DE3545581C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Taumelscheibenkompressor nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Ein Taumelscheibenkompressor dieser Art ist in der US 44 28 718 beschrieben. Dabei ist eine Steueranordnung des Ven­ tilmechanismus so konstruiert, daß er die Verbindungswege sowohl zwischen Saugkammer und Kurbelgehäuse, als auch zwischen Aus­ stoßkammer und Kurbelgehäuse öffnet und schließt. Hierdurch wird der Aufbau des Ventilmechanismus kompliziert. Wenn ferner der Kompressor mit hoher Drehgeschwindigkeit rotiert und die Dich­ tungsanordnung der Antriebswelle mit hoher Belastung beauf­ schlagt wird, steigt der Kurbelgehäuseinnendruck. Infolgedessen liegt der gleitende Teil der Dichtungsanordnung an der Antriebs­ welle unter einem hohen Oberflächendruck. Als Ergebnis hiervon muß sich die Zuverlässigkeit wie auch die Standzeit der Dichtung erniedrigen. Eine Verminderung der Dichtung tritt auch auf, wenn der Fahrzeugmotor, welcher den Kompressor antreibt, plötzlich seine Geschwindigkeit erhöht. Dies geht darauf zurück, daß dann, wenn der Fahrzeugmotor rasch beschleunigt wird, der Saugdruck im Kompressor abfällt und die zuvor erwähnte Steueranordnung so be­ tätigt wird, daß sie den Kurbelgehäuseinnendruck erhöht.

Ein ähnlicher Taumelscheibenkompressor ist aus DE-OS 24 15 206 bekannt, wobei ein konstanter Saugdruck dadurch aufrechterhalten wird, daß man den Kurbelgehäuseinnendruck steuert.

Es ist Aufgabe der Erfindung, einen gattungsgemäßen Taumelschei­ benkompressor in einfacher Weise so zu verbessern, daß der Kur­ belgehäuseinnendruck im wesentlichen konstant bleibt, wenn sich durch variierenden Saugdruck der Taumelscheibenneigungswinkel ändert, und wegen des konstanten Kurbelgehäuseinnendrucks eine die Antriebswelle umgebende Dichtungsanordnung bei einer Ände­ rung der Kompressor-Laufgeschwindigkeit keinem Druckanstieg un­ terliegt.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merk­ male des Patentanspruchs 1 gelöst.

Die nachstehende Beschreibung bevorzugter Ausführungs­ formen der Erfindung dient im Zusammenhang mit beilie­ gender Zeichnung der weiteren Erläuterung. Es zeigt

Fig. 1 einen Vertikalschnitt eines Taumelscheiben­ kompressors mit variablem Hub;

Fig. 2 eine vergrößerte Teilschnittansicht einer Steuerventilanordnung des Kompressors aus Fig. 1;

Fig. 3 eine andere Schnittansicht des Kompressors aus Fig. 1 mit einer Darstellung der Lage­ beziehung zwischen einer Taumelscheibe und lediglich zwei zugeordneten Kolben, die in ihre Extremlagen, nämlich den oberen und unteren Totpunkt ihrer Hubwege ver­ schoben sind;

Fig. 4 eine graphische Darstellung der Beziehung zwischen dem auf die Taumelscheibe wir­ kenden Moment (M) und dem Verdrehungs­ winkel der Taumelscheibe um die Achse der Antriebswelle und

Fig. 5 eine teilweise vergrößerte Querschnittsan­ sicht ähnlich Fig. 2 einer abgewandelten Ausführungsform der Erfindung.

Die nachfolgende Beschreibung bezieht sich auf den Fall, bei dem die Erfindung durch einen Taumelscheibenkompres­ sor mit variablem Hub realisiert ist, wobei der Kompres­ sor der Klimatisierung eines Fahrzeuges dient. Dies heißt, daß der Kompressor durch den Fahrzeugmotor über einen geeigneten Kraftübertragungsmechanismus angetrieben ist. Es versteht sich jedoch, daß der erfindungsgemäße Kom­ pressor nicht auf eine Verwendung zur Fahrzeugklimati­ sierung beschränkt ist.

Wie in Fig. 1 dargestellt, umfaßt ein Taumelscheibenkom­ pressor mit variablem Hub einen Zylinderblock 1, der ge­ wöhnlich von kreiszylindrischer Gestalt ist und zwei ein­ ander gegenüberliegende, offene Stirnseiten aufweist. Eine Stirnseite, welche in der Zeichnung links liegt, ist abgedichtet durch eine Ventilplatte 2 und einen Kompres­ sorkopf 3 verschlossen, wobei in diesem Kopf eine ring­ förmige Saugkammer S ausgebildet ist. Die Saugkammer S weist eine Einlaßöffnung 3 a auf, die an einen äußeren (in Fig. 1 nicht dargestellten) Klimatisierungskreislauf angeschlossen ist und ein aus dem Kreislauf zurückflie­ ßendes Kühlgas aufnimmt. Der Kompressorkopf 3 weist ferner eine mittig angeordnete Ausstoßkammer D auf, die über eine (nicht dargestellte) Ausstoßöffnung ebenfalls mit dem äußeren Klimatisierungskreislauf verbunden ist, wobei das Kühlgas nach seiner Kompression durch diese Öffnung hindurch abgegeben wird.

