DE19701454A1 - Taumelscheiben-Kompressor - Google Patents

Description

Diese Erfindung bezieht sich auf einen Taumelscheiben-Kompressor gemäß den oberbegrifflichen Merkmalen des Anspruches 1, insbesondere für die Verwendung in einem Kraftfahrzeug-Klimaanlagensystem.

Als Kompressoren, die in einem Kraftfahrzeug-Klimaanlagensystem zum Durchführen einer Verdichtung unter Aufnahme einer Drehkraft von einem Kraftfahrzeugmotor eingesetzt werden, sind Schräg- bzw. Taumelscheiben-Kompressoren gebräuchlich. Bei der Schräg- bzw. Taumelscheiben-Kompressor-Bauart wird eine Drehbewegung einer Welle, die durch den Motor angetrieben wird, in axiale Hin- und Herbewegungen einer Vielzahl von Kolben umgesetzt, die um die parallel dazu ausgerichtete Welle herum angeordnet sind.

Zur Umwandlung dieser Bewegung ist eine kreisförmige Taumelscheibe auf der Welle so befestigt, daß sie die Welle diagonal bzw. schräg schneidet, und jeder Kolben ist mit einer Einbuchtung zum teilweisen Aufnehmen des Außenrandes der Taumelscheibe ausgestattet. Die Taumelscheibe und jeder Kolben befinden sich über Lagerelemente in Kontakt, die in der Einbuchtung angeordnet sind. Zudem sind Gegenlager zum Herabsetzen des Drehwiderstands der Taumelscheibe an der Welle angeordnet.

Die Taumelscheibe dreht sich zusammen mit der Welle und während der Drehung ändert sich die Lage jedes Kolbens in der axialen Richtung der Welle relativ zur Umfangsrichtung der Taumelscheibe. Folglich wird jeder Kolben, der die Taumelscheibe berührt, zwangsweise in der axialen Richtung verlagert und bewegt sich hin und her. Demzufolge wird bei dem Kraftfahrzeug-Klimaanlagensystem ein Kühlmittel, das von außen zum Gehäuseinneren des Kompressors zugeführt wird, komprimiert, und dann das komprimierte Kühlmittel am Außenbereich des Gehäuses wieder abgegeben.

Beim Taumelscheiben-Kompressor tritt nach Inbetriebnahme das Schmieröl, das am Boden des Gehäuses gesammelt wird, ebenso wie Verdampfungszusätze des Schmieröls und auch das Kühlmittel über die Taumelscheibe in die Einbuchtung jedes Kolbens ein, um für eine Schmierung zwischen der Taumelscheibe und den Lagerelementen wie auch den Gegenlagern bzw. Axiallagern verwendet zu werden. Im Betrieb gibt es jedoch Fälle, wie ein "Fressen", das kurze Zeit nach der Inbetriebnahme zwischen der Taumelscheibe und dem Lagerelement oder zwischen den Laufringen und Kugeln der Gegenlager auftritt, wodurch der Betrieb des Kompressors abrupt gestoppt wird. Dies geschieht wegen einer nicht ausreichenden Zufuhr des Schmieröls zwischen die Taumelscheibe und die Lagerelemente wie auch die Gegenlager.

Die Welle erhält hierdurch weiterhin die Antriebsdrehkraft des Fahrzeugmotors, nachdem das "Festfressen" aufgetreten ist, da das Kraftübertragungselement im Spitzenbereich des freien Endes der Welle befestigt ist. Als Ergebnis tritt manchmal auf, daß das freie Ende der Welle abgedreht wird und zusammen mit dem Kraftübertragungselement gegen Maschinen- oder Kompressorteile geschleudert wird, wodurch diese beschädigt werden können.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, einen Kompressor zu schaffen, bei dem Antriebswellenteile selbst bei einem Abdrehen oder Bruch nicht vom Kompressor abgeschleudert werden.

