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Hintergrund
der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung betrifft
ein Steuerungsventil zur Steuerung der Verstellung eines variablen
Verdrängungsverdichters
zum Gebrauch in einer Fahrzeugklimaanlage.
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Ein herkömmlicher variabler Verdrängungsverdichter
zum Gebrauch in einem Kühlkreislauf
umfasst eine Kurbelkammer, eine Taumelscheibe, welche kippbar im
Inneren der Kurbelkammer befindlich ist, und Kolben, welche sich
durch die Betätigung
der Taumelscheibe hin und her bewegen. Der Neigungswinkel der Taumelscheibe ändert sich
entsprechend dem Druck in der Kurbelkammer (Kurbelkammerdruck).
Jeder Kolben bewegt sich um einen dem Neigungswinkel der Taumelscheibe
entsprechenden Hub. Die Verstellung des Verdichters variiert in
Abhängigkeit
von dem Hub der Kolben.
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In dem Verdichter ist ein Steuerungsventil zum
Einstellen des Kurbelkammerdrucks platziert. Das Steuerungsventil
ist beispielsweise in einer Versorgungsleitung, welche die Auslaßkammer
des Verdichters mit der Kurbelkammer verbindet, platziert. Das Steuerungsventil
regelt die Menge des Kühlgases,
welches in Abhängigkeit
vom Druck (Ansaugdruck) des von dem im Kühlkreislauf platzierten Kühlers in
den Verdichter gesaugten Kühlgases
von der Auslaßkammer
in die Kurbelkammer durch die Zulieferungsleitung geleitet wird.
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Das Steuerungsventil umfaßt einen
druckaufnehmenden Mechanismus, einen Ventilmechanismus und eine
Magnetspule. Der druckaufnehmende Mechanismus mißt den Ansaugdruck und wird
in Abhängigkeit
von diesem Druck versetzt. Der Ventilmechanismus ändert aufgrund
des Versatzes des druckaufnehmenden Mechanismusses den Öffnungsgrad einer
Ventilöffnung
und stellt die Menge des durch die Zulieferungsleitung strömenden Kühlgases
ein. Der Hubmagnet steuert durch Betätigen einer Spule den Öffnungsgrad
der Ventilöffnung
in Abhängigkeit
vom Ansaugdruck. Der Ventilmechanismus ist im allgemeinen in der
Mitte des Steuerungsventils platziert. Der druckaufnehmende Mechanismus
ist an einem Ende des Ventilmechanismusses und der Hubmagnet an
dem anderen Ende des Ventilmechanismusses platziert.
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Die japanischen Veröffentlichungsschriften Nr.
11-218078 und Nr. 2000-120912 offenbaren ein Steuerungsventil mit
einem im Mittelpunkt des Steuerungsventils platzierten Hubmagneten.
In dem Steuerungsventil der Veröffentlichungen
ist ein druckaufnehmender Mechanismus an einem Ende des Hubmagneten
und ein Ventilmechanismus am anderen Ende des Hubmagneten platziert.
Mit dieser Struktur kann der Hubmagnet in einem Gehäuse eines
Verdichters angeregt werden. Kühlgas,
welches eine relativ niedrige Temperatur aufweist und von dem Kühler in
den Verdichter eingesogen wird, wird daher in der Nähe des Hubmagneten
eingeleitet. Folglich wird der durch die Betätigung einer Spule aufgeheizte
Hubmagnet gekühlt.
Als Ergebnis wird verhindert, daß die elektromagnetische Kraft
der Spule aufgrund der Hitze der Spule absinkt. Des weiteren wird
die Größe des Hubmagneten
reduziert, was wiederum die Größe des Steuerungsventils
verkleinert.
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In dem Steuerungsventil der Veröffentlichungen
wird ein Balg als Bauteil zur Bildung des druckaufnehmenden Mechanismusses
benutzt. Da die Herstellungskosten des Balgs relativ hoch sind,
verhindert der Balg eine Verringerung der Herstellungskosten des
Steuerungsventils. Aus diesem Grund wird ein Steuerungsventil vorgeschlagen,
welches ein Diaphragma nutzt, das zu niedrigeren Kosten als der
Balg hergestellt wird. Bei Verwendung des Diaphragmas wird dieses
in Abhängigkeit
vom Ansaugdruck versetzt. Die Größe dieser
Versetzung wird auf einen Ventilkörper übertragen, welcher eine Ventilöffnung selektiv öffnet und
schließt.
Da die Beziehung zwischen der Größe des Versatzes
des Diaphragmas und dem Ansaugdruck nicht proportional ist, muß die Befestigungsposition
des Diaphragmas bezüglich der
Ventilöffnung
mit hoher Genauigkeit eingestellt werden, um die erwünschten
Betriebscharakteristika des Steuerungsventils zu erhalten.
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Allerdings ist der Abstand zwischen
dem Diaphragma und der Ventilöffnung
in einem Steuerungsventil, in welchem der Hubmagnet in der Mitte platziert
ist, lang. Daher vergrößert sich
die Anzahl der zwischen dem Diaphragma und der Ventilöffnung platzierten
Teile. Resultierend daraus ist die Befestigungsposition des Diaphragmas
aufgrund der Abmessungsfehler und Zusammenfügungsfehler jedes Teils von
der gewünschten
Lage versetzt, weshalb sich folglich die Steuerungsgenauigkeit des
Steuerungsventils verschlechtert.
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Zusammenfassung
der Erfindung
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Es ist demnach das Ziel der vorliegenden
Erfindung ein Steuerungsventil zu ermöglichen, welches zu niedrigen
Kosten herstellbar ist und die Verstellung eines Verdichters mit
einer hohen Genauigkeit steuert.
