Die Erfindung betrifft einen Taumelscheibenkompressor mit
variablem Hub nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Ein derartiger Taumelscheibenkompressor ist aus der
US 44 28 718 bekannt. Dieser Kompressor ist in einer Saug
kammer mit einem Faltenbalg versehen, um den Saugdruck abzufüh
len. Wenn der Saugdruck aufgrund einer Abnahme der Kühlbela
stung oder aufgrund einer mit hoher Geschwindigkeit erfolgenden
Rotation des Kompressors unter einen vorgegebenen Wert absinkt,
dehnt sich der Faltenbalg in Übereinstimmung mit der Variation
des Ausgleichs zwischen dem Saugdruck und Atmosphärendruck aus
und betätigt einen Ventilmechanismus. Ein Verbindungskanal zwi
schen dem Kurbelgehäuse und der Saugkammer wird hierauf
geschlossen, und ein Verbindungskanal zwischen einer Ausstoß
kammer und dem Kurbelgehäuse wird geöffnet, so daß der Kurbel
gehäusedruck steigt und der Druckunterschied zwischen dem Kur
belgehäusedruck und dem Saugdruck erhöht wird. Als Ergebnis
hiervon werden ein Kolbenhub und hierdurch die Neigung einer
Taumelscheibe reduziert, die den Kolben zu seiner Hin- und Her
bewegung veranlaßt, so daß der Saugdruck nicht unter einen vor
bestimmten Wert fallen kann und der Kompressorhub reduziert
wird.
Wenn jedoch der Saugdruck zeitweise, beispielsweise aufgrund
einer plötzlichen Beschleunigung, abgesenkt wird, stellt der
Faltenbalg des bekannten Taumelscheibenkompressors rasch die
Änderung des Saugdrucks fest und betätigt den Ventilmechanis
mus, wodurch ein unter hohem Druck stehendes Ausstoßgas in das
Kurbelgehäuse überführt wird und den Kurbelgehäusedruck über
mäßig anhebt; gleichwohl wird bei einer solchen plötzlichen
Beschleunigung der Kolbenhub automatisch reduziert, und zwar in
Übereinstimmung mit dem Abfallen des Saugdruckes, um so eine
Betriebsweise mit kleinem Hub zu starten, ohne daß dabei die
Notwendigkeit besteht, den Kurbelgehäusedruck anzuheben. Selbst
wenn dabei die Umdrehungsgeschwindigkeit nach der plötzlichen
Beschleunigung wieder abgesenkt wird, ist die Druckdifferenz
zwischen Saugkammer und Kurbelgehäuse aufgrund der Reduzierung
der Umdrehungszahl klein und der Druck in der Saugkammer wird
durch die ungenügende Verschiebung in der Betriebsweise mit
kleinem Hub gesteigert, so daß der übermäßig erhöhte Druck im
Kurbelgehäuse nur allmählich reduziert werden kann und die
Betriebsweise mit kleinem Hub somit fortgesetzt wird. Als
Ergebnis hiervon steigt die Temperatur in einer Fahrzeugkabine
an. Um die Temperatur auf einen optimalen Wert abzusenken, muß
die Neigung der Taumelscheibe wieder auf ihre maximale Neigung
zurückgestellt werden, was bedeutet, daß eine Verzögerung ein
tritt, bevor die optimale Temperatur wieder erreicht werden
kann. Weiterhin erhöht sich der Lagerdruck an der Wellendich
tung, weil der Kurbelgehäusedruck bei jeder plötzlichen
Beschleunigung übermäßig steigt. Dies führt zu dem Problem, daß
die Lebensdauer der Wellendichtung verkürzt wird.
Es ist Aufgabe der Erfindung, unter Behebung dieser Nachteile
einen gattungsgemäßen Taumelscheibenkompressor so zu verbes
sern, daß der Druck im Kurbelgehäuseinneren während des norma
len Betriebs des Kompressors im wesentlichen bei einem vorbe
stimmten, konstanten Wert gehalten wird und der Kolbenhub des
Kompressors in Abhängigkeit von einer Druckdifferenz zwischen
dem Druck im Kurbelgehäuseinneren, der im wesentlichen bei dem
konstanten Wert gehalten wird, und dem Saugdruck gesteuert
wird, der sich in Abhängigkeit von einer Veränderung der Kühl
belastung oder dergleichen ändert.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden
Merkmale des Patentanspruch 1 gelöst.
