DE10323855B4 - Verdichter, insbesondere Axialkolbenverdichter für Fahrzeugklimaanlagen mit Drehmomentmessung - Google Patents

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Abstract

Verdichter, insbesondere Axialkolben-Verdichter (1) für Fahrzeugklimaanlagen, mit einer mit dem Fahrzeugmotor gekoppelten oder koppelbaren Antriebswelle (14), sowie einer einen Magnetfeld-Sensor (24) umfassenden Drehmomenterfassungsvorrichtung, dadurch gekennzeichnet, dass der Magnetfeld-Sensor (24) einem permanent-magnetischen Abschnitt (A–B bzw. C–D) der Verdichter-Antriebswelle (14) und/oder einer dieser zugeordneten Antriebsscheibe (Riemenscheibe 33) oder deren Nabe (35) zugeordnet ist, wobei die Antriebswelle (14) und/oder Antriebsscheibe (33) oder deren Nabe (35) zu diesem Zweck aus einem magnetoelastischen Werkstoff besteht, insbesondere einer Metall-Legierung mit einem Nickelanteil von 2 bis 15%, insbesondere 2 bis 8%, und daß durch den Magnetfeld-Sensor (24) 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.

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 Verdichter 1, zwei Wärmetauscher 2, 3, ein Expansionsorgan, insbesondere Expansionsventil 4 und die vorgenannten Komponenten verbindende Rohrleitungen. Der Verdichter 1 hat die Aufgabe, ein Kältemittel, zum Beispiel R134a oder CO2 aus einem ersten Wärmetauscher, nämlich Verdampfer 3, in dem es unter Wärmeaufnahme verdampft, abzusaugen und auf einen höheren Druck zu verdichten, so dass in einem zweiten Wärmetauscher 2, 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 Expansionsventil 4 eine Drosselung auf das Druckniveau des Verdampfers 3. Weitere denkbare Komponenten des Kältekreislaufs für CO2-Anwendung sind in 5 mit einem inneren Wärmetauscher 5 und einem Behälter 6 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 Axialkolbenverdichter 1 ist Teil einer Fahrzeugklimaanlage, die neben dem Axialkolbenverdichter 1 einen sich in Richtung der Zirkulation des Kältemittels entsprechend dem Pfeil 8 anschließenden Wärmetauscher 2, in welchem dem zirkulierenden Kältemittel Wärme entzogen wird, ein sich in Kreislaufrichtung anschließendes Expansionsventil 4 und einen weiteren Wärmetauscher 3, durch den die Kühlung erfolgt, umfaßt. Durch den Wärmetauscher 3 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 Wärmetauscher 2 durch Umgebungsluft gekühlt, indem diese den Wärmetauscher 2 als Fahrtwind anströmt oder durch ein zusätzliches Gebläse angeblasen wird. Der Wärme aufnehmende bzw. kühlende zweite Wärmetauscher 3, 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 Wärmetauscher 3 kann, wie bereits anhand der 5 dargelegt, ein Pufferbehälter 6 vorgesehen sein, in dem sich ein nicht verdampfender Teil des Kältemittels, zum Beispiel CO2 absetzt. Der Pufferbehälter 6 umfaßt damit auch eine gewisse Vorratsmenge von CO2. Der Verdichter 1 ist als Taumelscheibenverdichter ausgeführt und mit dem Fahrzeugantrieb zum Beispiel durch einen nicht dargestellten Keilriemen verbunden, der auf einer Riemenscheibe läuft. Die Kolben des Taumelscheibenverdichters 1, die mit der Bezugsziffer 7 versehen sind und von denen beispielsweise sieben in Umfangsrichtung des Verdichters nebeneinander angeordnet sind, stehen unmittelbar mit einer Taumelscheibe 11 in Wirkverbindung. Die Taumelscheibe 11 ist durch ein Radiallager 12 und ein Axiallager 13 auf einem sich mit der Antriebswelle 14 drehenden und schwenkbar gelagerten Scheibenträger 15 gehalten, so dass die Drehbewegung des schräg gestellten Scheibenträgers 15 eine Taumelbewegung der Taumelscheibe 11 bewirkt. Dadurch führen die Kolben 7 eine Hubbewegung aus. Die Verbindung zwischen der Antriebswelle 14 und dem Scheibenträger 15 erfolgt durch ein am Ende eines Mitnehmerarmes 16 vorgesehenes Mitnehmergelenk 17. Die Kraft für die Schwenkbewegung des Scheibenträgers 15 und der mit diesem gelagerten Taumelscheibe 11 um das Mitnehmergelenk 17 ergibt sich aus der Summe der jeweils beidseitig der Kolben 7 gegeneinander wirkenden Drücke, so dass diese Kraft vom Druck in der Triebwerkskammer 18 abhängig ist. Da für die Herstellung eines Regeldruckes in der Triebwerkskammer 18 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 Kühlkreislauf 8 in die Triebwerkskammer zurückzuführen, ist in Strömungsrichtung vor dem ersten Wärmetauscher 2 ein Ölabscheider 20 vorgesehen. Der Bodenablauf des Ölabscheiders 20 ist über eine gesonderte Leitung 23 mit der Triebwerkskammer 18 des Verdichters verbunden, so dass das abgeschiedene Öl zusammen mit Kühlmittel in die Triebwerkskammer 18 gelangt. Des weiteren führt der Bodenablauf des Ölabscheiders 20 über einen Schmierölkanal 22 in einen Nebenraum 30, von dem aus die Lagerung 32 der Antriebswelle 14 sowie eine Axialgleitringdichtung 21, 31 mit Öl versorgt wird. Die Axialgleitringdichtung umfaßt einen mit der Antriebswelle 14 umlaufenden Gleitdichtring 31, der sich an einem ortsfesten, innerhalb eines Gehäusedeckels 19 angeordneten Gegenring 21 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 etwas näher in der US 6,360,841 B1 sowie WO 01/13081 A1 beschrieben sind.
