DE10331851B4

DE10331851B4 - Regelbarer Taumelscheibenkompressor

Info

Publication number: DE10331851B4
Application number: DE2003131851
Authority: DE
Inventors: Henry Hartung; Heiko Dröse; Klaus Gebauer; Thomas Reske; Harry Nissen; Thomas Küppers; Dikran-Can Magzalci
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2003-07-14
Filing date: 2003-07-14
Publication date: 2012-01-12
Anticipated expiration: 2023-07-15
Also published as: DE10331851A1

Abstract

Regelbarer Taumelscheibenkompressor, mit einer in einer Kurbelkammer auf einer Antriebswelle neigungsverstellbar angeordneten Taumelscheibe, die wenigstens einen in einem Hubzylinder hin- und herbewegbaren Hubkolben antreibt und deren Neigung zwischen zwei durch Anschläge definierte Schrägstellungen veränderbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Hubkolben (6) umfangsseitig mit einem Schräganschnitt (11) mit einem gegenüber der Hubkolbenachse (A) spitzen Anschnittswinkel versehen ist, dessen beide Enden im Erfassungsbereich eines Abstandssensors (12) liegen, der bei einer Hubkolbenbewegung den jeweiligen momentanen Abstand (B) des Schräganschnitts (11) quer zur Hubkolbenachse (A) erfasst und an eine Auswerteelektronik (14) signalisiert.

