DE3506060C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Kühlverdichter nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

Im allgemeinen wird in einer Klinmaanlage die thermische Steuerung durch intermittierenden Betrieb des Verdichters als Antwort auf ein Signal von einem Thermostat, der in dem zu kühlenden Raum angeordnet ist, erreicht. Wenn die Raumtempe­ ratur erst einmal auf eine gewünschte Temperatur abgesenkt ist, muß die Kühlleistung der Klimaanlage für zusätzliche Kühlung aufgrund von Temperaturschwankungen im Raum oder zum Aufrechterhalten der gewünschten Raumtemperatur im allgemeinen nicht sehr groß sein. Demgemäß besteht, nachdem der Raum auf die gewünschte Temperatur gekühlt ist, die am weitesten verbreitete Technik zur Steuerung des Verdichter­ ausgangs in einem intermittierendem Betrieb des Verdichters. Mit diesem intermittierenden Betrieb wird jedoch die verhältnis­ mäßig große Last, die zum Antreiben des Verdichters erforder­ lich ist, intermittierend an die Antriebsquelle angelegt.

Bei Fahrzeug-Klimaanlagenverdichtern wird der Verdichter von dem Fahrzeugmotor über eine elektromagnetische Kupplung ange­ trieben. Diese Fahrzeug-Klimaanlagenverdichter stehen den gleichen intermittierenden Lastproblemen wie oben beschrieben gegenüber, wenn der Fahrgastraum eine gewünschte Temperatur erreicht hat. Die Steuerung des Verdichters wird normaler­ weise durch intermittierenden Betrieb des Verdichters über die elektromagnetische Kupplung, die den Fahrzeugmotor mit dem Verdichter koppelt, erreicht. Somit wird die relativ große Last, die zum Antrieb des Verdichters notwendig ist, intermittierend an den Fahrzeugmotor angelegt.

Weiterhin ändert sich, da der Verdichter einer Fahrzeug- Klimaanlage durch den Fahrzeugmotor angetrieben wird, die Drehfrequenz der Antriebsvorrichtung von Zeitaugenblick zu Zeitaugenblick, was eine Änderung der Kühlleistung im Verhält­ nis zur Drehfrequenz des Motors zur Folge hat. Da die Lei­ stung des Verdampfers und des Kondensators der Klimaanlage sich nicht ändert, wenn der Verdichter mit hoher Rotationsgeschwin­ digkeit angetrieben wird, führt der Verdichter unnötige Ar­ beit aus. Zur Vermeidung der Ausführung von unnötiger Arbeit werden Kraftfahrzeug-Klimaanlagenverdichter nach dem Stand der Technik oft durch intermittierenden Betrieb mit einer magnetischen Kupplung gesteuert. Auch dieses hat zur Folge, daß eine große Last intermittierend an den Fahrzeugmotor an­ gelegt wird.

Eine Lösung der obenerwähnten Probleme ist die Steuerung der Leistung des Verdichters in Reaktion auf die Kühlanforderun­ gen. Eine Konstruktion zur Einstellung der Leistung eines Verdichters, insbesondere eines Taumelscheibenverdichters, ist in der US 38 61 829 offenbart. In diesem Stand der Technik ist ein Taumel­ scheibenverdichter offenbart, der eine Antriebseinrichtung mit Exzenterrotor zum jeweiligen Antreiben einer Mehrzahl von Kolben und zum Variieren des Neigungswinkels der geneigten Oberfläche, womit eine Änderung Hublänge der Kolben er­ reicht wird, aufweist, Da die Hublänge der Kolben in den Zy­ lindern direkt von dem Neigungswinkel der geneigten Ober­ fläche abhängt, wird die Förderleistung des Verdichters ein­ fach durch Ändern des Neigungswinkels eingestellt. Weiterhin wird die Änderung des Neigungswinkels durch die Druckdiffe­ renz zwischen einer Saugkammer und einem Kurbelgehäuse, in dem die Antriebseinrichtung angeordnet ist, erreicht.

In dieser Vorrichtung zum Einstellen der Leistung nach dem Stand der Technik ist die Konstruktion zur Veränderung des Neigungswinkels des Exzenterrotors in Reaktion auf die Kühl­ anforderungen kompliziert und vergrößert die äußeren Abmes­ sungen des Verdichters. Ebenfalls führt, da eine große Boh­ rung sowohl durch die Taumelscheibe als auch durch den Ex­ zenterrotor zum Durchlassen der Antriebswelle und zum Ermög­ lichen der Änderung des Neigungswinkel vorgesehen ist, die Taumelscheibe unnötige Vibrationen aus.

