DE10323855A1 - Verdichter, insbesondere Axialkolbenverdichter für Fahrzeugklimaanlagen mit Drehmomentmessung - Google Patents
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Abstract
Axialkolbenverdichter
(1) für Fahrzeugklimaanlagen
mit einer mit dem Fahrzeugmotor gekoppelten oder koppelbaren Antriebswelle
(14). Einem permanent-magnetischen Abschnitt (A-B) der Verdichter-Antriebswelle
(14) und/oder einer dieser zugeordneten Antriebsscheibe (Riemenscheibe
33) oder deren Nabe (35) ist ein Magnetfeld-Sensor (24) zugeordnet,
mittels dem Änderungen
des Permanent-Magnetfeldes bedingt durch auf die Antriebswelle (14)
und/oder Antriebsscheibe (33) oder deren Nabe (35) einwirkende Drehmomente
detektierbar sind. Bei Bedarf sind die entsprechenden Signale an
eine elektronische Steuerung (29) des Fahrzeugmotors zur weiteren
Verarbeitung über
einen Signalwandler (28) transferierbar.
Description
- Die Erfindung betrifft einen Verdichter, insbesondere Axialkolbenverdichter für Fahrzeugklimaanlagen, mit einer mit dem Fahrzeugmotor gekoppelten oder koppelbaren Antriebswelle, insbesondere einen Verdichter mit einem Zylinderkopf, einem Zylinderblock, einer Triebwerkskammer, und einem einen Antriebswellendurchgang umfassenden Gehäuse, wobei dem Antriebswellendurchgang eine Axialgleitringdichtung zugeordnet ist, und wobei am äußeren Ende der Antriebswelle eine Antriebsscheibe anschließbar ist, und zwar entweder kupplungslos oder unter Zwischenschaltung einer Kupplung, insbesondere elektromagnetischen Kupplung.
- Entsprechend
5 umfaßt eine Fahrzeugklimaanlage relativ wenige Hauptkomponenten, nämlich Verdichter1 , zwei Wärmetauscher2 ,3 , ein Expansionsorgan, insbesondere Expansionsventil4 und die vorgenannten Komponenten verbindende Rohrleitungen. Der Verdichter1 hat die Aufgabe, ein Kältemittel, zum Beispiel R134a oder CO2 aus einem ersten Wärmetauscher, nämlich Verdampfer3 , in dem es unter Wärmeaufnahme verdampft, abzusaugen und auf einen höheren Druck zu verdichten, so dass in einem zweiten Wärmetauscher2 , nämlich Verflüssiger oder Gaskühler im überkritischen Bereich, die Wärme auf einem höheren Temperaturniveau wieder abgegeben werden kann. Anschließend erfährt das Kältemittel in dem Expansionsorgan, nämlich Expansionsventil4 eine Drosselung auf das Druckniveau des Verdampfers3 . Weitere denkbare Komponenten des Kältekreislaufs für CO2-Anwendung sind in5 mit einem inneren Wärmetauscher5 und einem Behälter6 angegeben, in dem flüssiges Kältemittel abgeschieden wird. Nicht dargestellt sind Komponenten, die zur Regelung des Verdichters dienen, wie zum Beispiel Sensoren und Regelorgane. - Verdichter, die dem Stand der Technik entsprechen, werden gegenwärtig mit R134a als Kältemittel betrieben. Der Einsatz von CO2 als Kältemittel für Fahrzeugklimaanlagen wird gegenwärtig intensiv untersucht und entwickelt. Die Anmelderin geht davon aus, dass CO2 das bisher verwendete Kältemittel R134a verdrängen wird, und zwar aufgrund der besseren Umweltverträglichkeit.
- Als Verdichter für Fahrzeugklimaanlagen werden sehr häufig sog. Axialkolbenverdichter verwendet. Diese unterscheidet man in regelbare und nicht regelbare Verdichter. Regelbare Axialkolbenverdichter werden weiterhin unterschieden in „intern" geregelte und „extern" geregelte Axialkolbenverdichter. Zur Regelung von Axialkolbenverdichtern können Regelgrößen wie Drücke und Temperaturen, zum Beispiel Fahrgastraum-Temperatur, Außentemperatur od. dgl., herangezogen und als Regelgröße verwendet werden. Aus diesen Regelgrößen kann mit Hilfe von Algorithmen indirekt auf das jeweilige Drehmoment an der Antriebswelle des Verdichters geschlossen werden.