Die andere Stirnseite des Zylinderblocks 1, die in Fig. 1 rechts liegt, ist fest und dicht durch ein Kurbelgehäuse 4 mit Innenraum C verschlossen. Das Kurbelgehäuse 4 nimmt eine später noch zu beschreibende Taumelscheibe 13 auf, deren Einstellwinkel veränderbar ist. In der Mitte des Zylinderblocks 1 ist eine durchgehende Bohrung 1 a ausge­ bildet, in welcher ein Radiallager 5 angeordnet ist. Diesem Radiallager liegt axial ein weiteres Radiallager 5 gegenüber, welches von einem mittig am Kurbelgehäuse 4 angeordneten, zylindrischen Anguß 4 a aufgenommen wird. Die beiden Radiallager 5 stützen drehbar eine Antriebs­ welle 6 ab, deren (in Fig. 1 rechts gelegenes) Ende über ein geeignetes Transmissionssystem mit dem Motor eines Fahrzeuges verbunden ist. Das Transmissionssystem kann beispielsweise eine Riemenanordnung mit magnetbetätigter Kupplung sein. Zwischen einer abgestuften Stirnfläche 6 a der Antriebswelle 6 und einer inneren Stirnseite des zylindrischen Angusses 4 a ist ein Drucklager 7 angeordnet. Der zylindrische Anguß 4 a ist mit einem Hohlraum versehen, der als Abdichtkammer für die Antriebswelle dient und mit dem Innenraum C des Kurbelgehäuses 4 über einen Durchlaß 4 b verbunden ist, welcher seinerseits durch einen Teil der Kurbelgehäusewand gebohrt ist. Der Durchlaß 4 b dient als Schmiermittelweg, durch den hindurch Schmiermittel dem Abdichtglied in der Abdichtkammer 8 zugeführt wird.

Am Zylinderblock 1 sind mehrere, axiale Zylinderbohrungen 1 b vorgesehen (bei der dargestellten Ausführungsform fünf Zylinderbohrungen, von denen jedoch lediglich eine in Fig. 1 sichtbar ist). Die Zylinderbohrungen 1 b verlaufen parallel zur Antriebswelle 6 und sind in gleichen Winkelabständen voneinander auf einem Kreis angeordnet, welcher die Achse der Antriebswelle 4 umschließt.

In jeder Zylinderbohrung 1 b ist gleitverschieblich ein hin- und hergehender Kolben 10 mit Kolbendichtringen 9 ange­ ordnet. Jeder Kolben weist eine Druckwand auf, welche der Ventilplatte 2 gegenüberliegt und in Fig. 1 die linke Kolbenstirnwand bildet. Hierdurch ist in der betreffen­ den Zylinderbohrung 1 b eine Kompressionskammer ausgebildet.

Der Kolben weist ferner eine dem Kurbelgehäuseinnen­ raum C zugewandte Rückseite auf, welche in Fig. 1 von der rechts gelegenen Kolbenstirnfläche gebildet wird. Mit dieser Rückseite ist ein Ende einer Verbindungsstange 12 über ein Kugelgelenk 11 verbunden. Das andere Ende der Verbindungsstange 12 jedes Kolbens steht über ein weiteres Kugelgelenk 14 mit der Taumelscheibe 13 in Verbindung, welche ihrerseits die Antriebswelle 6 um­ schließt. Die Taumelscheibe 13 wird von einem Halte­ zylinder 15 a abgestützt, der als Lagerteil für eine drehbare Antriebsplatte 15 dient und in eine mittige Bohrung der Taumelscheibe 13 eingepaßt ist. Eine Druckscheibe 16 und ein Haltering 17 sind am äußeren Ende des Zylinders 15 a so angeordnet, daß sie ein axiales Spiel der Taumelscheibe 13 auf dem Haltezylinder 15 a begrenzen. Der Zylinder 15 a ruht auf einem ring­ förmigen Flanschteil 15 b der Antriebsplatte 15 auf, und zwar über ein Drucklager 18, welches zwischen einer Rückseite der Taumelscheibe 13 und einer Vorderseite des Flanschteils 15 b angeordnet ist.

An der Antriebswelle 6 ist drehfest ein Antriebszapfen 19 angeordnet, der radial von der Welle 6 in das Innere C des Kurbelgehäuses 4 hinein vorspringt. Der Antriebs­ zapfen 19 ist mit der Antriebsplatte 15 durch einen Ver­ bindungsstift 20 verbunden, der in einen gebogenen Führungsschlitz 19 a eingreift, der seinerseits im An­ triebsstift 20 ausgebildet ist. Auf diese Weise wird die Drehbewegung der Antriebswelle 6 über den Zapfen 19 und den Stift 20 direkt auf die sich drehende Antriebs­ platte 15 übertragen. Ferner kann die Antriebsplatte 15 ihre Neigung mit Bezug auf eine Ebene senkrecht zur Drehachse der Welle 6 ändern, und zwar mit Bezug auf den Mittelpunkt des Verbindungsstiftes 20 unter Führung des Führungsschlitzes 19 a. Die Veränderung der Neigung der Antriebsplatte 15 verändert in entsprechender Weise die Neigung der Taumelscheibe 13, was zu einer Erhöhung oder Erniedrigung des Taumelwinkels der Taumelscheibe 13 führt, und zwar um eine Achse, die senkrecht zur Dreh­ achse der Antriebswelle 6 verläuft. Auf der Antriebswelle 6 ist axial verschieblich eine zylindrische Hülse 40 ge­ lagert, die radial an der Innenseite des Zylinders 15 a der Platte 15 liegt. Der Haltezylinder 15 a der Platte 15 ist um Zapfen 41 schwenkbar, die am Außenumfang der Hülse 40 vorgesehen sind. Somit gestattet die schwenkbare Ver­ bindung zwischen der Antriebsplatte 15 und der zylin­ drischen Hülse 40, die auf der Antriebswelle 6 gleitbar ist, eine Verdrehung sowohl der Antriebsplatte 15 als auch der Taumelscheibe 14 um den Stift 20, wodurch sich die Neigung dieser Teile ändert. Die zylindrische Hülse 40 ist mit einer axial verlaufenden, langgestreckten Öffnung 40 a versehen, durch welche hindurch sich der Zapfen 19 radial erstreckt.