Der Taumelscheiben-Kompressor weist ein Gehäuse mit einem Grundkörper und einem rohrförmigen Gehäuseteil, sowie einen Zylinderblock auf, der in dem Gehäuse untergebracht ist und eine Vielzahl von Zylindern aufweist. Das freie Ende der Welle ist vom Zylinderblock abgestützt und ragt aus diesem heraus. Die Taumelscheibe ist an der Welle befestigt und kann sich zusammen mit der Welle drehen. Innerhalb jedes Zylinders des Zylinderblocks ist ein Kolben angeordnet, der sich in der axialen Richtung von jedem Zylinder hin und herbewegen kann. Jeder Kolben weist eine Einbuchtung zum teilweisen Aufnehmen der Taumelscheibe auf. Weiterhin ist ein Ringelement innerhalb des rohrförmigen Gehäuseteils des Gehäuses koaxial dazu angeordnet. Das freie Ende der Welle weist einen äußeren Spitzenbereich mit kleinerem Durchmesser als der Innendurchmesser des Ringelementes und einen Grundbereich mit größerem Durchmesser auf, wobei der Spitzenbereich das Ringelement durchdringt.

Entsprechend der vorliegenden Erfindung verhindert das Ringelement innerhalb des rohrförmigen Gehäuseteils des Gehäuses beim Auftreten eines "Festfressens" innerhalb des Taumelscheiben-Kompressors und dem damit verbundenden Abdrehen der Antriebswelle, daß der durchmessergrößere Grundbereich des freien Wellenendes durch das Ringelement hindurchtreten kann. Als Ergebnis wird das durch das Abdrehen abgetrennte, freie Ende der Welle daran gehindert, aus dem rohrförmigen Gehäuseteil herauszufallen, sondern innerhalb dieses rohrförmigen Gehäuseteils gehalten. Hierdurch wird ein Schaden innerhalb des Maschinenraumes, in dem der Taumelscheiben-Kompressor installiert ist, verhindert.

Das Ringelement kann bevorzugt an dem rohrförmigen Gehäuseteil durch eine Umfangsnut an der Innenwandung des rohrförmigen Gehäuseteils befestigt werden, wobei ein in die Umfangsnut eingesetzter Sicherungsring den äußeren Spitzenbereich der Antriebswelle umgibt.

Die vorliegende Erfindung wird beispielsweise unter Bezug auf die Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen Vertikal-Längsschnitt des Taumelscheiben-Kompressors;

Fig. 2 einen Querschnitt entlang der Linie 2-2 in Fig. 1;

Fig. 3 eine vergrößerte Darstellung des rohrförmigen Gehäuseteils mit dem Spitzenbereich der Welle und dem Ringelement; und

Fig. 4 eine um 90° gedrehte Vorderansicht des rohrförmigen Gehäuseteils gemäß Fig. 3.

Wie unter Bezugnahme auf die Fig. 1 und 2 ersichtlich, weist ein allgemein mit dem Bezugszeichen 10 bezeichneter Taumelscheiben-Kompressor ein Gehäuse 12, einen Zylinderblock 14, der in dem Gehäuse 12 untergebracht ist, eine Welle 15, die in dem Zylinderblock 14 drehbar gelagert ist, eine Taumelscheibe 16, die an der Welle 15 befestigt, und eine Vielzahl von Kolben 18 auf, die entsprechend innerhalb einer Vielzahl (fünf beim dargestellten Ausführungsbeispiel) von Zylindern 17 im Zylinderblock 14 angeordnet sind.

Das Gehäuse 12 besteht aus einem im allgemeinen zylindrischen Grundkörper 19, wobei ein rohrförmiges Gehäuseteil 20 mit verringerten Durchmesser vom einen Ende des Grundkörpers 19 absteht bzw. wegragt und ein Deckel 21 an einem offenen Endteil (dem anderen, hier rechten Ende) des Grundkörpers 19 befestigt ist.