- Die entsprechenden Werte werden für eine Drehmomentregelung verwendet. Diese indirekte Drehmomenterfassung ist äußerst aufwendig und entsprechend fehlerbehaftet sowie träge. Dementsprechend gilt es, hier Abhilfe zu schaffen. Bevor jedoch darauf näher eingegangen wird, soll zum besseren Verständnis der Erfindung anhand der
6 die Konstruktion eines herkömmlichen Axialkolbenverdichters nochmals näher beschrieben werden, nämlich eines Axialkolbenverdichters, wie er für Fahrzeugklimaanlagen zum Einsatz kommt. Dieser Axialkolbenverdichter1 ist Teil einer Fahrzeugklimaanlage, die neben dem Axialkolbenverdichter1 einen sich in Richtung der Zirkulation des Kältemittels entsprechend dem Pfeil8 anschließenden Wärmetauscher2 , in welchem dem zirkulierenden Kältemittel Wärme entzogen wird, ein sich in Kreislaufrichtung anschließendes Expansionsventil4 und einen weiteren Wärmetauscher3 , durch den die Kühlung erfolgt, umfaßt. Durch den Wärmetauscher3 hindurch nimmt das Kältemittel von außen Wärme auf. Für die Klimatisierung eines Fahrgastraumes eines Kraftfahrzeuges wird der bei überkritisch arbeitenden Kühlprozeß üblicherweise als Gaskühler bezeichnete erste Wärmetauscher2 durch Umgebungsluft gekühlt, indem diese den Wärmetauscher2 als Fahrtwind anströmt oder durch ein zusätzliches Gebläse angeblasen wird. Der Wärme aufnehmende bzw. kühlende zweite Wärmetauscher3 , der üblicherweise als Verdampfer bezeichnet wird, ist in dem Frischluftverteilungssystem des Kraftfahrzeuges angeordnet, so dass bei Bedarf angesaugte Frischluft gekühlt wird. In Strömungsrichtung hinter dem zweiten Wärmetauscher3 kann, wie bereits anhand der5 dargelegt, ein Pufferbehälter6 vorgesehen sein, in dem sich ein nicht verdampfender Teil des Kältemittels, zum Beispiel CO2 absetzt. Der Pufferbehälter6 umfaßt damit auch eine gewisse Vorratsmenge von CO2. Der Verdichter1 ist als Taumelscheibenverdichter ausgeführt und mit dem Fahrzeugantrieb zum Beispiel durch einen nicht dargestellten Keilriemen verbunden, der auf einer Riemenscheibe läuft. Die Kolben des Taumelscheibenverdichters1 , die mit der Bezugsziffer7 versehen sind und von denen beispielsweise sieben in Umfangsrichtung des Verdichters nebeneinander angeordnet sind, stehen unmittelbar mit einer Taumelscheibe11 in Wirkverbindung. Die Taumelscheibe11 ist durch ein Radiallager12 und ein Axiallager13 auf einem sich mit der Antriebswelle14 drehenden und schwenkbar gelagerten Scheibenträger15 gehalten, so dass die Drehbewegung des schräg gestellten Scheibenträgers15 eine Taumelbewegung der Taumelscheibe11 bewirkt. Dadurch führen die Kolben7 eine Hubbewegung aus. Die Verbindung zwischen der Antriebswelle14 und dem Scheibenträger15 erfolgt durch ein am Ende eines Mitnehmerarmes16 vorgesehenes Mitnehmergelenk17 . Die Kraft für die Schwenkbewegung des Scheibenträgers15 und der mit diesem gelagerten Taumelscheibe11 um das Mitnehmergelenk17 ergibt sich aus der Summe der jeweils beidseitig der Kolben7 gegeneinander wirkenden Drücke, so dass diese Kraft vom Druck in der Triebwerkskammer18 abhängig ist. Da für die Herstellung eines Regeldruckes in der Triebwerkskammer18 des Verdichters CO2 in diesen einströmt und zur Saugseite wieder abgeleitet wird, ist es unvermeidlich, dass in den CO2-Kreislauf Öl gelangt, das für die Schmierung der bewegten Teile des Verdichters vorgesehen werden muß. Um das Öl aus dem Kühlkreislauf8 in die Triebwerkskammer zurückzuführen, ist in Strömungsrichtung vor dem ersten Wärmetauscher2 ein Ölabscheider20 vorgesehen. Der Bodenablauf des Ölabscheiders20 ist über eine gesonderte Leitung23 mit der Triebwerkskammer18 des Verdichters verbunden, so dass das abgeschiedene Öl zusammen mit Kühlmittel in die Triebwerkskammer18 gelangt. Des weiteren führt der Bodenablauf des Ölabscheiders20 über einen Schmierölkanal22 in einen Nebenraum30 , von dem aus die Lagerung32 der Antriebswelle14 sowie eine Axialgleitringdichtung21 ,31 mit Öl versorgt wird. - Die Axialgleitringdichtung umfaßt einen mit der Antriebswelle