Die Taumelscheibe 13 ist mit einer Kugelführung 22 ver­ sehen, die durch einen Schuh 23 gehalten wird, der seinerseits radial beweglich am untersten Teil der Taumelscheibe 13 angeordnet ist. Die Kugelführung 22 ist gleitbar an einem axial gerichteten Führungsstift 21 befestigt, der zwischen einer durchgehenden Bohrung 1 c des Zylinderblocks 1 und einer Sackbohrung 4 c des Kurbelgehäuses 4 verläuft und parallel zur Antriebswelle 6 ausgerichtet ist. Infolgedessen ist die Taumelscheibe 13 daran gehindert, sich zusammen mit der Antriebsplatte 15 zu drehen. Die durchgehende Bohrung 1 c steht in Ver­ bindung mit der Saugkammer S des Kompressorkopfes 3, und zwar über einen in der Ventilplatte 2 ausgebildeten Durchlaß 2 c. Die Ventilplatte 2 weist ferner mehrere Saugöffnungen 2 a auf, durch welche hindurch das zu komprimierende Kühlgas in die betreffenden Zylinder­ bohrungen 1 b eingesaugt wird. Die jeweiligen Saug­ öffnungen 2 a sind so angeordnet, daß sie eine Verbindung zwischen der Saugkammer S und den jeweiligen Druck­ kammern der Zylinderbohrungen 1 b über zugeordnete An­ saugventile 24 herstellen, wenn die jeweiligen Zylin­ derbohrungen 1 b durch die zugeordneten Kolben 10 einem Saughub unterworfen sind. Die Ventilplatte 2 weist ferner mehrere Ausstoßöffnungen 2 b auf, die dem Aus­ stoßen des Kühlgases nach seiner Kompression aus den Kompressionskammern in die Ausstoßkammer D dienen, und zwar über zugeordnete Ausstoßventile 25, die auf einem Ventilhalteglied 26 abgestützt sind. Das Ventil­ halteglied 26 ist mit Hilfe eines Haltezapfens 27 an der Ventilplatte 2 befestigt.

Der Kompressor weist ferner eine Steuerventilanordnung 28 auf, die im nachstehenden mit Bezug auf Fig. 2 be­ schrieben wird.

Die Steuerventilanordnung 28 dient dazu, einen Druck Pc im Innenraum C des Kurbelgehäuses 4 bei einem vorher eingestellten Druck Pco während des Laufs des Kompres­ sors zu halten. Die Ventilanordnung 28 umfaßt ein zylindrisches Gehäuse 29 mit einem Boden an einer Stirnseite und einer Öffnung an der gegenüberliegenden Stirnseite. Das kreiszylindrische Gehäuse 29 ist dicht in einen kreiszylindrischen Hohlraum 3 b eingepaßt, der in einem Teil des äußeren Umfangsbereiches des Kompressorkopfes 3 so ausgebildet ist, daß er mit der Saugkammer S kom­ muniziert. Dichtungen 30 dienen dazu, eine luftdichte Verbindung zwischen dem Gehäuse 29 und der Wand des Hohlraums 3 b herzustellen. Ein Haltering 31 an der Öffnung des Hohlraums 3 b hält das Gehäuse 29 in seiner vorgeschriebenen Position. Das Gehäuse 29 weist an seiner Öffnung einen Innengewindeabschnitt 29 a auf, in welchem ein Deckel 32 mit einem zentralen Luft­ durchlaß 32 a eingeschraubt und fixiert ist. Innerhalb des zylindrischen Gehäuses 29 ist ein Faltenbalgteil 33 angeordnet, dessen außen gelegene Stirnseite fest und abgedichtet mit einem abgestuften Teil 29 b des Gehäuses 29 angeordnet ist, und zwar durch Schraubdruck, der von der Innenseite des Deckels 32 ausgeht und auf den abge­ stuften Teil 29 b des Gehäuses 29 ausgeübt wird. Die innengelegene Stirnseite des Faltenbalgglieds 33 ist durch eine Kappe 34 dicht verschlossen. Infolgedessen ist das Innere des zylindrischen Gehäuses 29 durch das Faltenbalgglied 33 und die Kappe 34 in zwei separate Kammern unterteilt, nämlich eine innenliegende Atmo­ sphärendruckkammer A und eine außenliegende Ventil­ kammer B. Ausgehend von der Atmosphärendruckkammer A verläuft eine Ventilstange 35 axial in die Ventil­ kammer B hinein, die luftdicht an der Kappe 34 be­ festigt ist. Am einen Ende der Ventilstange 35 ist eine Ventilkugel 36 befestigt, die in der Ventilkammer B liegt. Das gegenüberliegende Ende der Ventilstange 35 liegt oberhalb der Innenfläche des Deckels 32, wenn die Ventilkugel 36 in diejenige Position vorgespannt ist, in welcher sie eine Ventilöffnung 29 c schließt, die ihrerseits im Boden des Gehäuses 29 ausgebildet ist und die Saugkammer S mit der Ventilkammer B ver­ bindet. Die Vorspannung der Ventilkugel 36 in dieje­ nige Position, in welcher sie die Ventilöffnung 29 c verschließt, erfolgt durch eine Schraubenfeder 37, die innerhalb der Atmosphärendruckkammer A angeordnet ist.

