DE3506061C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Kühlverdichter nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Im allgemeinen wird in einer Klimaanlage 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 weiteren 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 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 Arbei 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 dem US-Patent 38 61 829, erteilt für Roberts et al, 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 der 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.

Bei diesem Stand der Technik ist der Taumelscheibenver­ dichter mit Leistungseinstellvorrichtung mit einer rotations­ verhindernden Einrichtung für die Taumelscheibe versehen. Eine bekannte rotationsverhindernde Einrichtung ist in dem US-Patent Re. 27 844, eingetragen für Olson, offenbart. Die rotationsverhindernde Einrichtung, die in diesem zum Stand der Technik gehörenden Patent offenbart ist, weist ein Paar Kegelräder, wobei eines der beiden im Mittel­ punkt der Taumelscheibe befestigt ist, und das andere ist auf dem Gehäuse gelagert, und ein auf einem Lagerelement, das in dem mittleren Teil eines jeden Kegelrades gebildet ist, ge­ lagertes Kugelelement, auf. Daher wird die Taumelscheibe auf dem Kugelelement gelagert, und die Drehung der Taumelscheibe wird durch das Ineinandergreifen der Kegelzahnräder verhin­ dert, während eine Nutationsbewegung entlang der Kugelober­ fläche durchgeführt wird.

Aus der US 44 25 837 ist ein Verdichter bekannt, bei dem keine rotationsverhindernde Einrichtung für die Taumelscheibe vorgesehen ist. Die rotierende Taumelscheibe überträgt dabei ihre Schwenkbewegung auf die Kolben dadurch, daß diese am Außenrand der Taumelscheibe gleitend gelagert sind.

Die Übertragung des Drehmoments von der Antriebswelle auf die Taumelscheibe erfolgt dadurch, daß die Antriebswelle eine abgeflachte Profilform aufweist und die Öffnung in der Taumelscheibe entsprechend geformt ist. Dies ist fertigungs­ technisch sehr aufwendig. Außerdem wird das Drehmoment nur mit einem relativ geringen Hebelarm übertragen, was eine Verformung der Profilform von Antriebswelle und Öffnung in der Taumelscheibe und damit ein Spiel zwischen beiden ver­ ursachen kann.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen verbesserten Kühlverdich­ ter mit einer Vorrichtung zum Einstellen der Leistung vorzu­ sehen, bei dem eine rotationsverhindernde Einrichtung nicht erforderlich ist und bei dem eine konstruktiv einfache Drehmomentübertragung auf die Taumelscheibe möglich ist.

Ein Kühlverdichter gemäß der Erfindung ist im Anspruch 1 gekennzeichnet.

Die Taumelscheibe ist schwenkbar auf der Antriebswelle ge­ lagert und wird von der Antriebswelle über eine Gelenkvor­ richtung angetrieben, die eine Variation des Neigungswinkels der Taumelscheibe zuläßt. Jeder der Kolben ist mit der Taumel­ scheibe über einen Auflagerschuh zum Zulassen der Rotations­ bewegung der Taumelscheibe verbunden.

Weitere Merkmale und Zweckmäßigkeiten der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung eines Ausführungsbeispiels anhand der Figuren. Von den Figuren zeigt

Fig. 1 eine vertikale Schnittansicht eines Kühlverdich­ ters gemäß einer vorzuziehenden Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 2 eine Schnittansicht, die zur Darstellung des mini­ malen Winkels der Taumelscheibe gegenüber Fig. 1 geändert ist.

Bezogen auf Fig. 1 ist ein Kühlverdichter gemäß der Erfin­ dung gezeigt. Der Verdichter, der in seiner Gesamtheit mit dem Bezugszeichen 1 gekennzeichnet ist, weist einen geschlos­ senen Zylindergehäuseaufbau 10, der von einem umlaufenden Mantel 11 gebildet wird und mit einem Zylinderblock 111 auf dem einen Seitenteil und einem hohlen Teil wie einem Kurbel­ gehäuse 112 versehen ist, eine Frontplatte 12 und eine rück­ wärtige Endplatte 13 auf.