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Um das oben genannte Ziel zu erreichen,
ermöglicht
die vorliegende Erfindung ein Steuerungsventil für einen variablen Verdrängungsverdichter. Der
Verdichter umfaßt
eine Auslaßdruckzone,
eine Ansaugdruckzone, eine Kurbelkammer und eine Zulieferungsleitung,
welche die Auslaßdruckzone
mit der Kurbelkammer verbindet. Der Verdichter hat eine einstellbare
Verstellung. Die Kurbelkammer und die Ansaugdruckzone stehen unter
Druck. In der Zulieferungsleitung ist ein Steuerungsventil platziert
und steuert die Verstellung des Verdichters durch Einstellen des
Drucks in der Kurbelkammer. Das Steuerungsventil umfaßt einen
Hubmagneten, einen druckaufnehmenden Mechanismus und einen Ventilmechanismus.
Der Hubmagnet hat ein erstes und ein zweites Ende. Der Hubmagnet
weist einen zylinderförmigen
Körper
und eine Spule auf, welche um den zylinderförmigen Körper herum angeordnet ist.
Der druckaufnehmende Mechanismus ist an dem ersten Ende des Hubmagneten
platziert und weist eine druckaufnehmende Kammer und ein Diaphragma auf.
Der Druck aus dem Ansaugdruckbereich wird in die druckaufnehmende
Kammer eingeleitet. In Abhängigkeit
von dem Druck in der druckaufnehmenden Kammer wird das Diaphragma
versetzt. Der Ventilmechanismus ist am zweiten Ende des Hubmagneten
platziert und weist eine Ventilöffnung,
welche einen Teil der Zuführungsleitung
bildet, und einen Ventilkörper,
welcher die Ventilöffnung
in Abhängigkeit von
dem Versatz des Diaphragmas selektiv öffnet und schließt, auf.
Der zylinderförmige
Körper
weist ein Tragende auf, welches das Diaphragma trägt.
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Andere Aspekte und Vorzüge der Erfindung werden
durch die folgende Beschreibung zusammen mit den begleitenden Zeichnungen
offensichtlich, die die Prinzipien der Erfindung mittels eines Beispiels darstellen.
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Kurze Beschreibung
der Zeichnung
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Die Erfindung kann zusammen mit ihrem Zweck
und Vorzügen
am besten mit Bezug auf die folgende Beschreibung der derzeit bevorzugten
Ausführungsformen
zusammen mit der begleitenden Zeichnung verstanden werden, in welcher:
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1 ein
Steuerungsventil gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung in einer Schnittansicht zeigt.
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Ausführliche
Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform
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Eine bevorzugte Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung wird nun mit Bezug auf 1 beschrieben
werden.
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Ein in 1 dargestelltes
Steuerungsventil 1 ist mit einem variablen Verdrängungsverdichter 2 verbunden,
welcher in einen Kühlkreislauf
eingeschlossen ist. Obwohl die spezifische Gestalt des variablen
Verdrängungsverdichters 2 in 1 nicht dargestellt ist, umfaßt dieser
eine Saugkammer (Saugdruckbereich) 3, die einem Saugdruck
Ps ausgesetzt ist, eine Auslaßkammer
(Auslaßdruckbereich) 4,
welche einem Auslaßdruck
Pd ausgesetzt ist, und eine Kurbelkammer 5, welche einem
Kurbeldruck Pc ausgesetzt ist. Die Kurbelkammer 5 nimmt
eine kippbare Taumelscheibe (nicht dargestellt) auf. Bei Rotation einer
Antriebswelle des Verdichters 2 verursacht die Taumelscheibe,
daß sich
Kolben hin und her bewegen. Von einem in dem Kühlkreislauf befindlichen Kühler wird
Kühlgas
in die Saugkammer 3 eingeleitet. Jeder Kolben ist in einer zylindrischen
Bohrung aufgenommen und zieht das Kühlgas aus der Saugkammer 3 in
die entsprechende Zylinderbohrung. Jeder Zylinder verdichtet das
Kühlgas
in der entsprechenden Zylinderbohrung und stößt das verdichtete Kühlgas in
die Auslaßkammer 4 aus.
Das verdichtete Kühlgas
in der Auslaßkammer 4 wird
in den Kühlkreislauf
eingeleitet.
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Der Verdichter 2 umfaßt eine
Auslaßleitung 6,
welche die Auslaßkammer 4 mit
der Kurbelkammer 5 verbindet. Das Steuerungsventil 1 ist
in der Auslaßleitung 6 platziert.
Das Steuerungsventil 1 regelt die Menge des in die Kurbelkammer 5 von
der Auslaßkammer 4 durch
die Versorgungsleitung 6 gelieferten Kühlgases in Abhängigkeit
von dem Saugdruck Ps, welcher von der Saugkammer 3 durch
eine druckeinleitende Leitung 7 eingeleitet wird.
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Das Steuerungsventil 1 umfaßt einen
druckaufnehmenden Mechanismus 11, einen Hubmagneten 12 und
einen Ventilmechanismus 13. Der Hubmagnet 12 ist
in der Mitte des Steuerungsventils 1 platziert. Der druckaufnehmende
Mechanismus 11 ist an dem ersten Ende (wie in 1 betrachtet dem oberen Enden) des Hubmagneten 12,
der Ventilmechanismus 13 an dem zweiten Ende (wie in 1 gezeigt dem unteren Ende) des Hubmagneten 12 platziert.
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Der Hubmagnet 12 umfaßt einen
zylindrischen Körper,
welcher in der bevorzugten Ausführungsform
ein Stempelrohr 15 ist, eine Spule 16, eine Abdeckung
des Hubmagneten 17 aus Eisen, einen stationären Eisenkern,
welcher in der bevorzugten Ausführungsform
ein stationärer
Kern 18 ist, und einen beweglichen Eisenkern, welcher in
der bevorzugten Ausführungsform
ein Stempel 19 ist.
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Das Stempelrohr 15 erstreckt
sich entlang der gesamten Länge
des Hubmagneten 12. Der stationäre Kern 18 ist in
das Stempelrohr 15 eingesetzt. Der Stempel 19 ist
unterhalb des stationären
Kerns 18 in dem Stempelrohr 15 aufgenommen. Der
Stempel 19 bewegt sich entlang der axialen Richtung des Stempelrohrs 15.