Aus der US 40 73 603 ist ebenfalls ein Verdichter variabler Kapazität bekannt, bei dem ein Ring­ scheibenteil auf einem Ring mit kugelförmiger Außenfläche gelagert ist. Der Antrieb geschieht über eine Gelenkverbindung, die über das Ringscheiben­ teil auf die Taumelscheibe einwirkt.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen verbesserten Kühlverdich­ ter, der eine einfache variable Winkelverstelleinrichtung für die Taumelscheibe aufweist, vorzusehen.

Ein Kühlverdichter gemäß der Erfindung ist im Patentanspruch 1 gekennzeichnet.

Das Rotorteil ist an der Antriebs­ welle befestigt, und das Ringscheibenteil ist mit dem Rotorteil durch ein Gelenk, das eine Varia­ tion des Neigungswinkels ermöglicht, verbunden. Die Taumelscheibe, deren Taumelzentrum in der Achse der Antriebs­ welle liegt, ist schwenkbar auf einem Kugelteil gelagert, das an einer Auflagestange befestigt ist, und die Auflage­ stange ist verschiebbar in dem Zylinderblock angeordnet, um eine axiale Bewegung entlang der Achse der Antriebswelle zu ermöglichen.

Weitere Merkmale und Zweckmäßigkeiten der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung eines Ausführungsbeispiels anhand der Figur. Die Figur zeigt

Fig. 1 eine vertikale Schnittansicht eines Kühlverdich­ ters gemäß der vorgezogenen Ausführungsform der Erfindung.

Bezogen auf Fig. 1 ist ein Kühlverdichter gemäß der Erfindung gezeigt. Der Verdichter, der im gesamten mit dem Bezugszei­ chen 1 gekennzeichnet ist, schließt eine geschlossene Zylin­ dergehäuseeinrichtung 10, die von einem Zylinderblock 101 ge­ bildet ist, ein Kurbelgehäuse 13, Frontplatte und hintere Endplatte 12 ein.

Die Frontplatte 11 ist an der linken Seite des Kurbelgehäuses 13 durch eine Mehrzahl von Schrauben (nicht gezeigt) befe­ stigt. Die rückwärtige Endplatte 12 und die Ventilplatte 14 sind an dem Zylinderblock 101 durch eine Mehrzahl von Schrau­ ben (nicht gezeigt) befestigt. Eine Öffnung 111 ist in der Frontplatte 11 zur Aufnahme der Antriebswelle 15 gebildet. Eine umlaufende Hülse 112 ragt aus der äußeren Oberfläche der Frontplatte 11 heraus und umgibt die Antriebswelle 15, um eine Wellenabdichtkammer 112a zu bilden. Eine Wellenabdicht­ einrichtung 16 ist auf der Antriebswelle 15 innerhalb der Wellenabdichtkammer 112a angebracht.

Die Antriebswelle 15 ist drehbar über ein Lager 17 in der Frontplatte 11 gelagert, die in einer Öffnung 111 angeordnet ist. Am inneren Ende der Antriebswelle 15 ist das Rotorteil 18 befestigt. Das äußere Ende der Antriebswelle 15, das aus der umlaufenden Hülse 112 herausragt, ist betriebsmäßig mit dem Motor des Fahrzeugs über eine Rollenanordnung verbunden, die um den äußeren Teil der Hülse 112 herum angeordnet ist.

Das Rotorteil 18 weist einen Scheibenkörper 181, der an dem inneren Anschlußende der Antriebswelle 15 be­ festigt ist, und einen Arm 182, der axial aus dem Schei­ benteil 181 herausragt, auf. Ein Langloch 183 ist durch den äußeren Endteil des Armes 182 gebildet. Ein Ringscheibenteil 19, ist mit dem äußeren Ende des Armes 182 über ein Verbindungsteil 191, das an dem äußeren Rand desselben gebildet ist, verbunden und dem Arm 182 zugekehrt. Eine Durchgangsbohrung 192 ist durch das Verbindungsteil 191 angebracht. Ein Stift 20 ist durch die Durchgangsbohrung 192 des Verbindungsteils 191 und das Langloch 183 des Armes 182 hindurchge­ steckt, wodurch das Ringscheibenteil 19 mit dem Scheibenkörper 181 zum Ermöglichen einer Drehbewegung um den Stift 20 verbunden ist. Der Stift 20 ragt ebenfalls verschieb­ bar in das Langloch 183 hinein, wodurch der Stift 20 in der Lage ist, sich im Langloch 183 zu bewegen. Die Verbindung zwischen dem Scheibenkörper 181 und dem Ringscheibenteil 19 stellt somit eine Gelenkeinrichtung dar.