Description

Die Erfindung betrifft einen regelbaren Taumelscheibenkompressor, insbesondere einen mit CO₂-Kältemittel (R744-Kältemittel) betriebenen Taumelscheibenkompressor für eine Fahrzeug-Klimaanlage.
Taumelscheibenkompressoren in einer Fahrzeug-Klimaanlage dienen der Kompression eines von einem Kältemittelverdampfer angesaugten gasförmigen Kältemittels und der Förderung desselben zu einem Kältemittelverflüssiger. Bei diesen, entweder über einen integrierten Elektromotor oder über den Verbrennungsmotor des Fahrzeugs angetriebenen Kompressoren wird die Drehbewegung einer in einem Kurbelgehäuse angeordneten Taumelscheibe über Verbindungselemente oder Kupplungsglieder in eine oszillierende Bewegung von in Zylindern bewegbar angeordneten Hubkolben umgesetzt. Durch die Bewegung des jeweiligen Hubkolbens wird Kältemittel aus einer Ansaugkammer in den Zylinder gesaugt, komprimiert und mit hohem Druck durch eine Ausstoßkammer ausgefördert.
Die Leisungsregelung eines solchen Kompressors zur Anpassung der Kälteleistung an die sich schnell ändernden Betriebsbedingungen infolge der Fahrzeugbewegung mit wechselnden Fahrgeschwindigkeiten und unterschiedlichem Wärmeeinfall kann dabei stufenlos über eine Verstellung der Neigung der Taumelscheibe durch eine Regelung der Differenz zwischen dem Druck in der Kurbelkammer und demjenigen an der Saugseite erfolgen, womit eine stufenlose Regelung des Kältemittel-Massenstromes erfolgt.
Die Kurbelkammer ist zumeist über ein Regelventil mit der Druckkammer verbunden, so dass der Kurbelkammerdruck geregelt und dadurch das Hubvolumen gezielt verändert werden kann. Fällt der Ansaugdruck, fällt auch der Druck in den Zylindern, in denen die Hubkolben bewegt werden, und die Druckdifferenz zum Druck in der Kurbelkammer wird erhöht. Diese Erhöhung der Druckdifferenz wiederum verringert die Neigung der zwischen zwei definierten Neigungswinkeln verstellbaren Taumelscheibe und auch den durch zwei Umkehrstellungen definierten Kolbenhub, wobei der maximale Neigungswinkel zugleich dem maximalen Kolbenhub entspricht. Der Neigungswinkel der Taumelscheibe ist normalerweise eine unbekannte Größe, jedoch für Regelungsaufgaben von Interesse.
Aus der Schrift US 4 822 252 A ist bereits ein regelbarer Taumelscheibenkompressor bekannt, bei dem die Position der Taumelscheibe über einen Magnetsensor erfasst wird. Zudem ist es aus der Schrift US 5 630 353 A bekannt, einen Schräganschnitt an einem Kolben vorzusehen, der dort jedoch nur konstruktive Vorteile darstellen soll.
Es ist Aufgabe der Erfindung, einen regelbaren Taumelscheibenkompressor nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 so zu gestalten, dass der momentane Neigungswinkel der Taumelscheibe in einfacher Weise ermittelbar ist.
Diese Aufgabe wird bei einem regelbaren Taumelscheibenkompressor nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 durch dessen kennzeichnende Merkmale gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen aufgeführt.
Die Erfindung besteht darin, dass ein durch eine Taumelscheibe angetriebener Hubkolben eines Taumelscheibenkompressors umfangsseitig mit einem Schräganschnitt mit einem gegenüber der Hubkolbenachse spitzen Anschnittswinkel versehen ist, und dass dem Schräganschnitt ein Abstandssensor zugeordnet ist, der bei einer Hubkolbenbewegung den jeweiligen momentanen Abstand der Schräge quer zur Hubkolbenachse erfasst und an eine Auswerteelektronik signalisiert. Damit können über eine in der Auswerteelektronik abgelegte Kurve die momentane Kolbenposition und an Hand der dabei erfassten Umkehrstellungen des Kolbens der Neigungswinkel der Taumelscheibe ermittelt werden. Darüber hinaus kann über die Veränderung der Kolbenstellung in der Zeiteinheit die Drehzahl der Taumelscheibe bestimmt werden. Mit dieser Kolbengestaltung und Messanordnung ist somit die Möglichkeit gegeben, den Kompressor zu überwachen.
Dabei ist es vorteilhaft, die Länge des Schräganschnitts parallel zur Hubkolbenachse auf den maximalen Kolbenhub abzustellen, so dass die beiden Enden der Schräge jeweils einer Umkehrstellung des Hubkolbens entsprechen. Damit ist der Schräganschnitt in seiner Länge und Tiefe minimiert und auch in die Wandung eines hohlen Hubkolbens einbringbar. Der Abstandssensor ist dabei dem taumelscheibenseitigen Ende des Schräganschnitts und der der Taumelscheibe abgewandten Umkehrstellung des Hubkolbens zugeordnet.
Der Schräganschnitt hat vorzugsweise einen Anschnittswinkel von 3 bis 10° und ist zweckmäßigerweise auf der der Antriebswelle abgewandten Seite des Hubzylinders und so angeordnet, dass dieser in Richtung auf die Taumelscheibe zur Hubkolbenachse zu geneigt ist, und der Abstandssensor befindet sich dabei in einer Bohrung in der der Antriebswelle abgewandten Wandung des Hubzylinders.
Die Erfindung wird nachstehend anhand eines Ausführungsbeispiels erläutert. In der zugehörigen Zeichnung zeigen:
1: einen Längsschnitt durch einen Taumelscheibenkompressor,
2: einen vergrößerten Ausschnitt aus diesem im Bereich eines Hubkolbens und
3: einen Ausschnitt aus der Kolbenoberfläche im Bereich eines Schräganschnitts.
1 zeigt einen Taumelscheibenkompressor mit einer in einer Kurbelkammer 1 auf einer Antriebswelle 2 neigungsverstellbar, jedoch drehfest angeordneten Taumelscheibe 3, die mit mehreren, in jeweils einem Hubzylinder 4 in einem Zylinderblock 5 hin- und herbewegbaren Hubkolben 6 gekoppelt ist und diese (6) zwischen einer taumelscheibennahen und -fernen Umkehrstellung in axialer Antriebswellenrichtung antreibt. Dabei ist die Neigung der Taumelscheibe 3 in bekannter Weise zwischen zwei Stellungen veränderbar, die durch jeweils einen Anschlag A I und A II bestimmt sind, die an einer mit der Taumelscheibe 3 fest verbundenen Führungskulisse 7 ausgebildet sind, in die ein mit der Antriebswelle 2 fest verbundener Mitnehmer 8 mit einem Führungsstift 9 eingreift, wobei die beiden Anschläge die taumelscheibenseitige Umkehrstellung I des jeweiligen Hubkolbens und somit auch die maximale und minimale Hublänge festlegen.
Der geschnittene, in einer Zylinderbuchse 10 im Hubzylinder 4 beweglich angeordnete Hubkolben 6 – und nur dieser von den mehreren – ist umfangsseitig auf seiner der Antriebswelle 2 abgewandten Seite mit einem Schräganschnitt 11 versehen, der in Richtung auf die Taumelscheibe 3 zur Hubkolbenachse A zu geneigt ist. Der Neigungswinkel der Schräge beträgt 4 Grad. In den 2 und 3 ist die Ausbildung des Hubkolbens 6 im Bereich des Schräganschnitts verdeutlicht.
Die Länge L des Schräganschnitts 11 parallel zur Hubkolbenachse A entspricht dabei der Hublänge H des Hubkolbens 6 zwischen dessen Umkehrstellungen I und II. Am taumelscheibenseitigen Ende des Schräganschnitts 11 in der der Taumelscheibe 3 abgewandten Umkehrstellung I des Hubkolbens 6 ist ein Abstandssensor 12 in einer Bohrung 13 in der der Antriebswelle 2 abgewandten Wandung der Zylinderbuchse 10 und des Zylinderblockes 5 angeordnet, der (12) mit einer Auswerteelektronik 14 gekoppelt ist. 2 verdeutlicht die Zuordnung in einer vergrößerten Darstellung.
Die Ausbildung des Schräganschnitts 11 ist, wie vorstehend angegeben, so getroffen, dass dessen Enden, bezogen auf den Abstandssensor 12, der jeweiligen Umkehrstellung des Hubkolbens 6 entsprechen. In der in den 1 und 2 gezeigten taumelscheibenfernen Hubkolbenposition – = Umkehrstellung I – befindet sich das taumelscheibenseitige Ende des Schräganschnitts 11 im Erfassungsbereich des Abstandssensors 12. In 2 und 3 sind die taumelscheibennahe Umkehrposition II in gestrichelten Linien und auch eine Zwischenposition III in strichpunktierten Linien eingezeichnet. Es ist zu erkennen, dass sich bei einer Hubkolbenbewegung der Abstand B der Schräge (11) quer zur Hubkolbenachse ändert, und dass der jeweilige momentane Abstand B – in 3 in der Zwischenposition III – erfasst und an die Auswerteelektronik 14 signalisiert werden kann.
Bezugszeichenliste