Das zylindrische Gehäuse 29 der Steuerventilanordnung 28 ist in der Nähe seines Bodens mit einer durchgehenden Öffnung 29 d und einer ringförmigen Nut 29 e versehen, wo­ bei die Nut mit der Öffnung 29 d in Strömungsverbindung steht und um den äußeren Umfang des Gehäuses 29 herum verläuft. Die ringförmige Nut 29 e steht in Strömungs­ verbindung mit dem Inneren 39 der durchgehenden Bohrung 1 a der Antriebswelle 6, und zwar über eine Leitung 38, die durch den Kompressorkopf 3, die Ventilplatte 2 und den Zylinderblock 1 hindurch verläuft. Das Innere 39 der durchgehenden Bohrung 1 a steht in Strömungsverbin­ dung mit dem Innenraum C des Kurbelgehäuses 4 (Fig. 1), und zwar über einen Spalt, der im Radiallager 5 frei­ gelassen ist, und über eine radial verlaufende Nut 1 d (Fig. 1), die an der Innenfläche des Zylinderblocks 1 ausgespart ist, welche dem Innenraum C des Kurbelge­ häuses 4 zugekehrt ist. Somit steht die Ventilkammer B der Steuerventilanordnung 28 in Strömungsverbindung mit dem Kurbelgehäuseinnenraum C, wobei der Verbindungsweg durch folgende Teile gebildet wird: Öffnung 29 d, ring­ förmige Nut 29 e, Leitung 38, Innenraum 39 der Bohrung 1 a und radial verlaufende Nut 1 d im Zylinderblock 1. Somit kann ein Kühlgas aus dem Innenraum C des Kurbelgehäuses in die Ventilkammer B der Steuerventilanordnung 28 fließen.

Bei der Steuerventilanordnung 28 wird das Öffnen und Schließen der Ventilöffnung 29 c, was durch die zuvor erwähnte Ventilkugel 36 erfolgt, gesteuert durch die Beziehung zwischen einem Saugdruck Ps, der in der Saugkammer S herrscht, einem Druck Pc, der im Kurbel­ gehäuseinnenraum C vorherrscht und einem Druck Pb in der Ventilkammer B entspricht, einem Atmosphärendruck Pa, der in der Atmosphärendruckkammer A vorliegt, und einem Druck, der durch die Schraubenfeder 37 mit der Federkonstante Ko und dem Faltenbalgglied 33 ausgeübt wird. Da jedoch die Öffnungsfläche der Ventilöffnung 29 c klein ist, ist auch der Einfluß des Saugdrucks Ps, der auf die Ventilkugel 36 einwirkt, klein und kann vernachläßigt werden. Da ferner die Elastizität des Faltenbalgglieds 33 extrem klein ist, ist auch der Druckeinfluß dieses Gliedes gering und kann ebenfalls vernachlässigt werden. Infolgedessen können in der Praxis die Öffnungs- und Schließkenndaten der Steuer­ ventilanordnung dadurch bestimmt werden, daß man die Federkonstante Ko in Verbindung mit dem Kurbelgehäuse­ innendruck Pc, der dem Ventilkammerdruck Pb entspricht, passend auswählt. Beispielsweise ist es möglich, diese Kenndaten so zu bestimmen, daß dann, wenn sich der Kurbelgehäuseinnendruck Pc einem vorbestimmten Wert Pco, beispielsweise 2,5fachem Atmosphärendruck nähert und der Ventilkammerdruck Pb dementsprechend in die Nähe des gleichen Druckwertes Pco gelangt, der nach auf­ wärts gerichtete Druck, der aus dem Atmosphärendruck Pa und der Kraft der Feder 37 besteht, den nach unten wirkenden, von dem Ventilkammerdruck Pb (= Pco) auf die Kappe 34 ausgeübten Druck überwindet, was zu einem Anheben der Ventilstange 35 und der Ventilkugel 36 und somit zu einem Schließen der Ventilöffnung 29 c führt.

Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 1 und 2 ist die Ventilanordnung 28 so ausgebildet, daß sie nicht nur als Druckabfühlmittel zur Feststellung einer Änderung des Drucks Pc im Kurbelgehäuseinneren C, sondern auch als Ventilmechanismus wirkt, mit dessen Hilfe die Ven­ tilöffnung 29 c in Abhängigkeit von einem durch dieses Abfühlmittel festgestellten Druck geöffnet oder ge­ schlossen wird. Dies bedeutet, daß das Druckabfühl­ mittel aus folgenden Teilen besteht: dem zylindrischen Gehäuse 29, dem Deckel 32, dem Faltenbalg 33, der Kappe 34, der Feder 37, dem Verbindungsweg, der von der Ventilkammer B zum Innenraum C des Kurbelgehäuses über den Durchlaß 38 verläuft, dem Innenraum 39, der durchgehenden Bohrung 1 a, der radial verlaufenden Nut 1 d und den andern, sowie aus der Atmosphärendruckkammer A und der Ventilkammer B. Der Ventilmechanismus besteht aus dem Gehäuse 29, der Ventilöffnung 29 c, der Ventil­ stange 35, der Ventilkugel 36 und der Ventilkammer B.

Die Betriebsweise des Kompressors wird im nachstehenden im Zusammenhang mit Fig. 1 bis 4 beschrieben.

Wenn der Kompressor im Ruhezustand ist, sind alle inneren Drücke des Kompressors, nämlich der Saugdruck Ps, der Kurbelgehäuseinnendruck Pc und der Ventilkammer­ druck Pb bei einem konstanten Druckwert ausbalanciert, beispielsweise bei 5fachem Atmosphärendruck, was durch die physikalische Eigenschaft eines verwendeten Kühl­ gases usw. bestimmt ist. Da infolgedessen der Druck Pb der Ventilkammer B höher als der Druck Pa der Atmo­ sphärendruckkammer A ist, kollabieren das Faltenbalgglied 33 und die Kappe 34, welche die Ventilstange 35 und die Ventilkugel 36 hält, aufgrund des Differenzdrucks zwischen den beiden vor­ erwähnten Drücken Pa und Pb gegenüber der Kraft der Feder 37, so daß die Ventilkugel 36 von der Ventil­ öffnung 29 c ferngehalten wird.