In einer äußeren Oberfläche des stationären Kerns 18 ist
eine Eingriffsausnehmung 18a gebildet. An dem Stempelrohr 15 ist
durch Einstemmen ein Eingriffsvorsprung 15a gebildet. Der Eingriffsvorsprung 15a ragt
radial in das Innere des Stempelrohrs 15. Der der Eingriffsausnehmung 18a korrespondierende
Teil der äußeren Oberfläche des Stempelrohrs 15 wird
eingestemmt, während
der stationäre
Kern
18 in einer bezüglich
des Stempelrohrs 15 vorbestimmten Lage platziert ist. Dadurch
bildet sich der Eingriffsvorsprung 15a, welcher in die
Eingriffsausnehmung 18a eingreift. Bei Eingriff des Eingriffsvorsprungs 15a in
die Eingriffsausnehmung 18a wird der stationäre Kern 18 an
dem Stempelrohr 15 gesichert.
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In der Mitte des stationären Kerns 18 ist
eine Durchgangsöffnung 18b ausgebildet.
Die Durchgangsöffnung 18b erstreckt
sich bei Betrachtung von 1 in vertikaler
Richtung (das heißt
in axialer Richtung des Stempelrohrs 15). In die Durchgangsöffnung 18b ist
eine druckaufnehmende Welle 21 eingesetzt. Die druckaufnehmende
Welle 21 bewegt sich gleitend in der Durchgangöffnung 18b.
In der Mitte des oberen Endes des Stempels 19 ist eine
aufnehmende Öffnung 19a ausgebildet.
Die aufnehmende Öffnung 19a nimmt
das untere Ende der druckaufnehmenden Welle 21 und eine
Feder 22 auf. Der Durchmesser der aufnehmenden Öffnung 19a ist
im wesentlichen gleich dem Durchmesser der Durchgangsöffnung 18b des
stationären
Kerns 18. Die druckaufnehmende Welle 21 umfaßt einen
Bereich eines großen
Durchmessers, welcher sich in dem oberen Bereich der druckaufnehmenden
Welle 21 befindet, und einen Bereich eines kleinen Durchmessers,
welcher sich in dem unteren Bereich der druckaufnehmenden Welle 21 befindet.
Die Feder 22 ist um den Bereich des schmalen Durchmessers
herum platziert. Der Bereich des schmalen Durchmessers der druckaufnehmenden
Welle 21 ist in der aufnehmenden Öffnung 19a des Stempels 19 mit
der Feder 22 aufgenommen. Die Feder 22 drängt den
Stempel 19 in eine Richtung, um den Stempel 19 von
dem stationären
Kern 18 zu trennen. Der Bereich des schmalen Durchmessers
der druckaufnehmenden Welle 21 ist nicht an dem Stempel 19 befestigt.
Daher trennt sich die druckaufnehmende Welle 21 von dem
Stempel 19 bei Ausdehnen der Feder 22 und wenn
der Abstand zwischen dem Ende des Bereiches mit großem Durchmesser
der druckaufnehmenden Welle 21 und dem die Bodenoberfläche der
aufnehmenden Öffnung 19a definierenden
Teils länger
wird als die axiale Länge
des Bereiches mit kleinem Durchmesser der druckaufnehmenden Welle 21.
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Die Spule 16 ist in der äußeren Umgebung des
Stempelrohrs 15 platziert. Mit der Spule 16 ist eine
elektrische Versorgungsleitung 23 zur Versorgung mit Strom
verbunden. Die Abdeckung des Hubmagneten 17 ist becherartig
geformt und bedeckt die Spule 16. In der Mitte der Bodenoberfläche der
Abdeckung 17 des Hubmagneten ist eine Bohrung 17a ausgebildet.
Das untere Ende des Stempelrohrs 15 steht von der Bohrung 17a vor.
Im nachfolgenden wird der Ventilmechanismus 13 beschrieben
werden.
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Im unteren Bereich eines Ventilgehäuses 31 des
Ventilmechanismusses 13 ist eine Ventilkammer 32 platziert.
Das Ventilgehäuse 31 besitzt
einen Kurbeldruckanschluß 33,
welcher mit der Ventilkammer 32 verbunden ist, einen Ventildurchlaß 34,
welcher mit der Ventilkammer 32 verbunden ist und einen Auslaßdruckanschluß 35,
welcher mit dem Ventildurchlaß 34 verbunden
ist. Mit dem Einlaß des
Auslaßdruckanschlusses 35 ist
ein Filter 36 verbunden. Die Ventilkammer 32 umfaßt eine
Decke 32a, welche einen Teil der Ventilkammer 32 bildet.
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Die Ventilkammer 32 ist
mit der Kurbelkammer 5 über
den Kurbeldruckanschluß 33 und
einen in Strömungsrichtung
nachfolgenden Teil der Versorgungsleitung 6 verbunden.
Daher wird der Kurbeldruck Pc über
den Kurbeldruckanschluß 33 in
die Ventilkammer 32 eingeleitet. Der Ventildurchlaß 34 ist
mit der Auslaßkammer 4 über den
Auslaßdruckanschluß 35 und
den in Strömungsrichtung
vorliegenden Teil der Versorgungsleitung 6 verbunden. Daher wird
der Auslaßdruck
Pd in die Ventilöffnung 34 über den
Auslaßdruckanschluß 35 eingeleitet.
Die Ventilkammer 32, die Ventilöffnung 34 und die
Anschlüsse 33, 35 wirken
als eine im Inneren des Ventilgehäuses 31 platzierte
Leitung und bilden einen Teil der Versorgungsleitung 6.
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Im Inneren des Stempelrohrs 15 und
des Ventilgehäuses 31 ist
ein Stab 39 aufgenommen. Der Stab 39 ist entlang
der axialen Richtung des Stempelrohrs 15 beweglich. In
der Ventilkammer 32 ist ein Ventilkörper 38 aufgenommen.