Die Frontplatte 12 ist an dem linken offenen Ende des umlau­ fenden Mantels 11 angebracht, um das offene Ende des Kurbel­ gehäuses 112 zu schließen, und ist an dem Mantel 11 durch eine Mehrzahl von Schrauben (nicht gezeigt) befestigt. Die rückwärtige Endplatte 13 und die Ventilplatte 14 sind auf dem anderen Ende des Mantels 11 durch eine Mehrzahl von Schrauben (nicht gezeigt) angebracht, um den Endbereich des Zylinder­ blocks 111 abzudecken. Die Öffnung 121 ist in der Frontplatte zur Aufnahme einer Antriebswelle 15 gebildet. Eine umlaufende Hülse 122 ragt aus der vorderen Oberfläche der Frontplatte 12 heraus und umgibt die Antriebswelle 15, um eine Wellenab­ dichtkammer 16 zu bilden. Eine Wellenabdichteinrichtung 17 ist auf der Antriebswelle 15 in der Wellenabdichtkammer 16 angebracht.

Die Antriebswelle 15 ist drehbar in der Frontplatte 12 über ein Lager 39, das in der Öffnung 121 angebracht ist, gela­ gert. Das innere Ende der Antriebswelle 15 ist mit einer Rotorplatte 18 versehen. Ein Drucknadellager 19 ist zwischen der inneren Oberfläche der Frontplatte 12 und der benachbar­ ten axialen Endoberfläche der Rotorplatte 18 angeordnet, um die gegen die Rotorplatte 18 gerichtete Drucklast aufzunehmen und um eine gleichförmige Rotationsbewegung zu erreichen. Das äußere Ende der Antriebswelle 15, das nach außen aus der Hülse 122 herausragt, wird durch den Fahrzeugmotor über eine herkömmliche Rollenanordnung angetrieben. Das innere Ende der Antriebswelle 15 ragt in die mittlere Bohrung 111a, die in dem mittleren Teil des Zylinderblocks 111 gebildet ist, hinein und ist drehbar darin durch ein Lager wie z. B. ein radiales Nadellager 20 gelagert. Die Position der Antriebs­ welle 15 kann durch eine Einstellschraube 21, die in die mittlere, mit einem Gewinde versehene Bohrung 111a einge­ schraubt ist, eingestellt werden, und eine Federeinrichtung 22 ist zwischen der axialen Endoberfläche der Antriebswelle 15 und der Einstellschraube 21 angeordnet. Ein Drucknadel­ lager 40 ist zwischen die Antriebswelle 15 und die Federein­ richtung 40 zum Sicherstellen einer gleichmäßigen Rotation der Antriebswelle 15 angeordnet.

Eine kugelförmige Buchse 23, die zwischen der Rotorplatte 18 und dem inneren Ende der Zylinderblocks 111 angeordnet ist, ist verschiebbar auf der Antriebswelle 15 angeordnet und hält schwenkbar eine Taumelscheibe 24. Die kugelförmige Buchse 23 wird durch eine Spiral­ feder 25, die zwischen der Endoberfläche der Rotorplatte 18 und der einen axialen Endoberfläche der Buchse 23 angeordnet ist, gegen den Zylinderblock 111 gedrückt.

Die Taumelscheibe 24 ist mit der Rotorplatte 18 über eine Gelenkverbindungseinrichtung verbunden. Die Rotorplatte 18 hat einen Armteil 181, der axial aus der einen seitlichen Oberfläche derselben herausragt, und die Taumelscheibe 24 hat ebenfalls einen zweiten Armteil 241, der in Richtung des Arm­ teils 181 der Rotorplatte 18 aus der einen seitlichen Ober­ fläche derselben herausragt. Bei dieser in Fig. 1 gezeigten Ausführungsform ist der zweite Armteil 241 getrennt von der Taumelscheibe 24 gebildet und an der einen Seite der Ober­ fläche der Taumelscheibe 24 befestigt. Beide, der Armteil 181 und 241 sind gegenseitig überlappend und miteinander über einen Stift 26 verbunden, der in ein Langloch 182, das in dem Armteil 181 der Rotorplatte 18 gebildet ist und eine Stiftbohrung 242, die in dem zweiten Armteil 241 der Taumelscheibe 24 gebildet ist, hineinragt, wodurch die Rotor­ platte 18 und die Taumelscheibe 24 über dieses Gelenk miteinan­ der verbunden sind. Bei diesem Aufbau ist der Stift 26 ver­ schiebbar im Langloch 182 angeordnet, was zur Folge hat, daß der Neigungswinkel der schrägstehenden Oberfläche der Taumel­ scheibe geändert werden kann.