  • In diesem Zusammenhang sei auch auf die DE 102 02 896 A1 hingewiesen, die einen Verdichter beschreibt, bei welchem bei der Bestimmung des Drehmomentes mit zwei punktuell wirksamen Magneten gearbeitet wird, die jeweils einem Sensor zugeordnet sind. Die Bestimmung des Drehmomentes erfolgt dabei zeitverzögert. Als nachteilig dabei wird empfunden, dass sich bei Einsatz von punktuell wirksamen Magneten einerseits und der vorgenannten zeitlichen Bestimmung andererseits nur eine relativ ungenaue Messung erzielen läßt.
  • Anhand der 7 sind derartige Messprinzipien nach dem Stand der Technik näher beschrieben.
  • In 7 ist der axiale Messbereich einer umlaufenden Welle 14 mit der Bezugsziffer 9 gekennzeichnet. Im Abstand von der Welle 14 ist dem Bereich 9 ein Spannungsmesser 10 zugeordnet. In diesem werden in einer ersten Stufe Änderungen der mechanischen Belastung (Torsinn) an der Welle in Abhängigkeit einer Änderung der magnetischen Eigenschaften derselben im Bereich 9 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 Merkmale des E Anspruches 1 gelöst. Kern der vorliegenden Erfindung ist es also, daß der Magnetfeld-Sensor einem permanent-magnetischen Abschnitt der Verdichter-Antriebswelle und/oder einer dieser zugeordneten Antriebsscheibe oder deren Nabe zugeordnet ist, wobei die Antriebswelle und/oder Antriebsscheibe oder deren Nabe zu diesem Zweck aus einem magnetoelastischen Werkstoff besteht, insbesondere einer Metall-Legierung mit einem Nickelanteil von 2 bis 15%, insbesondere 2 bis 8%, und dass durch den Magnetfeld-Sensor Änderungen des Permanent-Magnetfeldes bedingt durch auf die Antriebswelle und/oder Antriebsscheibe oder deren Nabe einwirkende Drehmomente detektierbar sind, wobei bei Bedarf die entsprechenden Signale zur weiteren Verarbeitung an eine elektronische Steuerung des Fahrzeugmotors transferierbar sind.
  • 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.
  • Von der konstruktiven Seite ist die Anordnung des Magnetfeld-Sensors entsprechend Anspruch 2, 3 und/oder 4, 5 besonders vorteilhaft, und zwar jeweils innerhalb des Kompressorgehäuses.
  • Entsprechend Anspruch 6 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 gemäß 1;
  • 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 gemäß 1, die bereits anhand der 6 erläutert worden sind, sind in 1 mit denselben Bezugsziffern versehen. Sie erfüllen beim Verdichter gemäß 1 dieselben Funktionen wie beim Verdichter gemäß 6. Dementsprechend unterscheidet sich der Verdichter gemäß 1 von dem bekannten Verdichter gemäß 6 durch die Anordnung eines Magnetfeldsensors 24 in Zuordnung zu einem permanent-magnetischen Abschnitt A–B der Antriebswelle 14, wobei der Magnetfeld-Sensor 24 innerhalb des Gehäuses oder eines Gehäusedeckels angeordnet ist, und zwar in einem stirnseitig offenen Ringraum 25 zwischen dem nach außen vorstehenden Ende 26 der Antriebswelle 14 und einem Ringvorsprung 27 des Verdichtergehäuses bzw. eines stirnseitigen Abschlussdeckels.