Wenn bei der erfindungsgemäßen Lösung der Taumelscheiben
kompressor mit seiner Steuereinrichtung in die Klimaanlage
eines Fahrzeuges eingebaut wird, wird die Betriebsweise des
Kompressors mit vollem Hub rasch wieder aufgenommen, wenn der
Kompressor aufgrund einer plötzlichen Betätigung der Fahrzeug
bremse rasch verzögert wird und nach Lösen der Bremse wieder
zur Betriebsweise mit konstanter Geschwindigkeit zurückkehrt,
oder wenn der Kompressor aufgrund einer plötzlichen Beschleuni
gung des Fahrzeuges seinerseits plötzlich beschleunigt wird und
dann wieder zur Betriebsweise mit konstanter Geschwindigkeit
zurückkehrt.
Bei einem anderen bekannten Taumelscheibenkompressor
(DE 27 18 117 A1) sind Durchlässe vorgesehen, welche die Ent
leerung eines Durchblasgases aus der Kurbelgehäusekammer über
eine Steuerventilanordnung zur Saugkammer hin gestatten. Dabei
wird jedoch nicht der Druck in der Kurbelgehäusekammer, sondern
der Saugdruck bei einem konstanten Wert gehalten.
Es wurde bereits ein Taumelscheibenkompressor vorgeschlagen
(DE 35 45 200 A1), bei dem in einer Leitung, welche die Kurbel
gehäusekammer mit der Saugkammer verbindet, ein Absperrventil
vorgesehen ist, so daß diese Leitung nicht immer offen ist.
Bei einem anderen, früher bereits vorgeschlagenen Taumelschei
benkompressor (DE 35 45 581 A1) ist ein Absperrventil zwischen
der Kurbelgehäusekammer und der Saugkammer vorgesehen, welches
die Verbindung zwischen diesen Kammern öffnet oder verschließt,
und zwar in Abhängigkeit von einem Druckanstieg in der Kurbel
gehäusekammer. Ein Druckanstieg in der Kurbelgehäusekammer wird
durch ein Durchblasgas bewirkt. Dabei wird aber nicht der Kol
benhub des Kompressors durch Steuerung der Verbindung zwischen
Kurbelgehäusekammer und Ausstoßkammer variiert. Weiterhin ist
dort auch kein immer offener Durchlaß zwischen der Kurbelgehäu
sekammer und der Saugkammer vorgesehen, so daß es nicht möglich
ist, eine rasche Änderung des Kolbenhubs zu erzielen.
Bei einem weiteren älteren Vorschlag (DE 35 00 299 A1) weist
ein Taumelscheibenkompressor einen Durchlaß zwischen dem Kur
belgehäuse und einem Niederdruckraum auf, um ein Durchblasgas,
welches aus den Zylinderbohrungen in das Kurbelgehäuse aus
leckt, zu evakuieren. Dieser Durchlaß ist zwar immer offen,
jedoch gestattet eine im Durchlaß angeordnete Drossel ledig
lich, daß das Durchblasgas aus dem Inneren des Kurbelgehäuses
in den Niederdruckraum austritt. Die eigentliche Winkelstellung
der Taumelscheibe wird durch Feststellen des tatsächlich einge
nommenen Winkels, z. B. mit Hilfe eines Potentiometers, festge
stellt. Die Drucksteuerung erfolgt dort also nicht allein durch
die Einstellung bestimmter Drücke und Druckabfühlmittel.
Die nachstehende Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen der
Erfindung dient im Zusammenhang mit beiliegender Zeichnung der
weiteren Erläuterung. Es zeigen:
Fig. 1 eine Längsschnittansicht einer ersten
Ausführungsform eines Taumelscheibenkom
pressors;
Fig. 2A eine vergrößerte Schnittansicht einer
Ventilsteuereinheit im Schließzustand;
Fig. 2B eine vergrößerte Schnittansicht der Ven
tilsteuereinheit in geöffnetem Zustand;
Fig. 3 eine Querschnittsansicht entlang der
Linie A-A in Fig. 1;
Fig. 4 ein Längsschnittansicht einer zweiten
Ausführungsform eines Taumelscheiben
kompressors;
Fig. 5 eine vergrößerte Schnittansicht
einer Ventilsteuereinheit;
Fig. 6 und 7 vergrößerte Schnittansichten zur
Beschreibung der Betriebsweise der
Ventilsteuereinheit aus Fig. 5 und
Fig. 8 eine vergrößerte Schnittansicht einer
Abwandlung der Ventilsteuereinheit.
Eine erste Ausführungsform eines Taumelscheibenkompressors
mit variablem Hub und Winkelverstellbarkeit der Taumel
scheibe, insbesondere zur Anwendung in der Klimaanlage
eines Fahrzeuges, ist in Fig. 1 dargestellt.