Der Zylinderblock 111 besitzt eine Mehrzahl umlaufend ange­ ordneter Zylinder 27, in denen Kolben 28 gleiten. Eine typi­ sche Anordnung schließt fünf Zylinder ein, aber es kann auch eine kleinere oder größere Anzahl von Zylindern vorgesehen werden. Jeder Kolben 28 weist einen Kopfteil 281, der ver­ schiebbar in dem Zylinder 27 angeordnet ist, und ein Verbin­ dungsteil 282 auf. Das Verbindungsteil 282 des Kolbens 28 hat einen Aussparungsteil 282a, welches den äußeren Randteil der Taumelscheibe 24 gabelförmig umgibt. Halbkugelförmige Auf­ lagerschuhe 29 sind zwischen jeder Seite der Oberfläche der Taumelscheibe 24 und der inneren Oberflächen des Verbindungs­ teils 282 verschiebbar entlang der seitlichen Oberfläche der Taumelscheibe 24 angeordnet. Die Drehung der Antriebswelle 15 bewirkt, daß sich die geneigte Oberfläche der Taumelscheibe 24 axial nach rechts und links bewegt, wodurch der Kolben 28′ in dem Zylinder 27 hin und herbewegt wird.

Die rückwärtige Endplatte 13 ist so gebildet, daß sie eine Saugkammer 30 und eine Ausströmkammer 31 umschließt. Das Ventilplattenteil 14, das an dem Ende des Zylinderblocks 111 zusammen mit der rückwärtigen Endplatte 13 durch Schrauben befestigt ist, weist eine Mehrzahl von mit Ventilen versehe­ nen Saugöffnungen 141, die zwischen die Saugkammer 30 und die jeweiligen Zylinder 27 geschaltet sind, und eine Mehrzahl mit Ventilen versehener Austrittsöffnungen 142, die zwischen die Austrittskammer 31 und die jeweiligen Zylinder 27 ge­ schaltet sind, auf.

Dichtringe 32, 33 sind zwischen dem Zylinderblock 111 und der Ventilplatte 14, und der Ventilplatte 14 und der rückwärtigen Endplatte 13 zum Ab­ dichten der zusammengehörigen Oberflächen des Zylinderblocks, der Ventilplatte und der rückwärtigen Endplatte angeordnet.

Wie in dem unteren rechten Teil der Fig. 1 gezeigt, sind das Kurbelgehäuse 112 und die Saugkammer 30 mit einer Durchgangs­ verbindung 35 miteinander verbunden, wobei diese eine Öffnung 351, die durch die Ventilplatte 14 und die Dichtringe 32, 33 führt, und eine in dem Zylinderblock 121 gebildete Bohrung 352 aufweist. Ein Verbindungselement 36 mit einer kleinen Öffnung 361 ist in dem einen Ende der Öffnung der Bohrung 352, das sich in Richtung Kurbelgehäuse 122 befindet, ange­ ordnet, und eine Ausdehnungsmanschette 37 mit einem Nadel­ ventil 371, in der Gas enthalten ist, ist in der Bohrung 352 angeordnet. Das Öffnen und Schließen der kleinen Öffnung 361, die zwischen das Kurbelgehäuse 112 und die Bohrung 35 geschal­ tet ist, wird durch das Nadelventil 371 gesteuert, und die axiale Position der Ausdehnungsmanschette 37 wird durch das Bügelelement 38, das in der Bohrung 352 angeordnet ist, be­ stimmt. Mindestens eine Bohrung 381 ist in dem Bügel 38 zur Verbindung zwischen der Öffnung 351 und der Bohrung 352 ge­ bildet. Im Betrieb wird die Antriebswelle 15 durch den Fahr­ zeugmotor über eine Rollenanordnung gedreht, und die Rotor­ platte 18 wird zusammen mit der Antriebswelle 15 gedreht. Die Drehung der Rotorplatte 18 wird auf die Taumelscheibe 24 über die Gelenkverbindungseinrichtung übertragen, so daß in bezug auf die Drehung der Rotorplatte 18 sich die geneigte Oberfläche der Taumelscheibe 24 axial zur rechten und linken Seite bewegt. Daher wird der Kolben 28, der betriebsmäßig mit der Taumelscheibe 24 verbunden ist, in dem Zylinder 27 auf- und abbewegt. Aufgrund der Hin und Herbewegungen der Kolben 28 wird das Kühlgas, das in die Saugkammer 30 durch eine Fluideinlaßöffnung eingelassen wird, in die Zylinder 27 gebracht und komprimiert. Das verdichtete Kühlgas wird in die Ausströmkammer 31 von den Zylindern 27 über die Ausströmöff­ nungen 142 gepreßt und von dort in einen externen Fluid­ kreislauf, z. B. einen Kühlkreislauf, durch die Fluidauslaß­ öffnung gebracht.