Die Oberfläche des Ringscheibenteils 19 ist in ge­ ringem Abstand zur Oberfläche der Taumelscheibe 21, die einen umlaufenden axialen Vorsprung 211 aufweist, der in das Ringscheibenteil 19 hineinragt, angeordnet. Daher ist das Ringscheibenteil 19 drehbar auf dem umlaufenden axialen Vorsprung 211 der Taumelscheibe 21 über das Lager 22 gelagert. Weiterhin ist die Taumelscheibe 21 schwenkbar, aber nicht drehbar auf dem Kugelteil 231 eines Kugelsockelteils 23 gelagert, das in der Bohrung 101a, die im mittleren Teil des Zylin­ derblocks 101 gebildet ist, angeordnet ist, d. h., das konkave Teil 212 der Taumelscheibe 21 steht in Kontakt mit der äu­ ßeren Oberfläche des Kugelteils 231, um so eine Nutations- aber keine Drehbewegung der Taumelscheibe 21 zu ermöglichen. Die axiale Position des Kugelsockelteils 23 in der Mittel­ bohrung 101a wird durch die Einstellschraube 24, die in eine Gewindebohrung 101a, eingeschraubt ist, bestimmt, und eine Spiral­ feder 25 ist in der Sackbohrung 232 des Kugelsockelteiles 23 angeordnet, um diesen gegen die Taumelscheibe 21 anzudrücken. Eine weitere Spiralfeder 26 ist zwischen der Endoberfläche des Scheibenkörpers 181 und der inneren Ober­ fläche der Sackbohrung 194, die in dem axialen Vorsprung 191 der Taumelscheibe gebildet ist, angeordnet. Diese Taumelscheibe 19 wird so gegen das Kugelsockelteil 23 gedrückt. Ein Drucknadellager 25 ist zwischen dem Ringscheibenteil 19 und der Taumelscheibe 21 angeordnet, um eine stoßfreie Drehbewegung der Exzenterrotoreinrichtung 18 zu erreichen.

Die Drehung der Taumelscheibe 21 wird durch einen Führungs­ dorn oder eine Stange 26 verhindert, die an der unteren End­ oberfläche derselben befestigt ist. Ein Ende der Stange 26 ragt in eine longitudinale Führungsnut 102, die auf der inneren Oberfläche des Gehäuses, um eine Hin- und Herbewegung über das Führungsteil 27 zu gestatten, gebildet ist.

Der Zylinderblock 101 besitzt eine Mehrzahl umlaufend ange­ ordneter Zylinder 28, in denen Kolben 29 gleiten. Eine typi­ sche Anordnung schließt fünf Zylinder ein, aber es kann auch eine kleinere oder größere Anzahl von Zylindern vorgesehen werden. Alle Kolben 29 sind mit der Taumelscheibe 21 über Verbindungsstangen 30 verbunden. Eine Kugel 301 an dem einen Ende der Stange 30 wird in einem Sockel 291 des Kolbens 29 aufgenommen, und die Kugel 302 am anderen Ende der Stange 30 wird in einem Sockel 213 der Taumelscheibe 21 aufgenommen. Es sollte verstanden werden, daß, obwohl nur eine solche Kugelsockelverbindung in Fig. 1 gezeigt ist, eine Mehrzahl von Sockeln auf dem Umfang um die Taumelscheibe 21 zur Auf­ nahme der Kugeln der verschiedenen Stangen angeordnet sind, und daß jeder Kolben 29 mit einem Sockel zur Aufnahme der anderen Kugel der Stange 30 gebildet ist.

Die hintere Endplatte 12 ist so geformt, daß sie eine Saug­ kammer 121 und eine Ausströmkammer 122 bildet. Das Ventil­ plattenteil 14, das am Ende des Zylinderblocks 101 durch Schrauben zusammen mit der hinteren Endplatte 12 befestigt ist, weist eine Mehrzahl ventilversehener Saugeinlässe 141, die zwischen die Saugkammer 121 und die jeweiligen Zylinder 28 geschaltet sind, und eine Mehrzahl ventilversehener Aus­ laßöffnungen 142, die zwischen die Ausströmkammer 122 und die jeweiligen Zylinder 28 geschaltet sind, auf. Geeignete Zungen­ ventile für die Saugöffnungen 121 und Auslaßöffnungen 122 sind in dem US-Patent 40 11 029, erteilt für Shimizu, beschrieben.