Ein Zylinderblock 1 weist an seiner rechten Stirnseite eine
Ventilplatte 2 auf, über welche ein Kompressorkopf 3 mit
dem Zylinderblock 1 verbunden und an diesem mit passenden
Befestigungsmitteln gehalten ist. Eine ringförmige Saug
kammer 4 ist entlang dem Innenumfang des Kompressorkopfes
3 ausgebildet. In der Mitte des Kopfes 3 ist eine Ausstoß
kammer 6 vorgesehen. Saug- und Ausstoßkammer 4 bzw. 6
sind voneinander getrennt und über eine Saugöffnung 5 bzw.
eine Ausstoßöffnung 7 mit einem äußeren Kühlmittelkreislauf
verbunden. Die linke Stirnseite des Zylinderblocks 1 ist
mit einem Kurbelgehäuse 8 verbunden und an diesem befestigt.
Eine innengelegene Kammer 9 des Kurbelgehäuses 8 nimmt eine
Taumelscheibe 19 auf, die später noch beschrieben wird.
Im Zylinderblock 1 und Kurbelgehäuse 8 ist drehbar eine
Antriebswelle 10 gelagert, wozu ein Paar von Lagern 11
vorgesehen ist. Ferner ist an der Welle 10 eine Wellen
dichtungseinrichtung 47 vorgesehen.
Der Zylinderblock 1 weist fünf axial verlaufende Zylinder
bohrungen 12 (Fig. 3) auf, die so ausgebildet sind, daß
sie durch beide Stirnseiten des Zylinderblocks 1 parallel
zur Antriebswelle 10 hindurch verlaufen. In jeder Zylinder
bohrung 12 ist ein Kolben 13 hin- und herverschieblich
angeordnet. Die linke Stirnseite jedes Kolbens 13 ist
mit einer Kolbenstange 14 verbunden. Die Ventilplatte 2
weist einen Saugventilmechanismus 15 auf, der so ausgebildet
ist, daß ein Kühlgas aus der Saugkammer 4 in eine
Kompressionskammer jeder Zylinderbohrung 12 eingeführt
werden kann. Die Ventilplatte 2 ist ferner mit einem
Ausstoßventilmechanismus 16 versehen, mit dessen Hilfe das
in der Kompressionskammer jeder Zylinderbohrung 12
komprimierte Kühlgas in die Ausstoßkammer 6 ausgetoßen
wird.
Die Antriebswelle 10 ist drehschlüssig mit einem Antriebs
element 17 verbunden. Das Antriebselement 17 steht über
einen Verbindungszapfen 18 mit einer Antriebsscheibe 19 A
in Verbindung. Die Antriebsscheibe 19 A rotiert zusammen
mit dem Antriebselement 17 und kann sich mit Bezug auf die
Antriebswelle 10 schrägstellen. Die Antriebsscheibe 19 A
stützt eine Taumelscheibe 19 ab, die ebenfalls in der Lage
ist, sich mit Bezug auf das Antriebselement 17 zu neigen,
jedoch ist die Rotation der Taumelscheibe 19 durch eine
Führungsstange 20 begrenzt, die horizontal an einer
vorgegebenen Stelle abgestützt ist. Die Taumelscheibe 19
ist mit dem linken Endteil jeder Kolbenstange 14 durch
ein Kugelgelenk verbunden. Wenn die Antriebswelle 10
umläuft und das Antriebselement 17 antreibt, taumelt die
Taumelscheibe 19 und die Kolben 13 werden über die Kolben
stange 14 hin- und hergehend angetrieben. In
Abhängigkeit von einer Druckdifferenz zwischen dem Saug
druck in der Saugkammer 4 und einem Druck in der Kammer
9 des Kurbelgehäuses 8 variiert der Hub jedes Kolben 13,
um die Neigung der Taumelscheibe 19 zu verändern, so daß
auf diese Weise die Kompressorverschiebung oder der
Kompressorhub steuerbar ist.
Der soweit beschriebene Kompressoraufbau ist konventionell.
Im folgenden werden die wesentlichen Elemente der
Erfindung beschrieben. Eine Trennwand, welche die Ausstoß
kammer 6 und die Saugkammer 4 im Kompressorkopf 3 voneinander
trennt, weist an ihrem unteren Teil einen verdickten
Abschnitt 21 auf, der einstückig mit der Trennwand aus
gebildet ist. Die Ausstoßkammer 6 und die Kammer 9 des
Kurbelgehäuses 8 stehen miteinander über eine Gasdurchlaß
22 in Verbindung, der zwischen diesen beiden Teilen des
Kompressors vorgesehen ist. Der Gasdurchlaß 22 umfaßt einen
Durchlaß 23, welcher an derjenigen Seite des verdickten
Abschnitts 21 vorgesehen ist, der der Ventilplatte 2
gegenüberliegt. Der Durchlaß 23 steht mit dem untersten
Teil der Ausstoßkammer 6 in Verbindung. Ein im Mittelteil
des verdickten Abschnitts 21 ausgebildeter Durchlaß 24
erstreckt sich seitlich und steht mit dem Durchlaß 23 in
Verbindung; eine Lagerbohrung 25, die im Mittelteil des
Zylinderblocks 1 ausgebildet ist, nimmt die Antriebswelle
10 auf; ein Durchlaß 26, welcher den verdickten Abschnitt
21, die Ventilplatte 2 und den Zylinderblock 1 durchdringt,
steht mit dem Durchlaß 24 und der Lagerbohrung 25 in
Verbindung; innerhalb des Lagers 11 ist ein spaltförmiger
Zwischenraum vorgesehen; schließlich ist ein Durchlaß 27
an der linken Stirnseite des Zylinderblocks 1 vorgesehen.
