem elektrisch angetriebenen Taumelscheibenkompressor, sämtliche an dieser angekoppelten Hubkolben bewegt, ebenso die Ansaug- und Auslaßventile. Die bewegten Teile verursachen unerwünschte Geräusche, vor allem bei hohen Drehzahlen, aber auch bei großen Kolbenhüben, wie sie bei einer hohen Kälteleistung erforderlich sind.
Aus der US 6,092,996 A ist ein Taumelscheibenkompressor bekannt, der für eine Fahrzeugklimaanlage bestimmt ist. Zwischen einen Kompressorgehäuse und einen Zylinderblock ist ein spaltartiger Hohlraum angeordnet, wobei der Zylinderblock am Kompressorgehäuse festgelegt ist.
Aus der DE 299 23 375 U1 ist ein Kompressor mit einem Gehäusedeckel und einem Gehäuse bekannt, wo zwischsen Gehäusedeckel und Gehäuse ein Zylinderblock und eine Ventilplatte vorgesehen sind. Zwischen einer Zylinderwand und einer Wandung des Gehäuses ist ein spaltartiger druckentlassteter Raum ausgebildet.
Es ist Aufgabe der Erfindung, bei einem Taumelscheibenkompressor für eine Kraftfahrzeug-Klimaanlage nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 die Abdichtung nach außen zu verbessern.
Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
Bei dem Taumelscheibenkompressor, in dessen Kompressorgehäuse eine Antriebswelle mit einer Taumelscheibe angeordnet ist, die wenigstens einen Hubkolben zum Ansaugen und Verdichten eines Kältemittels antreibt, der in einem an einem Zylinderblock ausgebildeten Kompressionszylinder hin- und herbeweglich angeordnet ist, zwischen dem Zylinderblock und dem Kompressorgehäuse ein konzentrisch umlaufender Spalt ausgebildet, wobei der Zylinderblock an seinen beiden stirnseitigen Enden fest und dichtend am Kompressorgehäuse anliegt. Der Kompressionszylinder ist auf der der Taumelscheibe abgewandten Seite in bekannter Weise mit einer Ventilplatte verschlossen, die durch einen Ventildeckel dichtend am Kompressorgehäuse gehaltert ist. Dieser Spalt, der im wesentlichen die gesamte Mantelfläche des Zylinderblockes umgibt, in dem durch die Kolbenbewegung bedingte Betriebsgeräusche entstehen und auf den sowohl die Geräusche, die durch das Öffnen und Schließen der in der Ventilplatte angeordneten Ventile verursacht werden, als auch die Geräusche übertragen werden, die in dem die Taumelscheibe beherbergenden Kurbelgehäuse entstehen, reduziert in erheblichem Maße die Übertragung dieser Geräusche auf das Kompressorgehäuse, so daß auch die von diesem an die Umgebung abgegebene Geräuschbelastung reduziert ist.
Damit der Zylinderblock in axialer und radialer Richtung im Kompressorgehäuse fest und dichtend angeordnet ist, ist dieser entweder an seinen beiden stirnseitigen Enden jeweils mit einem Bund versehen, mit denen er am Kompressorgehäuse anliegt. Alternativ dazu kann auch das Kompressorgehäuse spaltausbildend gestaltet sein, indem die Gehäusewandung im Bereich des vorgesehenen Spaltes innenseitig mit einer ringförmigen Einsenkung versehen ist. Die Abdichtung zwischen dem Zylinderblock und dem Kompressorgehäuse kann im Bereich des jeweiligen Bundes durch O-Ringe erfolgen.
Vorteilhaft ist wenigstens die stirnseitige Ringfläche des taumelscheibenseitigen Bundes oder dieser insgesamt gegenüber einer senkrecht zur Achse des Zylinderblockes angeordneten Ebene in einem Winkel von 4 bis 6 Grad derart geneigt, daß der äußere Rand dieser Ringfläche vorsteht. Diese leicht konische Ausbildung des Bundes ermöglicht eine bessere Abdichtung des Zylinderblockes gegenüber dem Kompressorgehäuse, wenn der Zylinderblock unter Vorspannung im Kompressorgehäuse angeordnet wird. Dadurch werden die Ringfläche und die Mantelfläche des Bundes gegen die mit diesen korrespondierenden Flächen des Kompressorgehäuses gepreßt und verformt. Ein O-Ring zur Abdichtung im Bereich des Bundes ist nicht mehr erforderlich. Insbesondere bei der Verwendung von CO₂-Kältemittel, das im Vergleich zu herkömmlichen Kältemitteln wesentlich stärker, etwa um einen Faktor 10, komprimiert werden muß, um vergleichbare Kälteleistungen zu erzielen, und bei dem die Anforderungen bezüglich der Dichtigkeit höher sind, ist diese Lösung von erheblichem Vorteil. Die Verpressung des Zylinderblockes mit dem Kompressorgehäuse erfolgt durch die Verschraubung des Ventildeckels mit dem Kompressorgehäuse.