Der Grundkörper 19 des Gehäuses 12 weist zwei Ausbuchtungen 22, 24 in seiner Innenseite auf. Die Ausbuchtungen 22, 24 sind an dem oberen und an dem unteren Teil des Grundkörpers 19 einstückig ausgebildet und in einem dazwischenliegenden Teil zwischen den Endteilen axial ausgerichtet. Die Ausbuchtung 22 des oberen Teils bildet einen Raum zum Aufnehmen eines Kühlmittels, das über eine Öffnung (nicht dargestellt) in das Gehäuse 12 einzuführen ist. Ferner bildet die Ausbuchtung 24 am Bodenteil eine Ölwanne aus. Diese Ausbuchtungen 22, 24 liegen zwischen später beschriebenen Ventilplatten 34, 36, die einen abgeschlossenen Raum innerhalb des Grundkörpers 19 bestimmen, so daß das Schmieröl in dem abgeschlossenen Raum dicht eingeschlossen ist. Der Schmierölpegel liegt gewöhnlich von der Höhe her unterhalb der Welle 15, wenn der Taumelscheiben-Kompressors 10 außer Betrieb ist.

Der Zylinderblock 14, der innerhalb des Grundkörpers 19 des Gehäuses 12 untergebracht ist, berührt die Innenwandfläche 25, die sich in der Umfangsrichtung des Grundkörpers 19 erstreckt und weist Seitenteile 28, die beide einen Teil einer zylindrischen Fläche bestimmen, sowie ein Oberteil 30 auf (Fig. 2). Jedes Seitenteil 28 und das Oberteil 30 bestimmen Durchlässe 32 für das Kühlmittel, die sich in axialer Richtung des Gehäuses 12 in dem oberen Teil des Grundkörpers 19 erstrecken.

Eine Vielzahl von Zylindern 17, die in dem Zylinderblock 14 vorgesehen sind, sind mit Abständen um die Achse des Zylinderblocks 14 herum angeordnet. Jeder Zylinder 17 erstreckt sich in der axialen Richtung und ist an beiden Stirnflächen des Zylinderblocks 14 offen. Die Stirnflächen des Zylinderblocks 14 berühren ein Endteil des Grundkörpers 19 und den Deckel 21 über ein Paar von Ventilplatten 34, 36.

In der Ventilplatte 34 gibt es zwei Passagen 42, 44, die entsprechend mit zwei koaxialen, ringförmigen Räumen 38, 40 in Verbindung stehen, die im Gehäuse-Grundkörper 19 vorgesehen sind. Auch in der anderen Ventilplatte 36 stehen zwei Passagen 50, 52 entsprechend mit jedem Zylinder 17 und zwei ringförmigen Räumen 46, 48 in Verbindung, die in dem Deckel 21 ausgebildet sind. Weiterhin ist ein Rückschlagventil (nicht dargestellt) an jeder Passage 42, 44, 50, 52 vorgesehen und das Kühlmittel bewegt sich zwischen dem jeweiligen Zylinder 17 und dem ringförmigen Raum durch das Rückschlagventil.

Durch die Hin- und Herbewegung in der axialen Richtung von jedem Kolben 18 in jedem Zylinder 17 wird das Kühlmittel, das von einem Verdampfer (nicht dargestellt) kommt, der einen Teil eines Kraftfahrzeug-Klimaanlagensystems bildet, in die Ausbuchtung oder Eintrittsraum 22 an der Oberseite des Gehäuses 12 geführt, von dort durch den Durchlaß 32 zu den innenseitig gelegenen ringförmigen Räumen 38, 46 geführt und weiter von dort durch die Passagen 42, 50 in jeden der Zylinder 17 eingesaugt.