Die zuvor erwähnten Teile 23-27 bilden den Durchlaß 22.
Die Lagerbohrung 25 und die Durchlässe 26 und 27 des
Gasdurchlasses 22 können auch durch einen Durchlaß 22 A
ersetzt werden, der in der Mitte des Durchlasses 26
seinen Ausgang nimmt und seitlich durch den Zylinderblock
1 hindurch verläuft, wie strichpunktiert in Fig. 1
angegeben. An der Grenze zwischen den Durchlässen 23
und 24 ist ein Absperrventil 28 vorgesehen, welches den
Gasdurchlaß 22 bedarfsweise öffnet und verschließt. Das
Absperrventil 28 umfaßt einen Ventilsitz 29, der am linken
Ende des seitlich verlaufenden Durchlasses 24 ausgebildet
ist. Eine Ventilkugel 30 ist so angeordnet, daß sie in
lösbaren Kontakt mit dem Ventilsitz 29bringbar ist; eine
Feder 31 spannt die Ventilkugel 23 gegen den Ventilsitz
29 in Schließstellung vor.
Der verdickte Abschnitt 21 des Kompressorkopfes 3 enthält
weiterhin eine Ventilsteuereinheit 39, welche den Öffnungs-
und Schließvorgang des Absperrventils 28 steuert. Die
Ventilsteuereinheit ist folgendermaßen aufgebaut: mit dem
Durchlaß 24 ist eine Aufnahmebohrung 32 ausgerichtet, die
zur Atmosphäre hin offen ist. Die Aufnahmebohrung 32
nimmt einen Faltenbalg 33 auf, der an seinem Basisende
einen Klemmring 34 aufweist. Der Klemmring 34 liegt am
Innenumfang der Aufnahmebohrung 32 über einen O-Ring 35
an und wird mit Hilfe eines Schnapprings 36 in vorbestimmter
Lage gehalten. An der Mitte einer Stirnplatte 37, die am
vorderen Ende des Faltenbalgs 33 angeordnet ist, ist eine
Betätigungsstange 38 befestigt.
In dem Innenumfang des Klemmrings 34 ist eine Federaufnahme
40 eingeschraubt. Zwischen dieser Aufnahme 40 und der
Stirnplatte 37 ist eine Feder 41 angeordnet, welche die
Betätigungsstange 38 gegen die Ventilkugel 30 vorspannt.
Die Federaufnahme 40 weist einen Durchlaß 43 auf, der
mit dem Innenraum des Faltenbalgs 33 und der Atmosphäre
in Verbindung steht. Hierdurch wird eine Kammer 42
gebildet, die unter Atmosphärendruck steht. Die Aufnahme
bohrung 32, der Faltenbalg 33, der Klemmring 34, die
Stirnplatte 37 usw. bilden eine getrennte, drucksensitive
Kammer 44, die mit der Kammer 9 des Kurbelgehäuses 8 über
einen Verbindungsdurchlaß 45 in Verbindung steht. Dieser
Durchlaß 45 verläuft seitlich durch den Zylinderblock 1,
die Ventilplatte 2 und den verdickten Abschnitt 21 hindurch.
Wenn bei dieser Ausführungsform der Druck in der Kammer 9
des Kurbelgehäuses 8 größer als ein eingestellter Wert
(beispielsweise 2,5 atm) ist, überwindet der Druck in der
Kammer 44 die Kraft, welche aus der Feder 41 und dem
Atmosphärendruck resultiert, so daß sich die Betätigungs
stange 38 nach rechts bewegt, und das Ventil 28 in
Schließstellung gelangt. Wenn andererseits der Druck in
der Kammer 9 des Kurbelgehäuses 8 kleiner als der eingestellte
Wert wird, kehrt sich die auf die Betätigungsstange 38
wirkende Kraft um und das Absperrventil 28 öffnet.