14 umlaufenden Gleitdichtring31 , der sich an einem ortsfesten, innerhalb eines Gehäusedeckels19 angeordneten Gegenring21 abstützt. - Des weiteren sei ganz allgemein darauf hingewiesen, dass es für die Messung von Drehmomenten an umlaufenden Wellen verschiedene Messprinzipien gibt. So können Drehmomentmessungen mit Hilfe von Bremsen, zum Beispiel Wirbelstrombremsen, Wasserwirbelbremsen od. dgl. durchgeführt werden. Auch mit Hilfe von Dehnmessstreifen können Drehmomente erfasst werden. Allerdings ist deren Applikation sehr aufwendig und kostenintensiv. Außerdem beeinflusst Feuchtigkeit und Temperatur das Messergebnis. Es gibt auch berührungslose Messprinzipien, wie sie zum Beispiel anhand der
7 und etwas näher in derUS 6,360,841 B1 sowie WO 01/13081 A1 beschrieben sind. In7 ist der axiale Messbereich einer umlaufenden Welle14 mit der Bezugsziffer9 gekennzeichnet. Im Abstand von der Welle14 ist dem Bereich9 ein Spannungsmesser10 zugeordnet. In diesem werden in einer ersten Stufe Änderungen der mechanischen Belastung (Torsion) an der Welle in Abhängigkeit einer Änderung der magnetischen Eigenschaften derselben im Bereich9 erfaßt. In einer zweiten Stufe werden die gemessenen Änderungen der magnetischen Eigenschaften in ein elektronisches Signal umgewandelt. Dementsprechend ist eine Signalverarbeitungselektronik (Signalwandler) erforderlich. Die Signalverarbeitungselektronik kann in der Nähe der Messstelle aber auch in einer Entfernung von mehreren Metern angeordnet sein. Die Linearität des Signals sowie die Wiederholgenauigkeit entsprechen den Anforderungen für Industrie und Verbrauchsgüter, wie zum Beispiel Kraftfahrzeugen. Diese Technologie kann bei allen ferromagnetischen Werkstoffen angewandt werden. Neben Industriestählen können auch synthetische Stoffe mit magnetischen Eigenschaften detektiert werden. Bei Änderung in der mechanischen Belastung ändern sich auch die Materialeigenschaften, die letztlich das dem Material innewohnende Magnetfeld beeinflussen. Ein ähnliches Phänomen ergibt sich, wenn polarisiertes Licht durch Glas geleitet wird. Sobald die mechanische Belastung des Glases sich ändert, ändert sich auch die Achse, in der polarisiertes Licht durchgeleitet wird. Die Technologie basiert darauf, dass eine bekannte und genau bestimmte magnetische Quelle entweder nahe oder im zu messenden Objekt überwacht wird. Durch Analyse der Änderungen im Magnetfeld, die sich durch dieses Objekt ausbreiten, können Aussagen über die Kräfte im bzw. am Objekt gemacht werden. Es gibt Anwendungen, bei denen es erforderlich ist, dass der Sensor einen niedrigen Energieverbrauch aufweist. Für solche Fälle wird ein Verfahren eingesetzt, mit dem man in dem zu überwachenden Objekt ein sog. „ewiges" Magnetfeld speichert. Im Gegensatz zu herkömmlichen Verfahren wird das „ewige" Magnetfeld tief im Inneren des Objektes platziert. Diese Technologie stellt sicher, dass Änderungen in der mechanischen Belastung „sofort", d.h. innerhalb von Bruchteilen von Mikrosekunden angezeigt werden. Damit können Messungen in Realzeit durchgeführt werden, und zwar mit einer Signalbandbreite von 0 Hz bis zu mehreren kHz. Die dargestellte Technologie ist sehr robust und kann auch unter schwierigen Umgebungsbedingungen eingesetzt werden. Zur Erreichung optimaler Messgenauigkeiten ist es nicht