  • Grundsätzlich sei erwähnt, dass der Magnetfeld-Sensor 24 im Bereich des Antriebswellendurchganges, und zwar in 1 im Bereich zwischen einer gehäuseinneren Abstützung „A" der Antriebswelle 14 und dem äußersten Wellenende „B" angeordnet ist. Bei der Ausführungsform nach 1 ist der Magnetfeld-Sensor im Bereich zwischen der anhand der 6 näher beschriebenen Axialgleitringdichtung 21, 31 bzw. der Stelle „C" und dem äußersten Wellenende „B" angeordnet, und zwar innerhalb des vorbeschriebenen Ringraumes 25.
  • Der Magnetfeld-Sensor ist mit einem Signalwandler 28 in Verbindung. Dieser wiederum steht in Verbindung mit einer Motorsteuerung 29. 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 Antriebswelle 14 detektiert werden. Die entsprechenden Signale werden im Signalwandler für die Motorsteuerung aufbereitet, um eine drehmomentgerechte Regelung des Verdichters 1 oder sogar des Motors herbeizuführen.
  • Das Konzept der Drehmomenterfassung und Signalumwandlung, das anhand der 1 beschrieben ist, ist in 2 nochmals schematisch dargestellt. Zusätzlich ist in 2 noch schematisch die dem Kompressor zugeordnete Antriebsscheibe, insbesondere Riemenscheibe 33 und die Drehbewegung 34 derselben bezeichnet.
  • In 3 ist der Magnetfeld-Sensor 24 der Nabe einer Antriebsscheibe 33 zugeordnet, wobei die Nabe mit der Bezugsziffer 35 gekennzeichnet ist. Die Antriebsscheibe ist unmittelbar, d. h. ohne Zwischenschaltung einer elektromagnetischen Kupplung mit der Antriebswelle 14 des Verdichters 1 verbunden. Der Magnetfeld-Sensor 24 befindet sich in einem Eckbereich zwischen dem axialen und einem radialen Nabenabschnitt, so dass Magnetfeldänderungen aufgrund von Drehmomentänderungen an der Nabe 35 sowohl im axialen als auch im radialen Bereich der Nabe 35 detektiert werden können. Falls nur im radialen Bereich Magnetfeldänderungen festgestellt werden sollen, erfolgt die Anordnung des Magnetfeld-Sensors 24 im Bereich zwischen dem äußeren Umfang (A') des äußeren Wellenendes 26 und dem radial äußeren Umfang (B') der Nabe 35. Vorzugsweise ist der Magnetfeld-Sensor 24 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 nach 3 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 nach 3 nur dadurch, dass die Antriebsscheibe 33 unter Zwischenschaltung einer elektromagnetischen Kupplung bzw. Magnetkupplung 36 mit der Antriebswelle 14 des Verdichters 1 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 Antriebsscheibe 33 integrierten Spule der Magnetkupplung 36 und dessen Magnetfeld zu gewährleisten, ist hier noch eine sog. Kompensationsspule 37 zwischen Nabe und Spule der Magnetkupplung 36 angeordnet. Diese Kompensationsspule 37 dient zur Kompensation des durch die Spule der Magnetkupplung 36 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 (7)

  1. Verdichter, insbesondere Axialkolben-Verdichter (1) für Fahrzeugklimaanlagen, mit einer mit dem Fahrzeugmotor gekoppelten oder koppelbaren Antriebswelle (14), sowie einer einen Magnetfeld-Sensor (24) umfassenden Drehmomenterfassungsvorrichtung, dadurch gekennzeichnet, dass der Magnetfeld-Sensor (24) einem permanent-magnetischen Abschnitt (A–B bzw. C–D) der Verdichter-Antriebswelle (14) und/oder einer dieser zugeordneten Antriebsscheibe (Riemenscheibe 33) oder deren Nabe (35) zugeordnet ist, wobei die Antriebswelle (14) und/oder Antriebsscheibe (33) oder deren Nabe (35) zu diesem Zweck aus einem magnetoelastischen Werkstoff besteht, insbesondere einer Metall-Legierung mit einem Nickelanteil von 2 bis 15%, insbesondere 2 bis 8%, und daß durch den Magnetfeld-Sensor (24) 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.
  2. Verdichter nach Anspruch 1, 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 (Riemenscheibe 33) 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 1m Bereich zwischen einer gehäuseinneren Abstützung (A) der Antriebswelle (14) und dem äußersten Wellenende (B) angeordnet ist.
  3. Verdichter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Magnetfeld-Sensor (24) im Bereich zwischen der Axialgleitringdichtung (21, 31 bzw. C) und dem äußersten Wellenende (B) angeordnet ist.
  4. Verdichter nach einem der Ansprüche 1 bis 3, 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').
  5. Verdichter nach Anspruch 4, 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.
  6. Verdichter nach einem der Ansprüche 1 bis 5, 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.
  7. Verdichter nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Magnetfeld-Sensor (24) entweder innerhalb oder außerhalb des Verdichtergehäuses angeordnet ist.
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