Wenn der Kompressor durch Rotation der Antriebswelle 6, die ihrerseits von einem Fahrzeugmotor angetrieben sein kann, in Betrieb genommen wird, dreht sich die Antriebs­ platte 15 wegen des Antriebszapfens 19 und des Verbin­ dungsstiftes 20, was zu der Taumelbewegung der sich nicht mitdrehenden Taumelscheibe 13 um eine Achse führt, die senkrecht zur Drehachse der Antriebswelle 6 verläuft. Somit werden alle Kolben 16 in den Zylinder­ bohrungen 1 b durch die Taumelscheibe 13 über die zuge­ ordneten Verbindungsstangen 12 hin- und herbewegt, so daß das Kühlgas aus der Saugkammer S über die Saugöff­ nungen 2 a angesaugt und in den in den jeweiligen Zylin­ derbohrungen 1 b ausgebildeten Kompressionskammern durch die Vorderseiten der Kolben 16 komprimiert wird. Das komprimierte Kühlgas wird anschließend in die Ausstoß­ kammer D des Kompressorkopfes 3 durch die Ausstoßöff­ nungen 2 b ausgebracht.

Diese Betriebsweise findet bei Beginn des Kompressor­ laufs statt. Daher ist die Steuerventilanordnung 28 in ihrer Offenstellung gehalten.

Während des Kompressorlaufs durch fortgesetzten Antrieb durch den Fahrzeugmotor tritt ein Teil des komprimier­ ten Kühlgases aus den Kompressionskammern in das Innere C des Kurbelgehäuses 4 ein, und zwar durch schmale Spalte zwischen den jeweiligen Kolbenaußenflächen und den Zylinderinnenseiten. Dieser Teil des komprimierten Kühlgases wird als "Durchblasgas" bezeichnet. Solange jedoch die Steuerventilanordnung 28 in Offenstellung ist, fließt das Durchblasgas durch die radial ver­ laufende Nut 1 d, den Spalt des Radiallagers 5, das Innere 39 der Bohrung 1 a, den Durchlaß 38, die durch­ gehende Bohrung 29 d, die Ventilkammer B und die Ventil­ öffnung 29 c in die Saugkammer S. Somit ist jeder An­ stieg des Druckes Pc im Kurbelgehäuseinnenraum C ver­ hindert.

Wenn andererseits der Druck Pc des Kurbelgehäuseinnen­ raums C auf den vorbestimmten Wert Pco fällt, fällt gleichzeitig auch der Druck Pb der Ventilkammer B auf den gleichen vorbestimmten Wert Pco. Infolgedessen schließt die Ventilkugel 36 der Steuerventilanordnung 28 die Ventilöffnung 29 c aufgrund der Kraft der Feder 37. Das Schließen der Ventilöffnung 29 c unterbricht die Ver­ bindung zwischen dem Kurbelgehäuseinnenraum C und der Saugkammer S. Dementsprechend bringt das vorerwähnte Durchblasgas, welches aus den Kompressionskammern in das Kurbelgehäuse 4 ausströmt, einen Anstieg des Druckes Pc im Innenraum des Kurbelgehäuses hervor. Wenn als Ergebnis hiervon der Druck Pc im Kurbelgehäuse­ innenraum C den vorbestimmten Wert Pco übersteigt, wird die Kraft, welche dahingehend wirkt, das Faltenbalg­ glied 23 zusammengedrückt zu halten und dabei die Ven­ tilkugel 36 aus der Schließstellung wegzuziehen, wieder wirksam. Infolgedessen wird die Ventilöffnung 29 c wieder geöffnet, so daß die Verbindung zwischen dem Kurbel­ gehäuseinnenraum C und der Saugkammer S wieder herge­ stellt ist. Somit wird der Druckanstieg im Kurbelge­ häuseinnenraum C beseitigt, und der vorher eingestellte Wert Pco des Kurbelgehäuseinnendrucks Pc wird wieder hergestellt. Dementsprechend hält durch die Wiederholung des Öffnens und Schließens der Ventilkugel 36, d. h. durch die Einstellung der Größe der Öffnung des Ventildurch­ lasses 29 c die Steuerventilanordnung 28 den Kurbelge­ häuseinnendruck Pc bei dem vorbestimmten Wert Pco, wäh­ rend der Kompressor umläuft.

Im nachfolgenden wird in Zusammenhang mit Fig. 3 und 4 die Bewegung der sich nicht drehenden Taumelscheibe 13, die von der sich drehenden Antriebsplatte 15 während des Kompressorlaufs abgestützt wird, beschrieben.

Während die Antriebswelle 6 des Kompressors aufgrund des Antriebs durch den Fahrzeugmotor um ihre Drehachse umläuft, dreht sich auch der Antriebszapfen 19 mit dem gekrümmten Führungsschlitz 19 a mit und durchläuft dabei mehrere Positionen (fünf Positionen bei der dargestell­ ten Ausführungsform), in welchen der Zapfen 19 jeweils in Ausrichtung mit den einzelnen Zylinderbohrungen 1 b gelangt. Immer wenn der Antriebszapfen 19 mit einer der fünf Zylinderbohrungen 1 b ausgerichtet ist, wird der zugeordnete Kolben 10 in den oberen Totpunkt seines Hubs verschoben, wie dies in Fig. 3 dargestellt ist. Jeder Kolben 10 wird ferner auch aus seinem oberen Totpunkt zum unteren Totpunkt seines Hubs zurückgebracht, was ebenfalls in Fig. 3 dargestellt ist, und zwar aufgrund der Taumelbewegung der Platten 13 und 15 während der Rotation der mit der Platte 15 verbundenen Antriebs­ welle 6.

Außerdem unterliegen die Taumelscheibe 13 und die An­ triebsplatte 15 der über die Verbindungsstangen 12 aus­ geübten Reaktionskraft der Kolben 10. Diese Reaktions­ kraft verdreht die Scheiben 13 und 15 um den Verbindungs­ stift 20, der in dem gekrümmten Führungsschlitz 19 frei beweglich ist. Im folgenden wird nun das Moment M be­ trachtet, welches mit Bezug auf den Verbindungsstift 20 auf die Taumelscheibe 13 einwirkt.