Wie in Fig. 1 gezeigt, ist das Kurbelgehäuse 13 mit der Saug­ kammer 121 über die Durchlaßöffnung 30, die sich durch den Zylinderblock 101 und die Ventilplatte 12 erstreckt, verbun­ den. Das Öffnen und Schließen der Durchlaßöffnung 30 wird durch eine magnetische Ventileinrichtung 31, die in dem mitt­ leren Teil der Durchlaßöffnung 30 angeordnet ist, gesteuert.

Im Betrieb wird die Antriebswelle 15 durch den Fahrzeugmotor über eine Rollenanordnung gedreht, und das Ringscheibenteil 19 wird zu­ sammen mit der Antriebswelle 15 gedreht, um eine nicht-dre­ hende Nutationsbewegung der Taumelscheibe 21 auf dem Kugel­ teil 231 des Kugelsockelteils 23 zu bewirken. Wenn die Taumelscheibe 21 eine Nutations­ bewegung ausführt, führen die Kolben 29 eine nicht-phasen­ gleiche Auf- und Abwärtsbewegung in ihren jeweiligen Zylin­ dern 28 aus. Durch die Auf- und Abwärtsbewegung der Kolben 29 wird das Kühlgas, das in die Saugkammer 121 von einer Fluideinlaßöffnung 32, die auf der hinteren Endplatte 12 ge­ bildet ist, eingelassen wird, in jeden Zylinder 28 über die Saugöffnung 141 gebracht und komprimiert. Das komprimierte Kühlgas wird in die Ausströmkammer 122 von jedem Zylinder 28 über die Auslaßöffnung 142 ausgeströmt und von dort in einen externen Fluidkreislauf, z. B. einen Kühlkreislauf über eine Fluidausgangsöffnung (nicht gezeigt). Während dem Betrieb des Verdichters wird, wenn die magnetische Ventileinrichtung 31 zum Öffnen der Durchlaßöffnung 30 betrieben wird, der Druck in dem Kurbelgehäuse 13 als Saugdruck erhalten, da das Kurbel­ gehäuse 13 mit der Saugkammer 121 der hinteren Endplatte 12 über die Durchlaßöffnung 30 in Verbindung steht. Bei dieser Bedingung wirkt, während des Druckhubes der Kolben die Reak­ tionskraft des Gasdruckes gegen die Taumelscheibe 21. Die re­ sultierende Kraft dieser Reaktion wird von dem Gelenk, das zwischen den Scheibenkörper 181 und das Ringscheibenteil 19 geschaltet ist, aufgenommen, d. h., das Moment M₁ zum Drehen der Taumelscheibe, das durch die Reaktion der Gaskraft auf die Kolben hervorgerufen wird, wirkt auf die Gelenkverbin­ dung. Weiterhin wirkt bei Ermittlung des Momentes M₂, das die Differenz der Rückstellkräfte zwischen den beiden Spiralfe­ dern 25, 26 hervorruft, und des Momentes M₃, das die Druck­ differenz zwischen dem Kurbelgehäuse 13 und der Saugkammer 121 hervorruft, nur das Moment M₂ gegen das Moment M₁, da eine Druckdifferenz nicht auftritt. Daher bewegt sich, wenn die Rückstellkräfte der beiden Spiralfedern die Bedingung M₁ < M₂ erfüllen, das Ringscheibenteil 19 von dem Scheiben­ körper 181 weg. Somit wird das Verbindungsteil 191 des Ringschei­ benteils 19 in Richtung des oberen Endes des Langloches 183 gedrückt und der Neigungswinkel des Ringscheibenteils 19 wird relativ zur Vertikalen maxi­ mal. Dies hat einen maximalen Hub der Kolben 19 in den Zylin­ dern 28 zur Folge, was einer normalen Kühlleistung eines Ver­ dichters entspricht.