Zusätzlich kann auch der ventilplattenseitige Bund insgesamt in Richtung der Taumelscheibe leicht konisch ausgebildet sein und mit seinen Ringflächen jeweils mit einer senkrecht zur Achse des Zylinderblockes angeordneten Ebene umlaufend einen spitzen Winkel einschließen. Der gewählte Winkel ist jedoch um im wesentlichen 0,5 Grad kleiner als der Neigungswinkel, den die stirnseitige Ringfläche des taumelscheibenseitigen Bundes aufweist. Dadurch gelangt der taumelscheibenseitige Bund bei der Anordnung des Zylinderblockes im Kompressorgehäuse zuerst zur Anlage an diesem und wird mit diesem verpreßt, so daß die Abdichtung des Zylinderblockes im Bereich dieses Bundes gegenüber dem Kompressorgehäuse zuverlässig sichergestellt ist. beim Fortgang der Verschraubung wird anschließend auch der ventilplattenseitige Bund mit dem Kompressorgehäuse verpreßt, so daß eine weitere Erhöhung der Zuverlässigkeit der Dichtung gegeben ist. bei dieser Ausführung erübrigen sich O-Ringe, so daß der Kompressor insgesamt kompakter ist. Überdies ist die Bauteilezahl reduziert, und der Montageaufwand ist verringert.
Dadurch, daß der Kompressor als einheitliche Komponente ein Verschleißteil darstellt, ist es auch möglich, den Ventildeckel mit dem Kompressorgehäuse zu verschweißen.
Zur Erzeugung der Vorpressung zwischen dem Zylinderblock und dem Kompressorgehäuse wird der Ventildeckel beim Schweißvorgang an diesem unter Spannung gehaltert. Bei einem verschweißten Kompressorgehäuse sind die Leckverluste gegenüber einem verschraubten geringer. Grundsätzlich kann das Kompressorgehäuse zur Erleichterung der Anordnung der Funktionsteile in diesem und damit der Montage auch längsgeteilt sein und nach deren Anordnung verschweißt werden. Der Ventildeckel wird dann anschließend und vorgespannt ebenfalls mit dem Kompressorgehäuse verschweißt.
Die Erfindung wird nachstehend an einem Ausführungsbeispiel erläutert. Die zugehörigen Zeichnungen zeigen:
1: einen Taumelscheibenkompressor mit elektrischem Antrieb in einem Vertikalschnitt und
2: die Ausbildung des Zylinderblockes im Bereich X im Vertikalschnitt, gegenüber 1 vergrößert.
Der in 1 weitgehend schematisch dargestellte elektrisch betriebene Taumelscheibenkompressor für CO₂-Kältemittel nach der Patentanmeldung DE 102 28 042.8 weist im wesentlichen ein Kompressorgehäuse 1, einen über die Ansteuerfrequenz regelbaren Elektromotor 2, eine mit diesem verbundene Antriebswelle 3, einen Kurbelgehäuseraum 4 für eine an der Antriebswelle 3 drehfest angeordnete Taumelscheibe 5 vorbestimmter Neigung, einen Zylinderblock 6 mit mehreren Kompressionszylindern 7, in denen Zylinderlaufbuchsen 7.1 angeordnet sind, und in diesen hin- und herbeweglichen und mit der Taumelscheibe 5 wirkverbundenen hohlzylindrischen Hubkolben 8 mit jeweils einem Ansaugventil 9, mit einer Ventilplatte 10 mit Auslaßventilen 12, die den jeweiligen in den Kompressionszylindern 7 ausgebildeten Kompressionsräumen 11 zugeordnet sind, und einen quasi einen Zylinderkopf darstellenden Ventildeckel 13 mit einem Hochdruckraum 14 und einen in diesem angeordneten Ölabscheider 15 auf. Die Wirkverbindung eines Hubkolbens 8 mit der Taumelscheibe 5 ist durch einen an dieser ausgebildeten Gelenkkopf und ein am Hubkolben 8 ausgebildetes Aufnahmelager L für diesen hergestellt.
Die Ansaugung des CO₂-Kältemittels erfolgt über den Ansaugstutzen 16, der an einem motorseitig angeordneten Abschlußdeckel 17 koaxial zur Antriebswelle 3 ausgebildet ist. Vom Ansaugstutzen 16 erstreckt sich eine Ansaugbohrung 18 in die Motorkammer hinein. Das über den Ansaugstutzen 16 und die Ansaugbohrung 18 angesaugte CO₂-Kältemittel strömt durch die Motorkammer und verläßt diese über Durchgangsbohrungen 19, die in einer den Motorraum vom Kurbelgehäuse 4 trennenden Zwischenwand 20 eingebracht sind, und gelangt in den Kurbelgehäuseraum.
Die Ansaugventile 9 befinden sich jeweils auf der der Taumelscheibe 5 abgewandten Stirnseite der taumelscheibenseitig mit einer (nicht dargestellten) Öffnung versehenen Hubkolben 8 und münden in den jeweiligen Kompressionsraum 11. Die Hubkolben 8 sind gegenüber der Wandung des jeweiligen Kompressionszylinders 7 durch drei hintereinander angeordnete Kolbenringe 21 abgedichtet, die jeweils in einer in der Wandung angeordneten Kolbenringnut sitzen. Die Kolbenringe bestehen aus einem hochwertigen Grauguß. Alternativ dazu können diese auch aus Kunststoff, insbesondere PTFE oder Peek gefertigt sein.