Das durch die Hin- und Herbewegung von jedem Kolben 18, wie vorstehend beschrieben, komprimierte Kühlmittel wird durch jede Passage 44, 52 der Ventilplatten 34, 36 in einen äußeren, ringförmigen Raum 40, 48 herausgedrückt. Die beiden ringförmigen Räume 40, 48 stehen über eine Rohrleitung 54 (Fig. 2) miteinander in Verbindung, die den Zylinderblock 14 in seiner axialen Richtung durchdringt. Das komprimierte Kühlmittel innerhalb beider ringförmiger Räume 40, 48 wird durch eine Öffnung 56, die mit einem der Räume 40, 48 verbunden ist, zum Außenraum des Kompressors 10 abgegeben. Das komprimierte Kühlmittel wird zu einem Kondensator (nicht dargestellt) gefördert, der einen Teil der Klimaanlage bildet.

Eine Welle 15 führt durch den Zylinderblock 14 längs seiner Achse durch das rohrförmige Gehäuseteil 20 mit verringerten Durchmesser des Gehäuses 12 hindurch. Dabei führt die Welle 15 durch ein Paar von Lagerhülsen 59 (nur in Fig. 1 dargestellt), die voneinander beabstandet in dem Gehäuse 12 bzw. im Mittelteil des Zylinderblockes 14 vorgesehen sind. Die Welle 15 ist im Zylinderblock 14 drehbar gelagert, und zwar durch ein Paar Radiallager 60, wobei jedes Radiallager 60 durch die entsprechende Lagerhülse 59 abgestützt ist.

Die Welle 15 wird durch eine Antriebskraft eines Fahrzeugmotors (nicht dargestellt) gedreht. Die Antriebskraft des Motors wird über eine Kupplung 62 auf die Welle 15 übertragen. Die Kupplung 62 umfaßt einen Rotor 66, der um das Gehäuseteil 20 mit verringertem Durchmesser durch ein Radiallager 64 und eine Reibungsplatte 68 drehbar gelagert ist, wobei letztere dem Rotor 66 mit einem geringen Abstand gegenüberliegt und an der Spitze 67a eines freien Wellenteils 67 befestigt ist, der sich durch den rohrförmigen Gehäuseteil 20 hindurch erstreckt.

Der Rotor 66 der Kupplung 62 dreht sich bei Antrieb durch den Motor über einen nicht dargestellten Riemen. Der Rotor 66 weist einen eingebauten Elektromagneten 69 auf, der sich ringförmig um dessen Drehachse erstreckt. Wenn der Elektromagnet 69 eingeschaltet ist, wird die Reibungsplatte 68 durch die Magnetkraft, die vom Elektromagneten 69 ausgeht, elastisch deformiert, so daß sie mit dem Rotor 66 in Berührung gebracht wird. Demzufolge führen die Reibungsplatte 68 und die daran festgelegte Welle 15 eine Drehbewegung aus.

Die Drehbewegung der Welle 15 wird durch die Schräg- bzw. Taumelscheibe 16 in eine Hin- und Herbewegung des Kolbens 18 umgewandelt. Die Taumelscheibe 16 umfaßt ein Nabenteil 70, durch das die Welle 15 hindurchführt und das an der Welle 15 festgelegt ist, und ein Scheibenteil 72, das sich vom Nabenteil 70 aus erstreckt. Das Nabenteil 70 ist zwischen beiden Lagerhülsen 59 angeordnet, und ein Axial-Gegenlager 74 ist zwischen dem Nabenteil 70 und jeder Lagerhülse 59 angeordnet.

Das Scheibenteil 72 der Taumelscheibe bzw. Schrägplatte 16 ist gegenüber der Welle 15 geneigt. Mit anderen Worten liegt das Scheibenteil 72 in einem von 90° abweichenden Schnittwinkel. Wenn die Taumelscheibe 16 sich zusammen mit der Welle 15 dreht, verändert sich daher die Lage eines willkürlichen Teils in der Umfangsrichtung des Scheibenteils 72 in axialer Richtung der Welle 15 kontinuierlich.