Der Ventilkörper 38 ist
an dem entfernten Ende des Stabes 39 platziert. In der
Ventilkammer 32 ist eine Feder 40 platziert, um den
Ventilkörper 38 in
Richtung der Ventilöffnung 34 zu
drücken.
Im Inneren der Ventilkammer 32 ist eine Federaufnahme 41 zum
Aufnehmen der Feder 40 platziert. Die Federaufnahme 41 weist
einen Zylinder 41a auf, welcher sich entlang der axialen
Richtung des Ventilgehäuses 31 erstreckt.
Der Zylinder 41a ist von der Stelle, wo die Feder 40 platziert
ist, radial in das Ventilgehäuse 31 hinein
angebracht. Durch den Zylinder 41a wird ein Verkippen der
Feder 40 verhindert. Ein säulenförmiger Befestigungsvorsprung 38a ist
unterhalb des Ventilkörpers 38 platziert.
Die Feder 40 ist an dem Befestigungsvorsprung 38a befestigt. Beim
Auftreffen des Befestigungsvorsprungs 38a des Ventilkörpers 38 auf
den Zylinder 41a der Federaufnahme 41 wird ein
Abwärtsbewegen
des Ventilkörpers 38 verhindert.
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An dem oberen Ende des Ventilgehäuses 31 ist
ein Befestigungsabsatz 43 ausgebildet. Das untere Ende
des Stempelrohrs 15, welches von dem Boden der Hubmagnetenabdeckung 17 hervorragt,
ist an dem Befestigungsabsatz 43 befestigt. An dem Boden
der Hubmagnetenabdeckung 17 ist zur Sicherung des Ventilgehäuses 31 durch
ein Verbinden mit dem oberen Ende des Ventilgehäuses 31 ein Befestigungsmittel 44 platziert.
Das entfernte Ende des Verbindungsmittels 44 ist durch
Verstemmen nach innen gebogen.
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An dem unteren Ende des Stempelrohrs 15 ist
ein ausgesparter Bereich 15b ausgebildet. Das Ventilgehäuse 31 weist
einen Ansaugdruckanschluß 45 auf,
welcher mit dem Stempelrohr 15 über den ausgesparten Bereich 15b verbunden
ist.
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An der äußeren umlaufenden Oberfläche des
Stempels 19 ist eine erste Verbindungsaussparung 19b ausgebildet.
Die erste Verbindungsaussparung 19b erstreckt sich entlang
der axialen Richtung des Stempels 19. Eine zweite Verbindungsaussparung 18c ist
an der äußeren umlaufenden
Oberfläche des
stationären
Kerns 18 ausgebildet. Die zweite Verbindungsaussparung 18c erstreckt
sich entlang der axialen Richtung des stationären Kerns 18. Oberhalb
des stationären
Kerns 18 ist im Inneren des Stempelrohrs 15 eine
druckaufnehmende Kammer 46 ausgebildet. Die druckaufnehmende
Kammer 46 ist mit dem Ansaugdruckanschluß 45 über die
ersten und zweiten Verbindungsaussparungen 19b, 18c verbunden.
Der Ansaugdruckanschluß 45 ist
mit der Ansaugkammer 3 über
die druckeinleitende Leitung 7 verbunden. Daher wird der
Ansaugdruck Ps in die druckaufnehmende Kammer 46 über den
Ansaugdruckanschluß 45 und
die ersten und zweiten Verbindungsaussparungen 19b, 18c eingeleitet.
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In der Mitte des Ventilgehäuses ist
eine Staböffnung 48 ausgebildet.
Die Staböffnung 48 erstreckt sich
entlang der axialen Richtung des Ventilgehäuses 31. Die Staböffnung 48 weist
einen Bereich mit großem
Durchmesser 48a, welcher mit dem Innenrohr des Stempelrohrs 15 verbunden
ist, und einen Bereich 48b mit kleinem Durchmesser, welcher
unterhalb des Bereichs mit großem
Durchmesser 48a platziert ist und mit der Ventilöffnung 34 verbunden ist,
auf.
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Der Stab 39 weist einen
Bereich mit großem Durchmesser 39a und
einen Bereich mit kleinem Durchmesser 39b auf. Der Bereich
mit großem Durchmesser 39a und
der Bereich mit kleinem Durchmesser 39b sind in die Staböffnung 48,
bzw. die Ventilöffnung 34 eingesetzt.
Genauer ausgedrückt
ist das obere Ende des Bereiches mit großem Durchmesser 39a in
eine in dem Stempel 19 gebildete Befestigungsbohrung 19c und
das untere Ende des Bereichs mit großem Durchmesser in die Staböffnung 48 eingesetzt.
Der Durchmesser des Bereichs mit großem Durchmesser 39a ist
im wesentlichen gleich oder geringfügig kleiner als der Durchmesser
des Bereichs mit kleinem Durchmesser 48b der Staböffnung 48.
Der Bereich mit kleinem Durchmesser 39b erstreckt sich
von dem unteren Ende des Bereichs mit großen Durchmessern 39a abwärts und ist
in die Ventilöffnung 34 eingesetzt.
Der Ventilkörper 38 ist
an dem unteren Ende des Bereichs mit kleinem Durchmesser 39b platziert.
Der Stempel 19, der Stab 39 und der Ventilkörper 38 bewegen
sich miteinander gemeinsam.
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An der Grenze zwischen dem Bereich
mit kleinem Durchmesser 48b und dem Bereich mit großem Durchmesser 48a der
Staböffnung 48 ist
eine Ecke 49 ausgebildet. Die Ecke 49 ist derart
geneigt, daß der
Durchmesser eines Bereichs nahe der Ventilöffnung 34 kleiner
ist als der Durchmesser eines Bereichs nahe der Staböffnung 48.
In dem Bereich mit großem
Durchmesser 48a der Staböffnung 48 ist eine
zylindrische Buchse 51 eingepreßt. Die Buchse 51 weist
eine Durchgangsöffnung
auf, welche ein Durchragen des Bereichs mit großem Durchmesser 39a des
Stabs 39 ermöglicht.