erforderlich, den Sensor vor einer ersten Messung bei Raumtemperatur zu stabilisieren. Die Technologie kann innerhalb eines größeren Temperaturspektrums eingesetzt werden, und zwar auch in Temperaturbereichen oberhalb von +125°C. Das Verfahren ist darüber hinaus erschütterungsbeständig, und damit auch für den Einsatz im Automobilbereich vorteilhaft. Feuchtigkeit und Temperatur haben kaum Auswirkungen auf den Sensor. Aufgrund spezieller Herstellungs- und Messverfahren kann sich die Magnetsignatur, die vom entsprechenden Messobjekt verursacht wird, von anderen magnetischen Quellen unterscheiden. Daher ist ein fehlerloses Arbeiten des Systems gewährleistet, und zwar auch dann, wenn sich magnetische Strahlenfelder, wie die des Erdmagnetfeldes oder eines Elektromotors od. dgl. in der Nähe befinden. - Ausgehend von den vorgenannten Überlegungen liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Verdichter für Fahrzeugklimaanlagen zu schaffen, bei dem eine direkte und berührungslose und damit einfache sowie schnelle und im wesentlichen fehlerlose Drehmomentmessung möglich ist.
- Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruches 1 gelöst. Kern der vorliegenden Erfindung ist es also, einen permanent-magnetischen bzw. „ewig"-magnetischen Abschnitt der Verdichter-Antriebswelle und/oder einer dieser zugeordneten Antriebsscheibe oder deren Nabe einem Magnetfeld-Sensor zuzuordnen, der berührungslos arbeitet und mittels dem Änderungen des Permanent-Magnetfeldes bedingt durch auf die Antriebswelle und/oder Antriebsscheibe oder deren Nabe einwirkende Drehmomente detektierbar sind. Die entsprechenden Signale werden dann zur weiteren Verarbeitung an eine elektronische Steuerung des Fahrzeugmotors transferiert.
- Das gemessene Drehmomentsignal kann also in die Momentenstruktur von modernen Motorsteuerungen integriert werden. Die erforderlichen Drehmomente aller Nebenaggregate werden dabei von der Motorsteuerung berücksichtigt für den Fall, dass die erfindungsgemäße Drehmomentmessung auch noch an anderen Nebenaggregaten mit angetriebenen Wellen eingesetzt wird. Damit wird eine bedarfsgerechte Steuerung eines Kraftfahrzeugmotors ermöglicht. Es lässt sich der Fahrkomfort des Fahrzeuges und die Leistungsverteilung der Motorleistung erhöhen bzw. verbessern, da sämtliche Momente bekannt sind.
- Durch die Erfindung ist es auch möglich, Sicherheitsfunktionen bei Drehmomentüberlast in vorhandene Steuerungen zu integrieren. Dabei wird ein maximales Drehmoment oder Grenzdrehmoment als Referenz zum gemessenen Drehmoment an der Antriebswelle des Verdichters einer Fahrzeugklimaanlage verglichen; bei einer Überschreitung werden Schutzmaßnahmen durch geeignete Steuerung eingeleitet. Dies kann bei einem mit Elektromagnet-Kupplung betriebenen Verdichter durch Abschalten der Kupplung erreicht werden. Dadurch wird der Verdichterbetrieb eingestellt. Beim Betreiben eines kupplungslosen Verdichters wird einer entsprechenden Verdichterregelung ein Signal zugeleitet, welches dafür sorgt, dass der Verdichter das Hubvolumen reduziert, wodurch das Drehmoment an der Antriebswelle entsprechend verringert wird.
- Durch die direkte Messung von Drehmomenten an der Antriebswelle des Verdichters kann eine Verbrauchsoptimierung erreicht werden. Dies wird dadurch erreicht, dass nur die Menge an Kraftstoff zum Abdecken des erforderlichen Drehmomentes am Motor eingespritzt wird. Mittels der erfindungsgemäßen Konstruktion können in Realzeit die Drehmomente an der Antriebswelle des Verdichters erfasst und verarbeitet werden. Eine empirische Abschätzung oder aufwendige Umrechnung bei indirekter Drehmomenterfassung sind nicht mehr erforderlich.