Wie in Fig. 3 dargestellt, nimmt der Kolben 10, der in den oberen Totpunkt seines Hubs bewegt ist, an seiner Vorderseite (der Kompressionsseite) einen Kompressions­ druck auf und an seiner Rückseite, die dem Kurbelge­ häuse 4 zugewandt ist, den Druck Pc des Kurbelgehäuse­ innenraums C. Infolgedessen stößt der Druckunterschied zwischen dem Kompressionsdruck Pd und dem Kurbelge­ häuseinnendruck Pc die Taumelscheibe 13 über die zuge­ ordnete Verbindungsstange 12 derart, daß die Taumel­ scheibe 13 in Richtung auf ihre vertikale Position an­ gehoben wird. Da jedoch die Länge L₁ von der Drehachse O-O der Antriebswelle 6 zum Mittelpunkt des Kugelge­ lenks 14 näherungsweise gleich der Länge L₂ von der gleichen Achse O-O zum Mittelpunkt des Verbindungs­ zapfens 20 ist, d. h. L₁-L₂ = 0, ist das Moment, welches auf die Taumelscheibe 13 wirkt, klein und kann vernachlässigt werden (die Richtung eines Pfeiles M in Fig. 3 wird als positive Richtung angesehen).

Wenn andererseits der Kolben 10 zum unteren Totpunkt seines Hubes gelangt ist, wird die Länge L₃ von der Drehachse O-O der Antriebswelle 6 zur Mitte der Kugelgelenkverbin­ dung 14 am längsten. Der Kolben 10 nimmt an seiner Vor­ derseite den Saugdruck Ps auf und an seiner Rückseite den Druck Pc des Kurbelgehäuseinnenraums C. Somit legt der Druckunterschied Δ P zwischen dem Saugdruck und dem Kurbelgehäuseinnendruck Ps und Pc, nämlich Ps-Pc, eine Kraft an die Taumelscheibe 13 an, um diese um den Ver­ bindungsstift 20 zu verdrehen. Wenn beispielsweise der Saugdruck Ps größer als der Druck Pc während des Saug­ hubs des Kolbens 10 ist, erfährt die Taumelscheibe 13 ein positives Moment um den Verbindungsstift 20. Als Ergebnis hiervon wirkt die Taumelscheibe 13 als solche dahingehend, die Hublänge des Kolbens 10 zu vergrößern, wobei der Winkel der Taumelscheibe 13 wächst.

Die anderen drei Kolben 10, ausgenommen die beiden oben erwähnten Kolben, die in den oberen bzw. unteren Totpunkt ihres Hubes verschoben sind, werden ebenfalls in die jeweiligen Positionen ihrer Hubwege bewegt und den jeweiligen Druckdifferenzen unterworfen, die sich aus den Drücken zu beiden Kolbenseiten ergeben. Die jeweiligen Druckunterschiede beaufschlagen die Taumel­ scheibe 13 mit Drehmomenten um den Verbindungsstift 20. Infolgedessen erfährt die Taumelscheibe 30 als solche ein Gesamtdrehmoment um den Verbindungsstift 20, das sich aus den zuvor beschriebenen fünf verschiedenen Momenten zusammensetzt.

Die Fig. 4 zeigt eine Veränderung des oben erwähnten Gesamtdrehmoments, welches während der Rotation der Antriebswelle 6 um einen Winkel von 72 Grad auf die Taumel­ scheibe 13 wirkt. Dabei entsprechen die 72 Grad dem Winkel, über den sich hinweg die obere Totpunktlage des Kolbens von einer zur anderen Zylinderbohrung bei der dargestell­ ten Ausführungsform verschiebt.

Die Fig. 4 zeigt auch drei verschiedene Fälle, in denen, obwohl der Druck Pc des Kurbelgehäuseinnenraums C bei einem vorbestimmten Druckwert von 24,53 N/cm² gehalten wird, der Saugdruck Ps der Saugkammer S auf drei ver­ schiedene Drücke verändert wird, nämlich 19,72 N/cm², 24,53 N/cm² und 29,43 N/cm². Der Ausstoßdruck Pd wird bei 147,15 N/cm² gehalten. In Fig. 4 gibt die Abszisse den Drehwinkel der Antriebswelle 6 an. Die Ordinate zeigt das gesamte Drehmoment um den Verbindungsstift 20, welches auf die Taumelscheibe 13 wirkt. Aus Fig. 4 geht hervor, daß bei einem Abfall des Druckes Ps in der Saug­ kammer S das oben erwähnte Gesamtdrehmoment abnimmt, und daß unter konstantem Kurbelgehäuseinnendruck Pco ein Moment in Übereinstimmung mit der Größe des Saug­ drucks Ps erzeugt wird, um so den Taumelwinkel der Taumelscheibe 13 zu verändern. Dies bedeutet, daß der Neigungswinkel der Taumelscheibe 13 und der Antriebs­ platte 15 durch den Saugdruck Ps unter der Bedingung eines vorbestimmten Kurbelrauminnendrucks Pco gesteuert wird.