Die Buchse 51 weist eine konische, der Ecke 49 gegenüberliegende Oberfläche auf.
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Zwischen der Oberfläche der
Ecke 49 und der konischen Oberfläche der Buchse 51 ist
eine ringförmige
Abdichtplatte 52 eingelegt. Die Abdichtplatte 52 weist
eine Durchgangsöffnung
auf, welche ein Durchragen des Bereichs mit großem Durchmesser 39a des
Stabes 39 erlaubt. Die Abdichtplatte 52 ist aus
einem elastischen Harzmaterial gebildet und ist vor der Verbindung
mit dem Steuerungsventil 1 im wesentlichen flach. Bei Einlegen
der Abdichtplatte 52 zwischen die Oberfläche der
Ecke 49 und der konischen Oberfläche der Buchse 51 wird
diese derart gebogen, daß sie
entlang der Oberfläche
der Ecke 49 und der konischen Oberfläche konisch anliegt. Bei Verbinden
des Stabs 39 mit dem Steuerungsventil 1 ist aufgrund
der Elastizität
der Abdichtplatte 52 deren innere umlaufende Kante in engem
Kontakt mit dem Bereich mit großem
Durchmesser 39a des Stabs 39. Der innere Bereich
des Stempelrohrs 15, welcher mit dem Ansaugdruck Ps beaufschlagt
ist, und die Ventilöffnung 34,
welche mit dem Auslaßdruck
Pd beaufschlagt ist, werden durch die Abdichtplatte 52 voneinander
getrennt.
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Im folgenden wird der druckaufnehmende Mechanismus 11 beschrieben:
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In der bevorzugten Ausführungsform
umfaßt der
druckaufnehmende Mechanismus 11 ein Diaphragma 55,
ein zylindrisches Gehäuse 56,
eine Einstellvorrichtung 57, welche im Inneren des Gehäuses 56 gesichert
ist, einen Preßstempelblock 58,
welcher oberhalb des Diaphragmas 55 angebracht ist und eine
Einstellfeder 59, welche zwischen der Einstellvorrichtung 57 und
dem Preßstempelblock 58 platziert
ist, um den Preßstempelblock 58 in
Richtung des Diaphragmas 55 vorzuspannen. Das Diaphragma 55 ist
aus einem Harzmaterial gebildet. Das Diaphragma 55 kann
ebenfalls aus einem Metall gebildet sein.
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In einem Stück mit dem oberen Ende des Stempelrohrs 15 des
Hubmagneten 12 ist als tragendes Ende ein erster Flansch 15c gebildet
und ragt radial aus dem Stempelrohr 15 heraus. Das Gehäuse 56 ist
nach unten geöffnet.
In einem Stück
mit dem unteren Ende des Gehäuses 56 ist
ein zweiter Flansch 56a gebildet und ragt von dem Gehäuse 56 radial
heraus. Das Diaphragma 55 ist zwischen dem zweiten Flansch 56a des
Gehäuses 56 und
dem ersten Flansch 15c des Stempelrohrs 15 gehalten.
Der zweite Flansch 56a des Gehäuses 56 ist mit dem
ersten Flansch 15c des Stempelrohrs 15 durch Schweißen (beispielsweise
Plasmaschweißen,
Laserschweißen
oder Strahlschweißen)
verbunden, während
das Diaphragma 55 zwischen den Flanschen 56a, 15c gehalten
ist.
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Oberhalb des Hubmagneten 16 ist
im Inneren der Hubmagnetenabdeckung 17 ein Bügel 61 angebracht.
Der erste Flansch 15c des Stempelrohrs 15 wird
durch die obere Oberfläche
des Bügels 61 getragen.
Auf der oberen Oberfläche
des Bügels
61 ist
eine Halterung 62 platziert, um die Öffnung der Hubmagnetenabdeckung 17 zu
schließen.
Der druckaufnehmende Mechanismus 11 ist an dem Hubmagneten 12 gesichert,
indem die Flansche 15c, 56a mit dem Bügel 61 und
der Halterung 62 zusammengefügt sind und mit dem oberen
Ende der Hubmagnetenabdeckung 17 verstemmt sind.
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Das Gehäuse 56 und das Diaphragma 55 bilden
eine Steuerungskammer 63. Der Druck in der Steuerungskammer 63 wird
auf einem vorbestimmten Standarddruck (oder vorzugsweise einem Vakuum)
gehalten. Das Gehäuse 56 weist
eine druckeinstellende Öffnung
auf, die in der bevorzugten Ausführungsform
eine Öffnung 64 in
der Decke ist. Die Deckenöffnung 64 ist
mit einem Deckenkörper 65 verschlossen.
Die Deckenöffnung 64 ist
vorzugsweise kreisförmig
und der Deckenkörper 65 vorzugsweise kugelförmig.
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Die Einstellvorrichtung 57,
der Preßstempelblock 58 und
die Einstellungsfeder 59 sind im Inneren der Steuerungskammer 63 angebracht.
An der äußeren Oberfläche der
Einstellvorrichtung 57 ist eine Eingriffsausnehmung 57a ausgebildet.
An dem Gehäuse 56 ist
ein Eingriffsvorsprung 56b ausgebildet und ragt radial
in den Innenraum des Gehäuses 56.
Der Eingriffsvorsprung 56b ist durch Einstemmen gebildet.
Bei Eingreifen des Eingriffsvorsprungs 56b in die Eingriffsausnehmung 57a der
Einstellvorrichtung 57 wird diese an dem Gehäuse 56 gesichert.
In der Mitte der Einstellvorrichtung 57 ist eine Durchgangsöffnung 57b ausgebildet
und ragt in axialer Richtung.
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Ein säulenförmiger Befestigungsvorsprung 57c ist
auf der unteren Oberfläche
der Einstellvorrichtung 57 ausgebildet. Auf der oberen
Oberfläche
des Preßstempelblocks 58 ist
ein anderer säulenförmiger Befestigungsvorsprung 58a ausgebildet.
