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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Anhand
der 7 sind derartige Messprinzipien nach dem Stand
der Technik näher
beschrieben.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Vorteilhafte
Details der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben.
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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.
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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.
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Nachstehend
werden bevorzugte Ausführungsbeispiele
anhand der beigefügten
Zeichnung näher
erläutert.
Es zeigen:
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1 ein
erstes Ausführungsbeispiel
eines Teils eines erfindungsgemäß ergänzten Verdichters, insbesondere
regelbaren CO2-Verdichters im schematischen
Längsschnitt;
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2 das
Konzept zur Drehmomentmessung bei einem Verdichter gemäß 1;
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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
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4 ein
weiteres Ausführungsbeispiel
eines erfindungsgemäß ergänzten Verdichters
mit der Antriebsscheibe, die über
eine Magnetkupplung mit der Antriebswelle des Verdichters in Wirkverbindung steht.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Sämtliche
in den Anmeldungsunterlagen offenbarten Merkmale werden als erfindungswesentlich
beansprucht, soweit sie einzeln oder in Kombination gegenüber dem
Stand der Technik neu sind.
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- 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