Ein Extraktionsdurchlaß 46 verläuft seitlich durch den
Zylinderblock 1 und die Ventilplatte 2 hindurch und stellt
zwischen dem Inneren des Kurbelgehäuses 8 und der Saugkammer
4 eine Verbindung her. Aufgrund dieses Extraktionsdurchlasses
46 wird Kühlmittelgas, welches bei einem Durchblasen aus
der Kompressionskammer jeder Zylinderbohrung 12 in die
Kammer 9 des Kurbelgehäuses 8 gelangt, in die Saugkammer 4
zurückgeführt, so daß jeder Druckanstieg in der Kammer 9
des Kurbelgehäuses 8 unterdrückt werden kann. Der
beschriebene Taumelscheibenkompressor arbeitet in
folgender Weise:
Während des Stillstands des Kompressors ist der Druck
(beispielsweise 4 atm) in der Kammer 9 des Kurbelgehäuses
8 größer als der eingestellte Wert (beispielsweise 2,5 atm).
Dementsprechend steht, wie in Fig. 1 und 2A dargestellt,
die Betätigungsstange 38 in der Ventilschließstellung,
wobei die Ventilkugel 30 des Ventils 28 am Ventilsitz 29
anliegt und den Gasdurchlaß 22 verschließt. Wenn die
Antriebswelle 10 durch die Antriebskraft eines Fahrzeug
motors in Umlauf versetzt wird, wird die Taumelscheibe 19
taumelnd geneigt, ohne dabei vom Antriebselement 17 und
dem Verbindungszapfen 18 mitgenommen zu werden.
Dementsprechend werden die Kolben 13 über die Kolben
stangen 14 hin- und herbewegt und saugen Kühlmittelgas
aus der Saugkammer 4 über den Saugventilmechanismus 15
in die Kompressionskammern der Zylinderbohrungen 12.
Das Kühlmittelgas wird in den Kompressionskammern
komprimiert und unter Druck über den Ausstoßventil
mechanismus 16 in die Ausstoßkammer 16 ausgestoßen.
Andererseits wird aufgrund eines Durchblasens das Kühl
mittelgas aus der Kompressionskammer jeder Zylinder
bohrung 12 über einen Spalt zwischen der inneren Umfangs
fläche jeder Zylinderbohrung 12 und der Umfangsfläche
jedes Kolbens 13 in die Kammer 9 des Kurbelgehäuses 8
geschickt. Dieses auf dem Durchblaseffekt beruhende
Kühlmittelgas wird vom Inneren des Kurbelgehäuses 8 über
den Durchlaß 46, der immer offen ist, in die
Saugkammer 4 zurückgeleitet. Wenn die Kühlbelastung
beim Start des Kompressors aufgrund einer hohen Temperatur
in der zu kühlenden Fahrzeugkabine groß ist, ist der
Druck (beispielsweise 4 atm) im Inneren des Kurbelgehäuses
9 etwas höher als der Saugdruck, um die dazwischen
liegende Druckdifferenz unterhalb eines vorbestimmten Wertes
zu halten, so daß die Kolben 13 mit maximaler Hublänge
hin- und herbewegt werden. In diesem Zustand wird der
Kompressor mit vollem Hub oder voller Verschiebeleistung
betätigt, wobei die Neigung der Taumelscheibe 9 bei einem
großen Wert gehalten wird.
Der Betrieb des Kompressors wird in diesem Zustand
fortgesetzt. Wenn die Temperatur in der Fahrzeugkabine
abgesenkt und hierdurch die Kühlbelastung reduziert ist,
nimmt der Saugdruck ab und der Druck in der Kammer 9 des
Kurbelgehäuses 8 sinkt. Wenn der Druck im Inneren des
Kurbelgehäuses unter einen eingestellten Wert (2,5 atm)
abgesenkt ist, sinkt auch der Druck in der Kammer 44
entsprechend, so daß sich der Faltenbalg 33 unter der
Wirkung der Feder 41 ausdehnt. Die Betätigungsstange
38 stößt hierauf die Ventilkugel 30 vom Ventilsitz 29
weg, so daß sich der Gasdurchlaß 22, wie in Fig. 2B
dargestellt, öffnet. Infolgedessen fließt Ausstoßgas aus
der Ausstoßkammer 6 in die Kammer 9 des Kurbelgehäuses 8,
und zwar über den Gasdurchlaß 22, und stopt die Absenkung
des Druckes im Inneren des Kurbelgehäuses.