- Die Motorsteuerung kann also in Realzeit Lastwechsel des Klimaverdichters berücksichtigen. Momentensprünge, die als Ruckeln im Fahrzeug wahrgenommen werden, werden eliminiert. Das erfindungsgemäße Messprinzip basiert auf der Detektion eines tangentialen Magnetfeldes des Signalgebers, nämlich der Antriebswelle des Verdichters. Außer der Permanent-Magnetisierung eines Abschnittes der Antriebswelle und/oder der Antriebsscheibe oder deren Nabe ist keine Änderung an der Konstruktion erforderlich. Auch ist es nicht erforderlich, magnetisierbare Werkstoffe auf die Oberfläche der vorgenannten Teile aufzutragen, so wie dies zum Beispiel in der
EP 1 066 997 A2 vorgeschlagen ist. Es ist auch keine zusätzliche Spannungsversorgung erforderlich. - Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, dass der Magnetfeld-Sensor im wesentlichen an beliebiger Stelle angeordnet werden kann, natürlich immer in Zuordnung zu einem permanent-magnetischen Abschnitt der Verdichter-Antriebswelle und/oder einer dieser zugeordneten Antriebsscheibe oder deren Nabe. Es hat sich gezeigt, dass ein Magnetfeld-Sensor sowohl bei einem geringen Abstand vom Signalgeber als auch bei einem größeren Abstand davon, zum Beispiel bei einem Abstand von mehreren Zentimetern exakt arbeitet. Des weiteren beeinflussen Verdichterkomponenten, wie zum Beispiel Verdichtergehäuse, Lager, Dichtungen od. dgl. das zu detektierende Magnetfeld bzw. die Magnetfeldänderungen nicht. Die vorgenannten Komponenten können also zwischen Antriebswelle und Sensor positioniert sein, ohne dass dadurch Messfehler entstehen. Die Drehmomente können sowohl in einem axialen als auch radialen Abschnitt von Antriebswelle und/oder Antriebsscheibe oder deren Nabe gemessen werden.
- Zusammenfassend kann also festgehalten werden, dass sich die Erfindung durch folgende Vorteile auszeichnet:
- – Die Struktur der Antriebswelle muß für die Detektierung mechanisch nicht verändert werden.
- – Die Antriebswelle und/oder Antriebsscheibe und/oder deren Nabe dient gleichzeitig als Signalgeber.
- – Es ist die Anbringung zu zusätzlichen Bauteilen nicht erforderlich.
- – Es sind keine speziellen mechanischen Oberflächenbehandlungen von Antriebswelle/Antriebsscheibe und/oder deren Nabe erforderlich.
- – Magnetfeldänderungen können berührungslos in einigen Millimetern Abstand vom Signalgeber ebenso wie in einigen Zentimetern Abstand davon exakt gemessen werden.
- – Die Antriebswelle kann sich während der Messung sowohl radial als auch axial bewegen, ohne dass dadurch Messfehler entstehen. Gleiches gilt auch bei sich ständig ändernden Drehzahlen der Antriebswelle.
- Vorteilhafte Details der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben. Dementsprechend besteht die Antriebswelle und/oder Antriebsscheibe oder deren Nabe aus einem magnetoelastischen Werkstoff, insbesondere einer Metall-Legierung mit einem Nickelanteil von 2 bis 15 %, insbesondere etwa 2 bis 8 %.
- Von der konstruktiven Seite ist die Anordnung des Magnetfeld-Sensors entsprechend Anspruch 3, 4 und/oder 5, 6 besonders vorteilhaft, und zwar jeweils innerhalb des Kompressorgehäuses.
- Entsprechend Anspruch 7 dient der Magnetfeld-Sensor sowohl zur Detektion von an der Antriebswelle oder Antriebsscheibe angreifenden Drehmomenten als auch zur Detektion der Drehzahl von Antriebswelle bzw. Antriebsscheibe. Damit erfüllt der Magnetfeld-Sensor eine Doppelfunktion. Natürlich müssen dann zur Detektion der Drehzahl an den umlaufenden Komponenten entsprechende Markierungen angebracht werden.