Das obere Ende der Einstellungsfeder 59 ist an dem Befestigungsvorsprung 57c der
Einstellvorrichtung 57 befestigt. Das untere Ende der Einstellungsfeder 59 ist an
dem Befestigungsvorsprung 58a des Preßstempelblocks 58 befestigt.
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Eine in eine Richtung zur Vorspannung
des Diaphragmas 55 wirkende Kraft der Einstellungsfeder 59 wird
in Übereinstimmung
mit der axialen Position der Einstellvorrichtung 57 in
dem Gehäuse 56 verändert. Dieses
stellt die Eigenschaften des Steuerungsventils 1 ein. Genauer
ausgedrückt
wird ein Werkzeug während
der Herstellung des druckaufnehmenden Mechanismusses 11 zum
Einstellen der Lage der Einstellvorrichtung 57 von der
Deckenöffnung 64 eingesetzt.
Nach der Einstellung der Lage der Einstellvorrichtung 57 wird
das Gehäuse 56 eingestemmt.
Bei diesem Schritt ragt ein Teil des Gehäuses 56 zum Bilden
des Eingriffsvorsprungs 56b nach innen. Daraufhin wird
der Eingriffsvorsprung 56b mit der Eingriffsausnehmung 57a der
Einstellvorrichtung 57 in Eingriff gebracht. Als Ergebnis
ist die Länge
der Einstellfeder 59 oder die Vorspannungskraft eingestellt.
Auf diese Weise wird das Steuerungsventil 1 zum Erhalten
der gewünschten
Eigenschaften eingestellt.
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Nach der Befestigung der Einstellvorrichtung 57 ist
der druckaufnehmende Mechanismus 11 dem vorbestimmten Standarddruck
ausgesetzt. Beispielsweise wird der druckaufnehmende Mechanismus
in einer Druckkammer mit Standarddruck platziert. Der in der Steuerungskammer 63 vorliegende
Druck wird über
die Deckenöffnung 64 und
die Durchgangsöffnung 57b vorsichtig
mit dem Druck in der Druckkammer ausgeglichen. Daraufhin ist der
Druck in der Steuerungskammer 63 auf den Standarddruck
eingestellt. In diesem Zustand wird die Deckenöffnung 64 durch den
Deckenkörper 65 verschlossen.
Die Steuerungskammer 63 wird durch Verschweißen des
Deckenkörpers 65 mit
dem Gehäuse 56 dicht
verschlossen.
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Das obere Ende der druckaufnehmenden Achse 21 stößt gegen
die untere Oberfläche
des Diaphragmas 55. Wie oben beschrieben, ist die druckaufnehmende
Kammer 46 dem Ansaugdruck Ps ausgesetzt. Bei einem relativ
hohen Ansaugdruck wird das Diaphragma 55 nach oben gegen
die Kraft der Einstellfeder 59 versetzt. Ist dagegen der
Ansaugdruck Ps relativ niedrig, wird das Diaphragma 55 durch
die Kraft der Einstellfeder 59 und die Druckdifferenz zwischen
dem Druck in der Steuerungskammer 63 und dem Ansaugdruck
Ps nach unten versetzt. Daher wird das Diaphragma 55 in Übereinstimmung
mit dem Ansaugdruck Ps versetzt.
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Der Versatz des Diaphragmas 55 wird über die
druckaufnehmende Welle 21 auf den Stempel 19 übertragen
und wird weiterhin über
den Stab 39, welcher in dem Stempel 19 eingesetzt
ist, auf den Ventilkörper 38 übertragen.
Daher ist die Versatzgröße des Diaphragmas 55 abhängig vom Öffnungsgrad der
Ventilöffnung 34.
Die Höhe
des Ansteigens der rückwirkenden
Kraft des Diaphragmas 55 wird durch eine quadratische Kurve
und nicht durch eine Gerade beschrieben. Daher wird bei der bevorzugten
Ausführungsform
die anfängliche
Größe des Versatzes des
Diaphragmas 55 genau durch die Einstellvorrichtung 57 kontrolliert.
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Die druckaufnehmende Welle 21 umfaßt einen
Anschlag 21b, welcher in radialer Richtung vorragt. Bei
Anstoßen
des Anschlags 21b gegen das untere Ende des ortsfesten
Kerns 18 wird eine Abwärtsbewegung
der druckaufnehmenden Welle 21 verhindert.
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Im folgenden wird der Betrieb des
Steuerungsventils 1 beschrieben.
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Bei Anlegen eines Anregungsstroms über die
elektrische Versorgungsleitung 23 an die Spule 16 bildet
diese ein magnetisches Feld um ein magnetisches Feldbauteil, welches
der ortsfeste Kern 18, der Stempel 19, die Hubmagnetenabdeckung 17 und der
Bügel 61 ist.
Zu dieser Zeit wird eine der Höhe
der Ausgangsspannung (genauer gesagt ungefähr 0,2 A bis 0,7 A) entsprechende
Anziehungskraft zwischen dem ortsfesten Kern 18 und dem
Stempel 19 erzeugt. Der Stempel 19 wird darauf
gegen die Kraft der Feder 22 gegen den ortsfesten Kern 18 gezogen.
Als Ergebnis bewegt sich der mit dem Stab 39 verbundene Ventilkörper 38 aufwärts. Ist
die Spule 16 angeregt, stößt der Stempel 19 konstant
gegen die druckaufnehmende Welle 21. In diesem Zustand
bewegen sich der Stempel 19 und die druckaufnehmende Welle 21 einheitlich
miteinander. In Übereinstimmung
mit Schwankungen des in die druckaufnehmende Kammer 46 eingeleiteten
Ansaugdrucks Ps wird das Diaphragma 55 versetzt. Der Versatz
des Diaphragmas 55 wird über die druckaufnehmende Welle 21,
den Stempel 19 und den Stab 39 auf den Ventilkörper 38 übertragen.