Zu diesem Zeitpunkt wird das Gas, welches aus der Ausstoß
kammer 6 durch den Durchlaß 22 in die Kammer 9 des Kurbel
gehäuses fließt, durch einen spaltförmigen Zwischenraum
im Lager 11 gedrosselt, so daß der Druck im Inneren des
Kurbelgehäuses allmählich abnimmt. Wenn der Druck im
Kurbelgehäuse aufgrund des Gasflusses aus dem Durchlaß 22
den eingestellten Wert übersteigt, wird die Betätigungs
stange 38 in Ventilschließsteliung verschoben. Die
Ventilkugel 30 wird durch die Feder 31 gegen den Ventil
sitz 29 gedrückt und schließt den Gasdurchlaß 22, wodurch
der Druckanstieg im Inneren des Kurbelgehäuses gestoppt
wird. Als Ergebnis hiervon wird der Druck in der Kammer 9
des Kurbelgehäuses während des normalen Kompressorbetriebs
automatisch im wesentlichen bei dem eingestellten Wert
gehalten.
Wenn die Temperatur in der Fahrzeugkabine absinkt und die
Kühlbelastung weiter reduziert ist, wird der Saugdruck
abgesenkt ohne Rücksicht auf den Druck im Inneren des
Kurbelgehäuses, der im wesentlichen bei dem eingestellten
Wert gehalten wird. Wenn die Druckdifferenz zwischen dem
Druck in der Kammer 9 des Kurbelgehäuses 8 und dem Saug
druck einen vorbestimmten Wert übersteigt (beispielsweise
0,5 atm), wird der Hub jedes Kolbens 13 reduziert, um so
auch die Neigung der Taumelscheibe 19 zu reduzieren, so
daß die Betriebsweise des Kompressors in einen Kompressor
betrieb mit kleinem Hub verändert wird.
Wenn der Fahrzeugmotor während des normalen Betriebs
plötzlich beschleunigt wird und hierdurch die Umdrehungs
geschwindigkeit der Antriebswelle 10 plötzlich ansteigt,
wird der Saugdruck abgesenkt und die Druckdifferenz zwischen
dem Druck im Inneren des Kurbelgehäuses und dem Saugdruck
steigt, um so den Hub jedes Kolbens 13 zu reduzieren und
hierdurch auch den Kompressorhub zu verringern. In diesem
Fall wird das Absperrventil 28 durch den Saugdruck nicht
beeinflußt, so daß der Druck in der Kammer 9 des Kurbel
gehäuses nicht übermäßig ansteigt. Wenn die plötzliche
Beschleunigung des Motors wieder abgestoppt und die
Umdrehungsgeschwindigkeit der Antriebswelle 10 reduziert
wird, steigt der Hub jedes Kolbens 13 gemäß dem Anstieg
des Saugdrucks, wodurch der Kompressorhub steigt.
Bei dem beschriebenen Kompressor kann die mit Atmosphären
druck in Verbindung stehende Kammer 42 auch durch eine
unter Vakuum stehende Kammer (nicht dargestellt) ersetzt
werden. Der Faltenbalg 33 kann auch durch eine (nicht
dargestellte) Membran ersetzt werden.
Wie aus der voranstehenden Beschreibung hervorgeht, wird
bei einem Kompressorbetriebszustand, in dem ein Absperr
ventil einen Gasdurchlaß verschließt, Kühlgas, welches aus
einer Kompressionskammer jeder Zylinderbohrung in das
Kurbelgehäuse aufgrund eines Durchblasens gelangt,
erfindungsgemäß über einen Extraktionsdurchlaß in eine
Saugkammer zurückgeleitet. Wenn die Temperatur in einer
Fahrzeugkabine absinkt und die Kühlbelastung reduziert wird,
und wenn der Druck im Kurbelgehäuseinneren unter einen
eingestellten Wert in Übereinstimmung mit dem Senken des
Saugdruckes fällt, öffnet ein Ventilsteuermechanismus das
Absperrventil und gestattet es, dem Hochdruckgas aus der
Ausstoßkammer in das Innere des Kurbelgehäuses zu fließen,
so daß der Druck im Inneren des Kurbelgehäuses ansteigt.
Wenn der Druck im Kurbelgehäuseinneren höher als der
eingestellte Wert wird, schließt der Ventilsteuermechanismus
das Absperrventil und hierdurch den Gasdurchlaß, wodurch
ein Ansteigen des Druckes im Inneren des Kurbelgehäuses
gestoppt ist. Als Ergebnis hiervon wird der Druck im
Inneren des Kurbelgehäuses während normaler Betriebsweise
stets im wesentlichen bei dem eingestellten Wert gehalten.
Infolgedessen kann der Hub der Kolben in Abhängigkeit
von einer Druckdifferenz zwischen einem im wesentlichen
fixierten Druck im Kurbelgehäuseinneren und dem Saugdruck
gesteuert werden, der entsprechend einer Veränderung der
Kühlbelastung usw. variiert. Somit ist es möglich, den
Kompressorhub zu steuern.