Wenn die Wärmebelastung des Kühlmittels einen vorbestimmten Wert übersteigt, wird der Saugdruck erhöht. Daher wird in diesem Fall, wenn der Druck des Gases, das in der Ausgleichs­ manschette 37 enthalten ist, immer denselben Druck bei einer vorbestimmten Wärmebelastung einnimmt, die Ausgleichsman­ schette 37 gegen die rechte Seite der Öffnung 361 gedrückt. Diese Situation ist in Fig. 1 gezeigt. Somit ergibt sich der Druck in dem Kurbelgehäuse 121 entsprechend dem Saug­ druck. Bei dieser Bedingung wirkt, während des Kompressions­ hubs der Kolben, die Reaktionskraft des Gasdruckes gegen die Taumelscheibe 24 und wird schließlich von der Gelenkverbin­ dungseinrichtung aufgenommen. Das Moment M1, das durch die Reaktionskraft, die auf die Kolben 28 wirkt, erzeugt wird, wirkt gegen die Gelenkverbindungseinrichtung, um eine Drehung im Uhrzeigersinn hervorzurufen. Weiterhin wirkt, bei der Be­ stimmung des Momentes M2, das eine Rückstellkraft der Spiral­ feder 25, die zwischen der Rotorplatte 18 und der kugelförmi­ gen Buchse 23 angeordnet ist, hervorruft, und das Moment M3, das eine Druckdifferenz zwischen dem Kurbelgehäuse 112 und der Saugkammer 30 hervorruft, nur das Moment M2 gegen das Moment M1, da eine Druckdifferenz nicht auftritt. Daher wird, wenn die Rückstellkraft der Spiralfeder 25 so bestimmt wird, das M1 < M2 gilt, die Taumelscheibe 24 um den Dorn 26 der Gelenkverbindungseinrichtung, der sich an dem oberen Endteil des rechteckförmigen Loches 182 befindet, gedreht. Daher wird der Neigungswinkel der Taumelscheibe 24 in bezug auf die ver­ tikale Ebene maximal. Dies hat einen maximalen Hub der Kolben 28 in den Zylindern 27 zur Folge, was einer normalen Kühllei­ stung des Verdichters entspricht.

Andererseits wird, wenn die Wärmelast verringert wird, und die notwendige Kühlleistung überschritten wird, der Druck in der Saugkammer 30 verringert. Daher wird die Ausdehnungsman­ schette 37 zur linken Seite bewegt, um die kleine Öffnung 361 durch das Nadelventil 371 abzuschließen. Diese Situation ist in Fig. 2 dargestellt. In diesem Fall wird der Druck in dem Kurbelgehäuse 112 allmählich erhöht, und eine geringe Druckdifferenz tritt auf, da vorbeiströmendes Gas, das aus der Zylinderkammer in das Kurbelgehäuse 112 über eine Spalte zwischen dem Kolben und dem Zylinder während des Kompressions­ hubes strömt, in dem Kurbelgehäuse 112 vorhanden ist. Wäh­ rend des Ansteigens des Druckes in dem Kurbelgehäuse 112 wird das Moment M3 erzeugt, und der Betrag des Momentes M3 steigt entsprechend dem Ansteigen des Druckes in dem Kurbel­ gehäuse 112 an. Dieses Moment M3 ist dem Moment M1 entgegen­ gerichtet, so daß in einigen Zeitaugenblicken der gesamte Betrag des Momentes M2 und M3 das Moment M1 übertrifft. In dieser Situation wirkt ein Moment auf die Taumelscheibe 24, das eine Drehung im Gegenuhrzeigersinn um den Dorn 26 der Gelenkverbindungseinrichtung bewirkt, wodurch der Neigungs­ winkel der Taumelscheibe 24 in bezug auf die vertikale Ebene verringert wird, und diese Bewegung wird so lange fortgesetzt, bis der Dorn 26 gegen den unteren Endteil des rechteckförmi­ gen Loches 182 anliegt. Aufgrund der Verringerung des Nei­ gungswinkels wird der Hub des Kolbens 28 in dem Zylinder 27 verringert, und die Leistung des Verdichters wird allmählich verringert. Da ein vollständiges Anhalten der Bewegung der Kolben unerwünscht ist, da dann der Fluß des Kühlgases und des Schmieröles angehalten wird, sollte eine geringe Bewegung der Kolben zur Fortsetzung der Schmierung des Verdichters beibehalten werden.