- Nachstehend werden bevorzugte Ausführungsbeispiele anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
-
1 ein erstes Ausführungsbeispiel eines Teils eines erfindungsgemäß ergänzten Verdichters, insbesondere regelbaren CO2-Verdichters im schematischen Längsschnitt; -
2 das Konzept zur Drehmomentmessung bei einem Verdichter gemäß1 ; -
3 ein zweites Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäß ergänzten Verdichters, bei dem die Nabe eine Antriebsscheibe als Signalgeber dient, wobei es sich um einen kupplungslosen Verdichter handelt; und -
4 ein weiteres Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäß ergänzten Verdichters mit der Antriebsscheibe, die über eine Magnetkupplung mit der Antriebswelle des Verdichters in Wirkverbindung steht. - Teile des Verdichters
1 gemäß1 , die bereits anhand der6 erläutert worden sind, sind in1 mit denselben Bezugsziffern versehen. Sie erfüllen beim Verdichter gemäß1 dieselben Funktionen wie beim Verdichter gemäß6 . Dementsprechend unterscheidet sich der Verdichter gemäß1 von dem bekannten Verdichter gemäß6 durch die Anordnung eines Magnetfeldsensors24 in Zuordnung zu einem permanent-magnetischen Abschnitt A-B der Antriebswelle14 , wobei der Magnetfeld-Sensor24 innerhalb des Gehäuses oder eines Gehäusedeckels angeordnet ist, und zwar in einem stirnseitig offenen Ringraum25 zwischen dem nach außen vorstehenden Ende26 der Antriebswelle14 und einem Ringvorsprung27 des Verdichtergehäuses bzw. eines stirnseitigen Abschlussdeckels. - Grundsätzlich sei erwähnt, dass der Magnetfeld-Sensor
24 im Bereich des Antriebswellendurchganges, und zwar in1 im Bereich zwischen einer gehäuseinneren Abstützung „A" der Antriebswelle14 und dem äußersten Wellenende „B" angeordnet ist. Bei der Ausführungsform nach1 ist der Magnetfeld-Sensor im Bereich zwischen der anhand der6 näher beschriebenen Axialgleitringdichtung21 ,31 bzw. der Stelle „C" und dem äußersten Wellenende „B" angeordnet, und zwar innerhalb des vorbeschriebenen Ringraumes25 . - Der Magnetfeld-Sensor ist mit einem Signalwandler
28 in Verbindung. Dieser wiederum steht in Verbindung mit einer Motorsteuerung29 . Die Wirkverbindung zwischen diesen zuletzt genannten Komponenten ist eingangs beschrieben. - Am äußersten Ende der Antriebswelle
14 sind Maßnahmen zur drehfesten Anordnung einer Antriebsscheibe getroffen, zum Beispiel eine sich über den Umfang erstreckende Rändelung oder sich über den Umfang gleichverteilt ausgebildete Längsrippen. Dabei handelt es sich um allgemein bekannte Maßnahmen, die hier nicht näher erläutert werden müssen. - Mittels des Magnetfeld-Sensors
24 können Änderungen des Permanent-Magnetfeldes des Antriebswellenabschnittes A-B bzw. C-D aufgrund unterschiedlicher Drehmomentbelastung der Antriebswelle14 detektiert werden. Die entsprechenden Signale werden im Signalwandler für die Motorsteuerung aufbereitet, um eine drehmomentgerechte Regelung des Verdichters1 oder sogar des Motors herbeizuführen. - Das Konzept der Drehmomenterfassung und Signalumwandlung, das anhand der
1 beschrieben ist, ist in2 nochmals schematisch dargestellt. Zusätzlich ist in2 noch schematisch die dem Kompressor zugeordnete Antriebsscheibe, insbesondere Riemenscheibe33 und die Drehbewegung34 derselben bezeichnet. - In