Wenn andererseits der Saugdruck im Zeitpunkt einer
plötzlichen Beschleunigung zeitweise abgesenkt wird,
wird der Druck im Kurbelgehäuseinneren im wesentlichen
bei dem eingestellten Wert gehalten, so daß der Kolbenhub
durch den Druckunterschied zwischen dem Druck im Inneren
des Kurbelgehäuses und dem Saugdruck reguliert werden kann,
um die Neigung der Taumelscheibe vorübergehend zu reduzieren
und hierdurch den Kolbenhub zu verringern. Wenn die
plötzliche Beschleunigung aufhört und einen Anstieg des
Saugdrucks verursacht, wird die Druckdifferenz dementsprechend
verringert, so daß die frühere Neigung der Taumelscheibe
prompt wieder erreicht wird.
Infolgedessen kann der erfindungsgemäße Taumelscheiben
kompressor den Druck im Kurbelgehäuseinneren im
wesentlichen bei dem konstant eingestellten Wert während
des normalen Kompressorbetriebs halten, und zwar unabhängig
vom Saugdruck. Selbst wenn zeitweise eine plötzliche
Beschleunigung auftritt, steigt der Druck im Inneren des
Kurbelgehäuses nicht übermäßig an, so daß die Lebensdauer
einer Wellendichtung mit geringem Lagerdruck verlängert
und hierdurch die Standzeit der Wellendichtungseinrichtung
erhöht wird. Da der Saugdruck im Zeitpunkt einer
plötzlichen Beschleunigung abgesenkt wird, wird die Druck
differenz zwischen dem Druck im Inneren des Kurbelgehäuses
und dem Saugdruck größer, um hierdurch den Hub jedes
Kolbens zu reduzieren und den Kolbenhub zu verringern.
Wenn die plötzliche Beschleunigung abgeschlossen und
daher die Umdrehungszahl wieder abgesenkt wird, wird die
Druckdifferenz entsprechend dem Ansteigen des Saugdruckes
kleiner, da der Druck im Inneren des Kurbelgehäuses im
wesentlichen bei einem festen Wert gehalten wird. Dem
entsprechend wird der Kompressorhub rasch in den
ursprünglichen Zustand zurückgeführt, so daß die rasche
Abkühlungscharakteristik nach Abschluß einer plötzlichen
Beschleunigung verbessert wird. Selbst wenn die plötzliche
Beschleunigung im Zeitpunkt eines Motorstarts ausgeführt
wird, wird der Druck im Inneren des Kurbelgehäuses nicht
übermäßig erhöht, so daß der Kompressorhub rasch zu
seinem ursprünglichen Zustand zurückkehrt, nachdem eine
plötzliche Beschleunigung abgeschlossen ist. Hierdurch
wird insgesamt die Abkühlcharakteristik verbessert.
Die zweite Ausführungsform eines Taumelscheibenkompressors
gemäß Fig. 4-7 umfaßt eine Ventilsteuereinheit, die
gegenüber der Steuereinheit der ersten Ausführungsform
verbessert ist. In Fig. 4-7 sind identische und ähnliche
Teile der ersten Ausführungsform mit Bezugszeichen versehen,
die gegenüber den Bezugszeichen in Fig. 1-3 um 100
vergrößert sind.
Gemäß Fig. 4 ist der Zylinderblock 101 an seiner rechten
Stirnseite mit einer Ventilklappe 102 versehen, über
welche ein Kompressorkopf 103 mit dem Zylinderblock 101
verbunden ist. Am Innenumfang des Kompressorkopfes 103
ist eine ringförmige Saugkammer 104 ausgebildet. In der
Mitte des Kompressorkopfes 103 ist eine Ausstoßkammer 106
vorgesehen. Die Saugkammer 104 und die Ausstoßkammer 106
sind voneinander getrennt und an ein äußeres Kühlleitungs
system über entsprechende (nicht dargestellte) Saug- und
Ausstoßöffnungen angeschlossen. An der linken Stirnseite
des Zylinderblocks 101 ist ein Kurbelgehäuse 108 befestigt.
Die innere Kammer 109 des Kurbelgehäuses 108 enthält eine
Taumelscheibe 119. Im Zylinderblock 101 und dem Kurbel
gehäuse 108 ist drehbar eine Antriebswelle 110 abgestützt.
Der Zylinderblock 101 weist sechs Zylinderbohrungen 112
auf, von denen lediglich eine dargestellt ist und die
parallel mit der Antriebswelle 110 an beiden Stirnseiten
des Zylinderblocks 101 durchgehend ausgebildet sind.