Momentan fällt nach dem Beginn des Kompressorbetriebs der Saugdruck Ps rasch vom ausbalancierten Druck bei Kompressorstillstand, beispielsweise 5fachem Atmo­ sphärendruck, auf 4fachen Atmosphärendruck, und zwar aufgrund der Saugbewegung der Kolben 10. Daher tritt zwischen dem Kurbelgehäuseinnendruck Pc und dem Saug­ druck Ps eine Druckdifferenz Δ P (Pc-Ps) auf. Diese Druckdifferenz veranlaßt eine Abnahme des positiven Gesamtdrehmoments M, welches auf die Taumelscheibe 13 wirkt und infolgedessen eine Abnahme der Hublänge der Kolben 10. Somit wird der Kompressorhub, nämlich die Ausstoßströmungsgeschwindigkeit des Kompressors, ver­ ringert. Da im Anschluß hieran die Steuerventilanord­ nung 28 immer noch in Offenstellung ist und eine Strömungsverbindung zwischen Saugkammer S und Kurbel­ gehäuseinnenraum C besteht, wird die vorerwähnte Druckdifferenz allmählich verringert. Dies heißt, der Kurbelrauminnendruck Pc wird gleich dem Saugdruck Ps. Während der fortgesetzten Kompression des Kühlmittels durch die Kolben 10 legt eine Reaktionskraft aus den jeweiligen Kompressionskammern ein Gesamtdrehmoment M an die Taumelscheibe 13 an, welches eine Drehung der Taumelscheibe veranlaßt, so daß der Neigungswinkel zu­ nimmt. Dementsprechend wird auch die Länge des Hubwegs der Kolben 10 gesteigert. Dieser Anstieg der Hublänge der Kolben 10 veranlaßt eine weitere Zunahme des auf die Taumelscheibe 13 wirkenden Moments M. Dementsprechend beginnt der Kompressor seinen Betrieb mit vollem Hub.

Wenn sowohl der Saug- als auch der Kurbelgehäuseinnen­ druck Ps bzw. Pc zusammen abfallen, bis der Druck Pc sich dem vorbestimmten Druckwert Pco (2,5facher Atmo­ sphärendruck) nähert, wird die Steuerventilanordnung 28 in Schließstellung gebracht, d. h. die Ventilöffnung 29 c wird in der zuvor beschriebenen Weise geschlossen. Dies heißt, daß der Kurbelgehäuseinnendruck Pc nicht unter den vorgegebenen Druckwert Pco abfällt.

Wenn der Kühlbetrieb des Kompressors übermäßig wird und der Saugdruck Ps abfällt, tritt eine Druckdifferenz zwischen dem Saugdruck Ps und dem Kurbelgehäuseinnen­ druck Pc auf. Wenn beispielsweise der Saugdruck Ps auf zweifachen Atmosphärendruck fällt, erscheint eine Druck­ differenz Δ P entsprechend -0,5fachem Atmosphärendruck, wodurch ein negatives Moment auf die Taumelscheibe 13 einwirkt. Somit wird die Hublänge der Kolben 10 verringert. Infolgedessen nimmt auch der Kompressorhub entsprechend ab.

Wenn weiterhin während des normalen Laufs des Kompressors eine plötzliche Beschleunigung des Fahrzeugmotors auf­ tritt, wodurch auch die Antriebswelle 6 des Kompressors rasch beschleunigt wird, fällt der Saugdruck Ps unmittel­ bar, wobei eine Druckdifferenz Δ P zwischen dem Saugdruck Ps und dem Kurbelgehäuseinnendruck Pc erzeugt wird. Diese Druckdifferenz Δ P bewirkt ein negatives Moment M, welches die Hublänge der Kolben 10 verringert und dementsprechend den Kompressorhub vermindert. Daher kann jeder Anstieg der Motorbelastung unterdrückt und die Zuverlässigkeit der Beschleunigung des Fahrzeugmotors verbessert werden.

Die Steuerventilanordnung 28 wirkt also in der Weise, daß sie den Kurbelgehäuseinnendruck Pc bei einem vorbestimm­ ten Druckwert Pco in Verbindung mit dem Atmosphärendruck Pa in der Atmosphärendruckkammer A hält, ohne Rücksicht auf eine Veränderung des Saugdrucks Ps in der Saugkammer S. Somit unterliegt das Dichtungsglied in der Wellenab­ dichtungskammer 8 immer einem konstanten Oberflächendruck, der auf den vorbestimmten Druckwert Pco zurückgeht, der in dieser Kammer 8 über den Durchlaß 4 b herrscht. Dies bedeutet, daß keine Beschädigung des Dichtglieds ein­ tritt und dieses stets zuverlässig abdichtet.

Die Fig. 5 zeigt eine andere Ausführungsform der Erfindung, bei welcher die Saugkammer S und der Innenraum C des Kur­ belgehäuses 4 miteinander durch eine Druckleitung 45 verbunden sind. In der Druckleitung 45 ist ein magnet­ betätigtes Ventil 46 angeordnet, welches durch einen Drucksensor 47 gesteuert wird. Der Drucksensor 47 ist mit dem Innenraum C des Kurbelgehäuses 4 über eine Strömungsverbindungsleitung 48 verbunden. Der Druck­ sensor 47 stellt eine Änderung des Drucks Pc im Kurbel­ gehäuse 4 fest. Daher kann das magnetbetätigte Ventil 46 so betrieben werden, daß es die Strömungsverbindung zwischen der Saugkammer S und dem Innenraum C des Kurbel­ gehäuses 4 unterbricht, wenn der Drucksensor 47 fest­ stellt, daß der Druck Pc im Kurbelgehäuseinnenraum C auf einen vorbestimmten Druckwert Pco abfällt. Wenn andererseits der Drucksensor 47 feststellt, daß der Druck Pc oberhalb des Druckwerts Pco liegt, stellt das magnetbetätigte Ventil 46 die Strömungsverbindung zwischen der Saugkammer S und dem Kurbelgehäuseinnen­ raum C wieder her.

Aus der vorangehenden Beschreibung wird verständlich, daß selbst dann, wenn die Rotation des Kompressors plötzlich beschleunigt wird oder eine Kühlbelastung so verändert wird, daß sich der Saugdruck rasch oder allmählich ändert, der Innenraum des Kurbelgehäuses in einem vorbestimmten, konstanten Druckzustand gehalten wird. Daher kann der Oberflächendruck des Abdichtgliedes der Welle 6 bei einem optimalen Wert gehalten werden. Dies bringt eine Ver­ besserung der Abdichtwirkung dieses Abdichtgliedes des Kompressors hervor. Weiterhin kann erfindungsgemäß der Aufbau der Steuerventilanordnung in einem gattungsge­ mäßen Kompressor vereinfacht werden.