Daher wird der Öffnungsgrad
des Steuerungsventils 1 oder der Ventilöffnung 34 in Übereinstimmung
mit der zwischen dem stationären
Kern 18 und dem Stempel 19 des Hubmagneten 12 erzeugten
Anziehungskraft und der auf dem Versatz des Diaphragmas 55 in
dem druckaufnehmenden Mechanismus 11 basierenden Kraft
festgelegt.
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Wird der an der Spule 16 anliegende
Anregungsstrom in Übereinstimmung
mit der am Kühlkreislauf
anliegenden Kühlmenge
erhöht,
erhöhen sich
die Anziehungskräfte
zwischen dem ortsfesten Kern 18 und dem Stempel 19.
Daher steigt die den Öffnungsgrad
der Ventilöffnung 34 vermindernde Kraft
an. Dadurch wird der Ventilkörper 38 selektiv durch
einen Ansaugdruck Ps, welcher niedriger ist als der Ansaugdruck
Ps vor dem Ansteigen des Anregungsstroms, geöffnet und geschlossen. Mit
anderen Worten wird bei Vorliegen eines relativ großen Anregungsstromes
das Steuerungsventil 1 betrieben, um den Ansaugdruck Ps
auf einem niedrigeren Niveau zu erhalten, als der Ansaugdruck Ps
vor Ansteigen des Anregungsstromes.
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Bei Verringern des Öffnungsgrades
des Ventilkörpers 38 verringert
sich die Menge des über
die Versorgungsleitung 6 von der Auslaßkammer 4 in die Kurbelkammer 5 strömenden Kühlgases,
wodurch sich der Kurbeldruck Pc absenkt. Folglich steigt der Neigungswinkel
der Taumelscheibe in der Kurbelkammer 5 an.
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Bei vollständigem Verschließen der
Ventilöffnung 34 durch
den Ventilkörper 38 wird
die Versorgungsleitung 6 geschlossen. Daher wird das verdichtete
Kühlgas
in der Auslaßkammer 4 nicht
in die Kurbelkammer 5 geleitet. Der Kurbelkammerdruck Pc wird
dann im wesentlichen gleich dem Ansaugdruck Ps und der Neigungswinkel
der Taumelscheibe in der Kurbelkammer 5 wird maximiert.
In diesem Fall ist die Verstellung des Verdichters 2 maximal.
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Im Gegensatz dazu sinkt bei Absinken
des an der Spule 16 anliegenden Anregungsstroms die zwischen
dem ortsfesten Kern 18 und dem Stempel 19 vorliegende
Anziehungskraft. Daher sinkt die den Öffnungsgrad des Ventilkörpers 38 vermindernde Kraft
und der Ventilkörper 38 wird
selektiv durch einen Saugdruck Ps, welcher höher ist als der Saugdruck Ps
vor Absinken des Anregungsstroms, geöffnet und geschlossen. Mit
anderen Worten wird das Steuerungsventil 1 bei Absinken
des Stromwertes betrieben, um den Saugdruck Ps auf einem höheren Niveau
zu erhalten, als der Saugdruck Ps vor Absinken des Anregungsstroms.
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Bei einer Vergrößerung des Öffnungsgrades des Ventilkörpers 38 vergrößert sich
die Menge des Kühlgases,
welches von der Auslaßkammer 4 in
die Kurbelkammer 5 strömt,
wodurch der Kurbeldruck Pc ansteigt. In Übereinstimmung mit dem Ansteigen
des Kurbeldrucks Pc vermindert sich der Neigungswinkel der Taumelscheibe
in der Kurbelkammer 5.
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Wird die Versorgung der Spule 16 mit
dem Anregungsstrom gestoppt, liegt zwischen dem ortsfesten Kern 18 und
dem Stempel 19 keine Anziehungskraft vor. Dieses verursacht,
daß der
Ventilkörper 38 sich
in eine Stellung bewegt, in der die Ventilöffnung 34 vollständig geöffnet ist.
Dadurch wird das Kühlgas
aus der Auslaßkammer 4 über die
Versorgungsleitung 6 an die Kurbelkammer 5 in
einer großen
Menge geliefert, was den Kurbeldruck Pc steigert. Ist der Kurbeldruck
Pc gesteigert. ist der Neigungswinkel der Taumelscheibe minimiert.
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Wie oben beschrieben, wird das Steuerungsventil 1 in
Abhängigkeit
von dem Anregungsstrom der Spule 16 betrieben. Mit anderen
Worten ändert
das Steuerungsventil 1 einen Zielwert des Saugdrucks Ps
in Abhängigkeit
von dem Anregungsstrom. Ist der Anregungsstrom groß, wird
die Ventilöffnung 34 durch
einen relativ niedrigen Saugdruck Ps geöffnet. Ist der Anregungsstrom
relativ klein, wird die Ventilöffnung 34 durch
einen relativ hohen Saugdruck Ps geöffnet. Der Verdichter 2 verändert die
Einstellung, um einen vorbestimmten Saugdruck Ps zu erhalten.
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Die bevorzugte Ausführungsform
bietet die folgenden Vorteile.
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Das Steuerungsventil 1 weist
ein Diaphragma 55 auf, welches zu geringeren Kosten als
ein konventioneller Balg herstellbar ist. Daher werden die Herstellungskosten
des Steuerungsventils 1 reduziert.
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Der erste Flansch 15c ist
in dem Ende des Stempelrohrs 15, welches einen Teil des
Hubmagneten 12 bildet, ausgebildet. Das Diaphragma 55 wird durch
den ersten Flansch 15c getragen. Verglichen zu einem Fall,
in dem ein tragendes Bauteil zum Tragen des Diaphragmas 55 separat
ausgebildet und an dem Hubmagneten 12 gesichert ist, wird
im vorliegenden Fall der Fehler der Befestigungslage des Diaphragmas 55 bezüglich der
Ventilöffnung 34 vermindert.