Jeder Kolben 18, der innerhalb eines entsprechenden Zylinders 17 des Zylinderblocks 14 angeordnet ist, weist eine Einbuchtung 76 zum Aufnehmen des Scheibenteils 72 der Taumelscheibe 16 auf. Innerhalb jeder Einbuchtung 76 sind ein scheibenförmiger Gleitschuh 78 beidseits des Scheibenteils 72 und je eine Kugel 80, die mit Hilfe des Gleitschuhs 78 drehbar gehalten wird, angeordnet. Das Scheibenteil 72 berührt jeden Kolben 18 über den jeweiligen Gleitschuh 78 und die Kugeln 80. Somit wird jeder Kolben 18 mit Hilfe des Scheibenteils 72 in axialer Richtung eines jeden Zylinders 17 zwangsweise verschoben und dadurch hin- und herbewegt.

Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel in Fig. 2 sind zwei untere Kolben 18 mit ihren zwei Zylindern 17 auf einem niedrigeren Niveau unterhalb dem Schmierölpegel angeordnet. Demzufolge wird ein Teil der Einbuchtungen 76 dieser beiden unteren Kolben 18 mit Schmieröl gefüllt. Es ist demzufolge nicht erforderlich, Öl für die Gleitschuhe 78 und Kugeln 80 innerhalb dieser Einbuchtungen 76 nachzuführen, obwohl die Anzahl der Kolben 18, die unter dem Schmierölpegel angeordnet sind, sich abhängig von der Gesamtanzahl und dem Durchmesser der Kolben 18 ändert.

Andererseits werden jedoch die Gleitschuhe 78 und die Kugeln 80 innerhalb der obenliegenden Einbuchtungen 76 der verbleibenden drei oberen Kolben 18, die gemäß Fig. 2 auf einem höheren Niveau angeordnet sind, geschmiert, da die Taumelscheibe 16 nach dem Start des Kompressors 10 gedreht wird und die Taumelscheibe 16, d. h., der Umfang des Scheibenteils 72 teilweise in das Schmieröl eingetaucht ist. Ferner gehen Verdampfungszusätze des Schmieröls nach dem Start des Kompressors 10 zusammen mit dem Kühlmittel in die Einbuchtungen 76 der Kolben 18 über, wobei die Axial- bzw. Gegenlager 74 und die Berührungsteile zwischen den Gleitschuhen 78 und dem Scheibenteil 72 geringfügig mitgeschmiert werden. In der kurzen Zeit nach Betriebsstart ist diese Ölzufuhr nicht ausreichend, so daß ein "Festfressen" an dem Kontaktbereich zwischen den Gleitschuhen 78 und dem Scheibenteil oder dem Kontaktbereich zwischen den Laufringen der Drucklager 74 und Kugeln 80 auftreten kann, wodurch die Rotationsbewegung der Welle 15 abrupt gestoppt würde.

Selbst wenn die Rotationsbewegung der Welle 15 durch Auftreten von "Freßerscheinungen" gestoppt wird, dreht sich der freie Endbereich 67 der Welle 15 unter der Antriebsbewegung über die Reibplatte 68 weiter. Als Ergebnis wird der freie Endbereich 67 der Welle 15 an ihrer Wurzel abgedreht und von den anderen Kompressorbauteilen abgekoppelt.

Um zu verhindern, daß der abgekoppelte, freie Endbereich 67 der Welle 15 aus dem rohrförmigen Gehäuseteil 20 herausspringt, ist neuerungsgemäß ein Metall-Ringelement 82 innerhalb des rohrförmigen Gehäuseteils 20 koaxial dazu angeordnet.