Wie oben erwähnt, ist bei dieser Erfindung jeder der Kolben betriebsmäßig mit der Taumelscheibe verbunden, um eine Hin- und Herbewegung in den Zylindern auszuführen, und die Taumelscheibe ist schwenkbar auf einer Antriebs­ welle gelagert. Die Drehung der Antriebswelle wird auf die Taumelscheibe über eine Rotorplatte und eine Gelenkver­ bindungseinrichtung, die eine Änderung des Neigungswinkels der Taumelscheibe als Reaktion auf eine Druckdifferenz zwi­ schen der Saugkammer und dem Kurbelgehäuse ermöglicht, über­ tragen. Daher kann eine rotationsverhindernde Einrichtung für die Taumelscheibe weggelassen werden, und eine Änderung des Neigungswinkels der Taumelscheibe wird auf einfache Weise durch eine Gelenkverbindungseinrichtung erreicht.

Claims (4)

1. Kühlverdichter mit einem Verdichtergehäuse, das einen Zylinderblock mit einer Mehrzahl von Zylindern und ein dem Zylinderblock benachbartes Kurbelgehäuse aufweist, mit Kol­ ben, die verschiebbar in jedem der Zylinder eingepaßt sind und mit einer Taumelscheibe, deren Drehung von einer An­ triebswelle verursacht wird, auf der diese schwenkbar und längs verschieblich befestigt ist, wobei die Kolben am Außen­ rand der Taumelscheibe gleitend gelagert sind und wobei das Kurbelgehäuse und die Saugkammer des Verdichters über ein Ventil miteinander verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, daß auf der zylinderförmigen An­ triebswelle (15) eine kugelförmige Buchse (23) längs ver­ schieblich gelagert ist, auf der die Taumelscheibe (24) schwenkbar gelagert ist, und daß zum Drehantrieb der Taumelscheibe (24) eine fest mit der Antriebswelle (15) verbundene Rotorplatte (18) vorgesehen ist, die mit der Taumelscheibe (24) über eine Gelenkverbindung (181, 241, 26) verbunden ist.

2. Kühlverdichter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Gelenkverbindung ein Paar von Armteilen (181, 241), die jeweils aus der Rotor­ platte (18) und der Taumelscheibe (24) sich gegenseitig über­ lappend herausragen, aufweist, und daß ein Stift (26) vor­ gesehen ist, der in ein Langloch (182), das in einem Armteil (181) gebildet ist, und eine Stiftbohrung (242), die in dem anderen Armteil (241) gebildet ist, hineinragt.

3. Kühlverdichter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine Spiralfeder (25) zwischen der Rotorplatte (18) und der kugelförmigen Buchse (23) ange­ ordnet ist, um die Buchse gegen den Zylinderblock (111) zu drücken.

4. Kühlverdichter nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben (28) einen Zylinder­ kopfbereich (281), der hin- und herbewegend im Zylinder (27) angeordnet ist, und einen Verbindungsteil (282), der einen Aussparungsteil zum gabelförmigen Umschließen des äußeren Randteils der Taumelscheibe (24) besitzt, aufweist, und daß die Taumelscheibe (24) mit dem Verbindungsteil des Kolbens über einen Auflagerschuh (29) verbunden ist.