3 ist der Magnetfeld-Sensor24 der Nabe einer Antriebsscheibe33 zugeordnet, wobei die Nabe mit der Bezugsziffer35 gekennzeichnet ist. Die Antriebsscheibe ist unmittelbar, d.h. ohne Zwischenschaltung einer elektromagnetischen Kupplung mit der Antriebswelle14 des Verdichters1 verbunden. Der Magnetfeld-Sensor24 befindet sich in einem Eckbereich zwischen dem axialen und einem radialen Nabenabschnitt, so dass Magnetfeldänderungen aufgrund von Drehmomentänderungen an der Nabe35 sowohl im axialen als auch im radialen Bereich der Nabe35 detektiert werden können. Falls nur im radialen Bereich Magnetfeldänderungen festgestellt werden sollen, erfolgt die Anordnung des Magnetfeld-Sensors24 im Bereich zwischen dem äußeren Umfang (A') des äußeren Wellenendes26 und dem radial äußeren Umfang (B') der Nabe35 . Vorzugsweise ist der Magnetfeld-Sensor24 jedoch einem mittleren Ringscheibenbereich (D'-C') zugeordnet. Die Nabe ist bei der dargestellten Ausführungsform vorzugsweise insgesamt aus magnetoelastischem Werkstoff hergestellt, insbesondere aus einer Metall-Legierung mit einem Nickelanteil von 2 bis 15 %, insbesondere etwa 2 bis 8 %. Auch bei der Ausführungsform nach3 befindet sich der Magnetfeld-Sensor innerhalb des Gehäuses, auf jeden Fall innerhalb des Bereiches zwischen Nabe und äußerem Umfang der zugeordneten Antriebsscheibe, also gegenüber äußeren Umwelteinflüssen geschützt. - Die Ausführungsform nach
4 unterscheidet sich von derjenigen nach3 nur dadurch, dass die Antriebsscheibe33 unter Zwischenschaltung einer elektromagnetischen Kupplung bzw. Magnetkupplung36 mit der Antriebswelle14 des Verdichters1 in Wirkverbindung steht. Um die Detektion von Magnetfeldänderungen aufgrund unterschiedlicher Drehmomentbelastungen von Antriebswelle und/oder Antriebsscheibe bzw. deren Nabe möglichst störungsfrei und unbeeinflußt von der innerhalb der Antriebsscheibe33 integrierten Spule der Magnetkupplung36 und dessen Magnetfeld zu gewährleisten, ist hier noch eine sog. Kompensationsspule37 zwischen Nabe und Spule der Magnetkupplung36 angeordnet. Diese Kompensationsspule37 dient zur Kompensation des durch die Spule der Magnetkupplung36 generierten Magnetfeldes. - Sämtliche in den Anmeldungsunterlagen offenbarten Merkmale werden als erfindungswesentlich beansprucht, soweit sie einzeln oder in Kombination gegenüber dem Stand der Technik neu sind.
-
- 1
- Verdichter
- 2
- Wärmetauscher (Gaskühler)
- 3
- Wärmetauscher (Verdampfer)
- 4
- Expansionsventil
- 5
- innerer Wärmetauscher
- 6
- Behälter
- 7
- Kolben
- 8
- Pfeil (Kältemittelkreislauf)
- 9
- Axialbereich
- 10
- Spannungsmesser
- 11
- Taumelscheibe
- 12
- Radiallager
- 13
- Axiallager
- 14
- Antriebswelle
- 15
- Scheibenträger
- 16
- Mitnehmerarm
- 17
- Mitnehmergelenk
- 18
- Triebwerkskammer
- 19
- Deckel
- 20
- Ölabscheider
- 21
- Gegenring
- 22
- Schmierölkanal
- 23
- Leitung
- 24
- Magnetfeldsensor
- 25
- Ringraum
- 26
- Wellenende
- 27
- Ringvorsprung
- 28
- Signalwandler
- 29
- Motorsteuerung
- 30
- Nebenraum
- 31
- Dichtring
- 32
- Antriebswellenlager
- 33
- Antriebsscheibe
- 34
- Pfeil
- 35
- Nabe
- 36
- Magnetkupplung (Spule)
- 37
- Kompensationsspule
Claims (8)
- Verdichter, insbesondere Axialkolben-Verdichter (
1 ) für Fahrzeugklimaanlagen, mit einer mit dem Fahrzeugmotor gekoppelten oder koppelbaren Antriebswelle (14 ), dadurch gekennzeichnet, dass einem permanent-magnetischen Abschnitt (A-B bzw. C-D) der Verdichter-Antriebswelle (14 ) und/oder einer dieser zugeordneten Antriebsscheibe (Riemenscheibe33 ) oder deren Nabe (35 ) ein Magnetfeld-Sensor (24 ) zugeordnet ist, mittels dem Änderungen des Permanent-Magnetfeldes bedingt durch auf die Antriebswelle (14 ) und/oder Antriebsscheibe (33 ) oder deren Nabe (35 ) einwirkende Drehmomente detektierbar sind, wobei bei Bedarf die entsprechenden Signale zur weiteren Verarbeitung an eine elektronische Steuerung (29 ) des Fahrzeugmotors transferierbar sind. - Verdichter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebswelle (
14 ) und/oder Antriebsscheibe (33 ) oder deren Nabe (35 ) aus einem magnetoelastischen Werkstoff besteht, insbesondere einer Metall-Legierung mit einem Nickelanteil von 2 bis 15 %, insbesondere 2 bis 8 %. - Verdichter nach Anspruch 1 oder 2, mit einem Zylinderkopf, einem Zylinderblock, einer Triebwerkskammer (
18 ), und einem einen Antriebswellendurchgang umfassenden Gehäuse, wobei dem Antriebswellendurchgang eine Axialgleitringdichtung (21 ,31 ) zugeordnet und wobei am äußeren Ende (26 ) der Antriebswelle (14 ) eine Antriebsscheibe (Riemenscheibe33 ) anschließbar ist, und zwar entweder kupplungslos (3 ) oder unter Zwischenschaltung einer Kupplung (4 ), insbesondere elektromagnetischen Kupplung (36 ), dadurch gekennzeichnet, dass der Magnetfeld-Sensor (24 ) im Bereich des Antriebswellendurchgangs, insbesondere im Bereich zwischen einer gehäuseinneren Abstützung (A) der Antriebswelle (14 ) und dem äußersten Wellenende (B) angeordnet ist. - Verdichter nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Magnetfeld-Sensor (
24 ) im Bereich zwischen der Axialgleitringdichtung (21 ,31 bzw. C) und dem äußersten Wellenende (B) angeordnet ist. - Verdichter nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Magnetfeld-Sensor (
24 ) einem axialen und/oder radialen Bereich der Antriebsscheibe (33 ) bzw. deren Nabe (35 ) zugeordnet ist, insbesondere einem Bereich zwischen dem äußeren Umfang (A') des äußeren Ende (26 ) der Antriebswelle (14 ) und dem radial äußeren Umfang (B') der Antriebsscheibe (33 ) oder deren Nabe (35 ), vorzugsweise einem innerhalb des vorgenannten Bereichs definierten Ringbereiches (C'-D'). - Verdichter nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass bei Anordnung einer elektromagnetischen Kupplung zwischen Antriebswelle (
14 ) und Antriebsscheibe (33 ) der der Antriebswelle (14 ) oder der Nabe (35 ) der Antriebsscheibe (33 ) zugeordnete Magnetfeld-Sensor (24 ) gegenüber der Spule der elektromagnetischen Kupplung (36 ) durch eine Kompensationsspule (37 ) abgeschirmt ist. - Verdichter nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Magnetfeld-Sensor (
24 ) sowohl zur Detektion von an der Antriebswelle (14 ) oder Antriebsscheibe (34 ) bzw. deren Nabe (35 ) angreifenden Drehmomenten als auch zur Detektion der Drehzahl von Antriebswelle bzw. -scheibe dient. - Verdichter nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Magnetfeld-Sensor (
24 ) entweder innerhalb oder außerhalb des Verdichtergehäuses angeordnet ist.
Priority Applications (1)
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DE2003123855 DE10323855B4 (de) | 2003-05-26 | 2003-05-26 | Verdichter, insbesondere Axialkolbenverdichter für Fahrzeugklimaanlagen mit Drehmomentmessung |
Applications Claiming Priority (1)
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---|---|---|---|
DE2003123855 DE10323855B4 (de) | 2003-05-26 | 2003-05-26 | Verdichter, insbesondere Axialkolbenverdichter für Fahrzeugklimaanlagen mit Drehmomentmessung |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
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DE2003123855 Expired - Fee Related DE10323855B4 (de) | 2003-05-26 | 2003-05-26 | Verdichter, insbesondere Axialkolbenverdichter für Fahrzeugklimaanlagen mit Drehmomentmessung |
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---|---|
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