Das Ringelement 82 ist in das rohrförmige Gehäuseteil 20 vom freien Ende her eingesetzt, um an einer Anschlagstufe 20a innerhalb des rohrförmigen Gehäuseteils 20 anzuliegen. Die Innenwandung des rohrförmigen Gehäuseteils 20 weist weiterhin eine Umfangsnut 84 und einen Sicherungs- oder Sprengring 86 auf, der in die Umfangsnut 84 eingesetzt ist. Die Umfangsnut 84 hat eine Breitenabmessung geringfügig größer als die Dicke des Sicherungsringes 86. Der Sicherungsring 86 ist dabei in die Umfangsnut 84 so eingesetzt, daß das Ringelement 82 an seiner Stirnfläche berührt wird, wodurch das Ringelement 82 innerhalb des rohrförmigen Gehäuseteils 20 gesichert und festgelegt ist.

Sowohl das Ringelement 82 als auch der Sicherungsring 86 weisen Innendurchmesser auf, die größer sind als der Durchmesser des nach außen weisenden Spitzenbereichs 67a, so daß dieser Spitzenbereich 67a das Ringelement 82 und den Sicherungsring 86 durchdringt. Andererseits weist jedoch der sich an den Spitzenbereich 67a der Welle 15 axial nach innen anschließende Grundteil 67b einen größeren Durchmesser auf als der Innendurchmesser des Ringelementes 82. Als Ergebnis wird das freie Ende 67 der Welle 15, selbst wenn diese abgedreht und von den anderen Maschinenteilen entkoppelt ist, daran gehindert nach außen aus dem rohrförmigen Gehäuseteil 20 herauszutreten, sondern wird vielmehr innerhalb dieses rohrförmigen Gehäuseteils 20 formschlüssig gehalten.

Da ein Bruch der Welle 15 infolge eines "Festfressens" oder Blockierens im allgemeinen im Bereich der Spitze des Bezugspfeiles 67 bzw. im durchmessergrößeren Grundbereich 67b auftritt, wird durch das Halten des freien Endes 67 der Welle 15 innerhalb des rohrförmigen Gehäuseteils 20 in Zusammenwirken mit dem Ringelement 82 somit formschlüssig verhindert, daß sich Teile des Taumelscheiben-Kompressors 10 innerhalb des Maschinenraums lösen können, selbst wenn der freie Endbereich 67 der Welle 15 durch Überlastung/Abdrehen von dieser abgetrennt wird.

Claims (2)

1. Taumelscheiben-Kompressor (10), aufweisend:
ein Gehäuse (12) mit einem Grundkörper (19) und einem rohrförmigen Gehäuseteil (20);
einen Zylinderblock (14), der in dem Gehäuse (12) aufgenommen ist und eine Vielzahl von Zylindern (17) aufweist;
eine Welle (15), die in dem Zylinderblock (14) drehbar gelagert ist und mit einem freien Endbereich (67) von dem Zylinderblock (14) wegragt;
eine Taumelscheibe (16), die an der Welle (15) befestigt und zusammen mit der Welle (15) drehbar ist; und
je einen Kolben (18), der in jedem Zylinder (17) des Zylinderblocks (14) angeordnet ist und in der axialen Richtung jedes entsprechenden Zylinders (17) hin- und herbewegbar ist, wobei der Kolben (18) eine Einbuchtung (76) zum Aufnehmen eines Teils (72) der Taumelscheibe (16) aufweist;
dadurch gekennzeichnet, daß
ein Ringelement (82) innerhalb des rohrförmigen Gehäuseteils (20) koaxial dazu angeordnet und darin befestigt ist, wobei der freie Endbereich (67) der Welle (15) einen Spitzenbereich (67a) mit einem kleineren Durchmesser als der Innendurchmesser des Ringelementes (82) und einen Grundbereich (67b) mit einem demgegenüber größeren Durchmesser aufweist, sowie der Spitzenbereich (67a) das Ringelement (82) durchdringt.

2. Kompressor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das rohrförmige Gehäuseteil (20) an der Innenwandung eine Umfangsnut (84) aufweist und das Ringelement (82) durch einen darin eingreifenden Sicherungsring (86) um den Spitzenbereich (67a) der Welle (15) herum innerhalb des rohrförmigen Gehäuseteils (20) gesichert ist.