Claims (7)

1. Taumelscheibenkompressor mit variablem Hub, mit einer Saug­ kammer für ein zu komprimierendes Kühlmittel, mit einer Ausstoßkammer für das komprimierte Kühlmittel, mit mehreren Zylinderbohrungen, in denen Kolben hin- und hergehend so angeordnet sind, daß sie das Kühlmittel aus der Saugkammer ansaugen und nach dessen Kompression in die Ausstoßkammer ausstoßen, mit einem geschlossenen Kurbelgehäuse zur Auf­ nahme von Taumel- und Antriebsscheiben, mit deren Hilfe die Kolben angetrieben sind, mit einer Steuereinrichtung zur Veränderung des Taumelwinkels der Taumelscheibe in Abhän­ gigkeit von einer Druckdifferenz zwischen einem Saugdruck in der Saugkammer und einem Kurbelgehäuseinnendruck, um hierdurch den Kompressorhub zu verändern, mit Verbindungs­ leitungen zur Herstellung einer Strömungsverbindung zwischen der Saugkammer und dem Inneren des Kurbelgehäuses und mit einem in einem Teil der Verbindungsleitungen ange­ ordneten Ventilmechanismus, dadurch gekennzeichnet, daß durch ein Druckabfühlmittel (29, 32, 33, 34, 37, 29 d, 29 e, 38, 39, 1 a, 1 d, A, B; 47) eine Veränderung des Kurbel­ gehäuseinnendrucks (Pc) mit Bezug auf einen vorgegebenen Druckwert (Pco) feststellbar ist, und der Ventilmechanismus (29, 29 c, 35, 36, B; 46) die Strömungsverbindung zwischen der Saugkammer (S) und dem Kurbelgehäuseinnenraum (C) in Abhängigkeit von einem Signal aus den Druckabfühlmitteln öffnet, wenn das Signal einen Anstieg des Kurbelgehäuse­ innendruckes über den vorbestimmten Druckwert anzeigt, und die Strömungsverbindung in Abhängigkeit von einem Signal schließt, wenn dieses einen Abfall des Kurbelgehäuse­ innendrucks unter den vorbestimmten Druckwert anzeigt, so daß der Kurbelgehäuseinnenraum bei dem vorbestimmten Druck­ wert gehalten wird und dieser Druck an den Rückseiten der Kolben (10) anliegt, um in Abhängigkeit von einer Druckän­ derung in der Saugkammer eine Verkleinerung oder Vergröße­ rung des Taumelwinkels (13) zu bewirken.

2. Kompressor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckabfühlmittel folgende Merkmale aufweisen:

• a) ein Gehäuse (29), welches in einen in einem Kompressor­ kopf (3) ausgebildeten Hohlraum (3 b) eingesetzt ist, wobei die Saugkammer (S) in diesem Kopf ausgebildet ist;
• b) einen Faltenbalg (33) im Inneren des Gehäuses, welcher eine Atmosphärendruckkammer (A) und eine hiervon sepa­ rate Ventilkammer (B) definiert;
• c) ein im Faltenbalg (33) angeordnetes Federglied (37) mit vorgewählter Federkonstante, welches ein Zusammenfallen des Faltenbalges gestattet, wenn der Kurbelgehäuse­ innendruck, welcher über die Verbindungsleitungen (38, 45) in die Ventilkammer (B) eingeführt ist, sich dem vorgegebenen Druckwert annähert;

und daß der Ventilmechanismus folgende Merkmale umfaßt:

• d) eine Ventilöffnung (29 c) im Boden des Gehäuses (29), welches die Ventilkammer (B) mit der Saugkammer (S) verbindet und
• e) ein mit dem Faltenbalg (33) fest verbundenes Kugelven­ tilglied (35, 36), welches durch das Federglied (37) gegen die Ventilöffnung (29 c) vorgespannt ist.

3. Kompressor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Kugelventilglied eine Ventilstange (35) umfaßt, die mit dem Faltenbalg (33) fest verbunden ist und deren Ende in der Ventilkammer (B) liegt, und daß an diesem Ende der Ventil­ stange (35) eine Ventilkugel (36) befestigt ist.

4. Kompressor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungsleitungen gebildet sind von: einem Teil der Saugkammer (S), einer in einer Ventilplatte (2) ausgebilde­ ten Öffnung (2 a), wobei die Ventilplatte zwischen einem die Saugkammer (S) enthaltenden Kompressorkopf (3) und einem die Zylinderbohrungen (1 b) enthaltenden Zylinderblock (1) angeordnet ist, einer Leitung (38) im Zylinderblock (1), einer durchgehenden Bohrung (1 a) des Zylinderblocks (1), die eine Antriebswelle (6) des Kompressors aufnimmt, einem Spalt in einem Lager (5) der Antriebswelle (6) und einer Radialnut (1 d), die in derjenigen Fläche des Zylinderblocks (1) ausgebildet ist, die dem inneren des Kurbelgehäuses (4) zugewandt ist.

5. Kompressor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckabfühlmittel einen über eine Verbindungsleitung (48) mit dem Kurbelgehäuseinnenraum (C) verbundenen Drucksensor (47) umfassen, und der Ventilmechanismus ein magnetbetätig­ tes Ventil (46) aufweist, welches in einer Verbindungslei­ tung (45) angeordnet ist, wobei dieses Ventil (46) vom Drucksensor (47) betätigt ist.

6. Kompressor nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Drucksensor (47) und das magnetbetätigte Ventil (46) außer­ halb des Kompressors angeordnet sind.