Andererseits wird, wenn die Durchlaßöffnung 30 mit der ma­ gnetischen Ventileinrichtung 31 geschlossen wird, der Druck in dem Kurbelgehäuse 13 allmählich ansteigen, und eine geringe Druckdifferenz tritt auf, da durchblasendes Gas, das von der Zylinderkammer zum Kurbelgehäuse 13 über Spalten zwischen den Kolben und den Zylindern während des Kompressionshubs hindurchtritt, in dem Kurbelgehäuse 13 enthalten ist. Während des Druckanstieges in dem Kurbelgehäuse entsteht das Moment M₃ und vergrößert den Betrag des Momentes als Antwort auf das Vergrößern des Druckes in dem Kurbelgehäuse 13. Dieses Moment M₃ ist dem Moment M₁ so entgegengerichtet, daß am einigen Stellen der gesamte Betrag des Momentes M₂ und M₃ das Moment M₁ übertrifft. In dieser Situation wirkt das Mo­ ment, das im Gegenuhrzeigersinn auf die Gelenkverbindung wirkt, gegen das Ringscheibenteil 19, wodurch der Neigungs­ winkel des Ringscheibenteils 19 verringert wird. Eine Ver­ ringerung des Neigungswinkels wird so lange durchgeführt, bis der Stift am unteren Ende des Langloches 183 anschlägt. In bezug auf die Verringerung des Neigungs­ winkels wird der Hub des Kolbens in dem Zylinder reduziert, und die Leistung des Verdichters nimmt allmählich ab. Da es unerwünscht ist, die Bewegung der Kolben ganz anzuhalten, da dann der Fluß des Kühlgases und des Schmieröles ebenfalls angehalten würde, sollte eine geringe Bewegung der Kolben zur Fortsetzung der Schmierung des Verdichters beibehalten werden.

Wie oben erwähnt, weist bei dieser Erfindung die Antriebs­ einrichtung einen Rotorteil und ein Ringscheibenteil auf, die beide über einer Gelenkverbindung zum Ermöglichen der Variation des Neigungswinkels der Taumelscheibe verbunden sind, und die Taumelscheibe ist schwenkbar auf einem Kugelteil zur Fixierung des Ortes des Taumelzentrums ge­ lagert. Damit ist eine einfache Konstruktion zur Variation des Neigungswinkels erreicht, und es kann eine geringe Größe des Verdichters erzielt werden. Ebenso kann, da das Taumel­ zentrum der Taumelscheibe durch das Kugelteil festgelegt wird, eine unnötige Vibration der Taumel­ scheibe unterdrückt werden.

Claims (6)

1. Kühlverdichter variabler Kapazität, mit einem Verdichter­ gehäuse, das einen Zylinderblock (101) mit einer Mehrzahl von Zylindern (28) und eine Mehrzahl von Kolben (29) auf­ weist, die verschiebbar in jedem der Zylinder eingepaßt sind, und mit einer Antriebsvorrichtung zum Verschwenken einer Taumelscheibe (21), wobei die Antriebsvorrichtung aus einem Rotorteil (18) besteht, das über eine Gelenk­ verbindung (183, 191, 20) und ein Ringscheibenteil (19) auf die Taumelscheibe (21) einwirkt, und wobei das Kurbelge­ häuse (13) und die Saugkammer (121) des Verdichters über ein steuerbares Ventil (31) miteinander verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Taumelscheibe (21) schwenkbar auf einem Kugelteil (231) gelagert ist, das axial verschiebbar im Zylinderblock (101) angeordnet ist, und daß ein erstes elastisches Element (26) vorgesehen ist, das die Taumelscheibe (21) gegen das Kugelteil (231) drückt.

2. Kühlverdichter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Kugelteil (231) durch ein zweites elastisches Element (232) gegen die Taumelscheibe (21) gedrückt wird.

3. Kühlverdichter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das erste und zweite elastische Element (26, 232) Schraubenfedern sind.

4. Kühlverdichter nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Ringscheibenteil (19) drehbar auf der Taumelscheibe (21) über ein Lager (22) gelagert ist.

5. Kühlverdichter nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Taumelscheibe (21) einen axialen Vorsprung aufweist, der in eine mittlere Bohrung des Ringscheibenteils (19) hineinragt, und daß das Lager (22) in der Aussparung zwischen der Bohrung und dem axialen Vorsprung angeordnet ist.

6. Kühlverdichter nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Rotorteil (18) einen Arm (182) aufweist, der in axialer Richtung hervorsteht, und daß ein Langloch (183) durch das äußere Ende des Arms (182) gebildet ist, daß das Ringscheibenteil (19) ein Verbindungs­ teil (191) in einer Position entsprechend dem des Arms (182) aufweist, in dem eine Bohrung vorgesehen ist, und daß ein Stift (20) in die Bohrung und das Langloch hineinragt.