Das bedeutet, daß die
Entfernung D zwischen dem Diaphragma 55 und der Ventilöffnung 34 (die Decke 32a der
Ventilkammer 32) mit einer hohen Genauigkeit eingestellt
ist, für
den Fall, daß keine
Abmessungsfehler oder Montagefehler des tragenden Bauteils vorliegen.
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Das Stempelrohr 15 erstreckt
sich entlang der gesamten Länge
des Hubmagneten 12. Das untere Ende des Stempelrohrs 15,
das heißt
das dem druckaufnehmenden Mechanismus 11 gegenüberliegende
Ende des Stempelrohrs 15, ist an dem Ventilgehäuse 31 des
Ventilmechanismusses 13 befestigt. Durch diese Gestalt
ist der Abstand D zwischen Diaphragma 55 und der Ventilöffnung 34 durch
die Abmessung des Stempelrohrs 15 und des Ventilgehäuses 31 vorbestimmt.
Aus diesem Grund ist die Anzahl der Abmessungsfehler verursachenden
Bauteile gering und der Abmessungsfehler der Befestigungslage des
Diaphragmas bezüglich
der Ventilöffnung 34 reduziert.
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Auf der druckaufnehmenden Welle 21 ist
der Anschlag 21b ausgebildet. Bei Anstoßen des Anschlags 21b gegen
das Ende des ortsfesten Kerns 18 wird die Abwärtsbewegung
der druckaufnehmenden Welle 21 begrenzt. Dadurch wird ein
unnötiger
Versatz des Diaphragmas 55 nach unten verhindert. Auf diese
Weise wird eine hohe Lebensdauer des Diaphragmas erhalten.
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Auf der umlaufenden Oberfläche des
ortsfesten Kerns 18 bzw. des Stempels 19 sind
die erste und zweite Verbindungsöffnung 19b, 18c ausgebildet. Der
Saugdruck Ps wird durch die erste und zweite Verbindungsöffnung 19b, 18c in
die unterhalb des Diaphragmas 55 befindliche druckaufnehmende
Kammer 46 eingeleitet. In diesem Fall ist die Kühlungseffizienz
hoch, da das Kühlgas,
welches eine relativ niedrige Temperatur aufweist, den gesamten
Hubmagneten 12 in axialer Richtung passiert.
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Zwischen der druckaufnehmenden Welle 21 und
dem Stempel 19 ist die Feder 22 platziert. Liegt an
der Spule 16 kein Anregungsstrom an, preßt die Feder 22 den
Ventilkörper 38 gegen
den Stempel 19, um die Ventilöffnung 34 zu öffnen. Durch
diese Struktur weitet sich die Feder 22 zum Herunterdrücken des Stempels 19,
wenn bei hohem Saugdruck Ps und nach oben gegen die Kraft der Einstellfeder 59 versetztem
Diaphragma 55 der an der Spule 16 anliegende Strom
gestoppt wird. Obwohl sich die Feder 22 ausdehnt, trennt
sich die druckaufnehmende Welle 21 nicht von dem Diaphragma 55.
Das bedeutet, daß die
druckaufnehmende Welle 21 immer gegen das Diaphragma 55 stößt. Dieses
verhindert die Ermüdung
des Diaphragmas 55, welche verursacht wird, wenn die druckaufnehmende
Welle 21 wiederholend gegen das Diaphragma 55 anstößt und sich von
diesem trennt. Die Dauerbeständigkeit
des Diaphragmas 55 wird verbessert.
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Der druckaufnehmende Mechanismus 11 weist
die Einstellvorrichtung 57 auf. Die axiale Lage der Einstellvorrichtung 57 stellt
die Stärke
der Einstellfeder 59 ein, welche die Eigenschaften des
Steuerungsventils 1 regelt.
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Die Abdichtplatte 52 ist
mit dem Stab 39 verbunden und trennt den Innenraum des
Stempelrohrs 15 von der Ventilöffnung 34. Der Stab 39 wird
durch den Stempel 19 und die Abdichtplatte 52 getragen. Daher
bewegt sich der Stab 39 (der Ventilkörper 38) leicht in
dem Ventilgehäuse 31.
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Es sollte für den Fachmann offensichtlich sein,
daß die
vorliegende Erfindung in vielen anderen spezifischen Formen ausgeführt sein
kann, ohne den Geist oder den Bereich der Erfindung zu verlassen. Im
wesentlichen sollte verstanden werden, daß die Erfindung in den folgenden
Formen ausgeführt
sein kann.
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Im Gegensatz zu der in 1 dargestellten Ausführungsform kann die Ventilkammer 32 mit
der Auslaßkammer 4 über den
in Strömungsrichtung
vorliegenden Bereich der Versorgungsleitung 6 und die Ventilöffnung 34 mit
der Kurbelkammer 5 über
den in Strömungsrichtung
nachfolgenden Bereich der Versorgungsleitung 6 verbunden
sein.
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Die zweite Verbindungsöffnung 18c,
welche sich in axialer Richtung erstreckt, muß nicht an der äußeren umlaufenden
Oberfläche
des ortsfesten Kerns 18 ausgebildet sein. Eine sich in
axialer Richtung erstreckende Öffnung
kann zwischen dem ortsfesten Kern 18 und der druckaufnehmenden
Welle 21 ausgebildet sein. Genauer kann beispielsweise
eine Vertiefung auf der umlaufenden Oberfläche der druckaufnehmenden Welle 21 oder
auf der inneren umlaufenden Oberfläche des ortsfesten Kerns 18 ausgebildet
sein. In diesem Fall wird der Saugdruck Ps ebenfalls in die druckaufnehmende
Kammer 46 eingeleitet.
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Die vorliegenden Beispiele und Ausführungsformen
sollen als erklärend
und nicht beschränkend
verstanden werden. Die Erfindung ist nicht auf die darin gegebenen Einzelheiten
beschränkt,
kann jedoch innerhalb des Bereichs und der Äquivalenz der anhängenden
Ansprüche
verändert
werden.