1: Kurbelkammer
2: Antriebswelle
3: Taumelscheibe
4: Hubzylinder
5: Zylinderblock
6: Hubkolben
7: Führungskulisse
8: Mitnehmer
9: Führungsstift
10: Zylinderbuchse
11: Schräganschnitt
12: Abstandssensor
13: Bohrung
14: Auswerteelektronik
I: Umkehrstellung
II: Umkehrstellung
III: Zwischenposition
A: Hubkolbenachse
A I: Anschlag
A II: Anschlag
B: Abstand
L: Länge
H: Hublänge

Claims

Regelbarer Taumelscheibenkompressor, mit einer in einer Kurbelkammer auf einer Antriebswelle neigungsverstellbar angeordneten Taumelscheibe, die wenigstens einen in einem Hubzylinder hin- und herbewegbaren Hubkolben antreibt und deren Neigung zwischen zwei durch Anschläge definierte Schrägstellungen veränderbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Hubkolben (6) umfangsseitig mit einem Schräganschnitt (11) mit einem gegenüber der Hubkolbenachse (A) spitzen Anschnittswinkel versehen ist, dessen beide Enden im Erfassungsbereich eines Abstandssensors (12) liegen, der bei einer Hubkolbenbewegung den jeweiligen momentanen Abstand (B) des Schräganschnitts (11) quer zur Hubkolbenachse (A) erfasst und an eine Auswerteelektronik (14) signalisiert.
Taumelscheibenkompressor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Länge (L) des Schräganschnittes (11) parallel zur Hubkolbenachse (A) der Hublänge (H) des Hubkolbens (6) entspricht, und dass der Abstandssensor (12) dem taumelscheibenseitigen Ende des Schräganschnitts (11) zugeordnet ist, wenn der Hubkolben (6) sich in seiner der Kurbelkammer (1) entfernten unteren Umkehrstellung (I) befindet.
Taumelscheibenkompressor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Schräganschnitt (11) auf der der Antriebswelle (2) abgewandten Seite des Hubkolbens (6) und so angeordnet ist, dass dieser in Richtung auf die Taumelscheibe (3) zur Hubkolbenachse (6) zu geneigt ist.
Taumelscheibenkompressor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstandssensor (12) in einer Bohrung in der der Antriebswelle (2) abgewandten Wandung des Hubzylinders (4) angeordnet ist.
Taumelscheibenkompressor nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Winkel des Schräganschnitts (11) im Bereich zwischen 3 und 10 Grad liegt.