Zwischen dem Zylinderblock 6 und dem Kompressorgehäuse 1 ist ein deutlich sichtbarer konzentrischer Spalt 22 ausgebildet, der durch die Gestaltung des Umfanges des Zylinderblockes 6 gegeben ist. Dieser (6) ist an seinen beiden stirnseitigen Enden jeweils mit einem nach außen ausgebildeten Bund 23 bzw. 24 zur dichtenden Anlage am Kompressorgehäuse 1 versehen, zwischen denen eine spaltbildende konzentrische Einsenkung ausgebildet ist. Am Zylinderblock 6 sind jeweils Anlageflächen 26 und 27 (2) für den jeweiligen Bund ausgebildet.
2 zeigt die Gestaltung der beiden Bunde 23 und 24 genauer. Die stirnseitige Ringfläche 28 des taumelscheibenseitigen Bundes 24 ist leicht konisch ausgebildet, indem diese mit einer senkrecht zur Achse des Zylinderblockes 6 aufgespannten Ebene umlaufend einen spitzen Winkel von 5 Grad einschließt und dabei mit ihrem äußeren Rand in axialer Richtung vorsteht. Der ventilplattenseitige Bund 23 ist insgesamt leicht konisch ausgebildet, derart, daß dessen beide Ringflächen 29 und 30 mit einer senkrecht zur Achse des Zylinderblockes 6 aufgespannten Ebene einen Winkel von 4,5 Grad einschließen. In der Darstellung in 2 ist der Zylinderblock 6 noch nicht In seiner vorbestimmten Endstellung angeordnet. beim Einbringen desselben in das Kompressorgehäuse 1 gelangt zunächst der Bund 24 mit seinem äußeren Rand zur Anlage an der taumelscheibenseitigen Anlagefläche 27. Bei der weiteren Montage des Taumelscheibenkompressors, die mit dem Einbringen der Zylinderlaufbuchsen 7.1 in die Kompressionszylinder 7, dem Anbringen der Ventilplatte 31, einer Dichtung 32 und dem Aufschrauben des Ventildeckels 13 fortgesetzt wird, werden die genannten Bauelemente aneinander gepreßt, wobei der Bund 24 mit seinem äußeren Rand gegen die Anlagefläche 27 gepreßt und infolge seiner Gestaltung derart verformt wird, daß dieser auch gegen die Anlagefläche 26 gepreßt wird. Dadurch ist eine dichtende form- und kraftschlüssige Verbindung geschaffen. Beim Fortgang der Verschraubung wird in gleicher Weise auch der Bund 23 gegen die ventildeckelseitigen Anlageflächen 27 und 26 gepreßt, so daß dieser ebenfalls form- und kraftschlüssig mit dem Kompressorgehäuse verbunden wird.

Claims

Taumelscheibenkompressor für eine Fahrzeug-Klimaanlage, mit einem Kompressorgehäuse, in dem eine Antriebswelle mit einer Taumelscheibe angeordnet ist, die wenigstens einen Hubkolben zum Ansaugen und Verdichten eines Kältemittels antreibt, wobei der Hubkolben in einem Kompressionszylinder angeordnet ist, der in einem im Kompressorgehäuse festgelegten und gegenüber diesem abgedichteten Zylinderblock ausgebildet ist, mit einer den Kompressionszylinder verschließenden Ventilplatte und mit einem das Kompressorgehäuse verschließenden Ventildeckel, wobei zwischen dem Zylinderblock (6) und dem Kompressorgehäuse (1) ein konzentrisch umlaufender Spalt (22) ausgebildet ist und der Zylinderblock (6) an seinen beiden stirnseitigen Enden dichtend am Kompressorgehäuse (1) festgelegt und an seinen beiden stirnseitigen Enden jeweils mit einem Bund (23, 24) zur dichtenden Anlage am Kompressorgehäuse (1) versehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß die stirnseitige Ringfläche (28) des taumelscheibenseitigen Bundes (24) oder dessen beide Ringflächen mit einer senkrecht zur Achse des Zylinderblockes (6) aufgespannten Ebene umlaufend einen spitzen Winkel einschließt, insbesondere von 4 bis 6 Grad, derart, daß der äußere Rand in axialer Richtung vorsteht.
Taumelscheibenkompressor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der ventilplattenseitige Bund (23) in gleicher Richtung leicht konisch ausgebildet ist und dessen Ringflächen (29, 30) jeweils mit einer senkrecht zur Achse des Zylinderblockes (6) aufgespannten Ebene umlaufend einen spitzen Winkel einschließen, der um im wesentlichen 0,5 Grad kleiner als der Neigungswinkel ist, den die stirnseitige Ringfläche (28) des taumelscheibenseitigen Bundes (24) aufweist.
Taumelscheibenkompressor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventildeckel (13) mit dem Kompressorgehäuse (1) verschweißt ist.