In jeder Zylinderbohrung 112 ist ein Kolben 113 hin- und
herverschieblich angeordnet. Die linke Seite des Kolbens
113 ist über ein Kugelgelenk mit einer Kolbenstange 114
verbunden. Die Ventilplatte 102 weist einen Saugventil
mechanismus 115 auf, der so ausgebildet ist, daß ein
Kühlgas aus der Saugkammer 104 in eine Kompressionskammer
jeder Zylinderbohrung 112 einführbar ist. Die Ventilplatte
102 ist ferner mit einem Ausstoßventilmechanismus 116
versehen, mit dessen Hilfe das in den Kompressionskammern
der Zylinderbohrungen 112 komprimierte Gas in die Ausstoß
kammer 106 austritt.
An die Antriebswelle 110 ist drehschlüssig ein Antriebs
element 117 angekoppelt. Ein Langloch 117 B an einem
Vorsprung 117 A, der vom Antriebselement 117 absteht, greift
über einen Verbindungszapfen 118 an einer Antriebsscheibe
119 A an. Die Antriebsscheibe 119 A rotiert zusammen mit
dem Antriebselement 117 und kann sich mit Bezug auf die
Antriebswelle 110 und das Antriebselement 117 dabei taumelnd
neigen.
Die Antriebsscheibe 119 A ist mit der Taumelscheibe 119
ausgestattet, die sich ebenfalls zusammen mit der Antriebs
scheibe 119 A bezüglich der Antriebswelle 110 taumelnd
neigen kann, deren Rotation jedoch durch einen Führungsstab
120 begrenzt ist, welcher seinerseits horizontal verlaufend
an einer vorbestimmten Stelle gelagert ist. Die Taumel
scheibe 119 ist über Kugelgelenke mit den linksseitigen
Endabschnitten der Kolbenstangen 114 verbunden. Wenn die
Antriebswelle 110 umläuft und das Antriebselement 117
drehend antreibt, taumelt die Taumelscheibe 119 und
verschiebt die Kolben 113 über die Kolbenstangen 114 hin
und her. In Übereinstimmung mit einer Druckdifferenz
zwischen dem Saugdruck in der Saugkammer 104 und dem Druck
im Kurbelgehäuse 108 variiert der Hub der Kolben 113, um
die Neigung der Taumelscheibe 119 zu ändern und hierdurch
den Kompressorhub zu steuern.
Nachstehend werden die wesentlichen Elemente der Erfindung
erläutert.
An der Rückseite des Kompressorkopfes 103 ist ein ausgebauchter
Abschnitt 121 einstückig ausgebildet, in dem fest eine Ventil
steuereinheit 50 zur Aufrechterhaltung des Druckes im
Kurbelgehäuse im wesentlichen bei einem vorbestimmten
konstanten Wert angeordnet ist. Die Ventilsteuereinheit 50 wird
im Zusammenhang mit Fig. 5 erläutert. Ein erstes
zylindrisches Gehäuses 51 mit abgedeckten Ober- und Unterteilen
weist ein zylindrisches zweites Gehäuse 52 auf, dessen am
oberen Ende gelegener Umfangsteil in die Innenseite des
unteren Teils des ersten Gehäuses 51 eingeschraubt ist.
Ein drittes zylindrisches Gehäuse 53 ist in die Innen
seite des unteren Endes des zweiten Gehäuses 52
eingeschraubt.
Im ersten Gehäuse 51 ist ein Faltenbalg 54 angeordnet.
Das vordere Ende des Faltenbalgs 54 ist mit dem oberen
Ende einer Betätigungsstange 55 verbunden, welche durch
das zweite Gehäuse 52 hindurch verläuft und in das dritte
Gehäuse 53 hineinragt. Die Betätigungsstange 55 ist durch
eine Feder 56, die im Faltenbalg 54 angeordnet ist, nach
unten vorgespannt.
Im Inneren des Faltenbalgs 54 ist eine Atmosphärenkammer
57 ausgebildet, die mit der Atmosphäre in Verbindung steht.
Zwischen dem Faltenbalg 54 und dem ersten Gehäuse 51
befindet sich eine drucksensitive Kammer 58 zum Abfühlen
eines Druckes Pc, welches der Druck in der Kammer 109 des
Kurbelgehäuses 108 ist. Die drucksensitive Kammer 58
steht mit der inneren Kammer 109 des Kurbelgehäuses 108
über einen Verbindungsdurchlaß 59 in Verbindung, der im
Zylinderblock 101, im Kompressorkopf 103 und im ersten
Gehäuse 51 ausgebildet ist. Bei dieser Ausführungsform
bilden das erste Gehäuse 51, der Faltenbalg 54, die
Betätigungsstange 55, die Feder 56, die Atmosphärenkammer
57, die drucksensitive Kammer 58, der Verbindungsdurchlaß
59 usw. einen Steuerventilmechanismus 60, welcher ein erstes
Absperrventil 64 und ein zweites Steuerventil 69, die später noch
beschrieben werden, steuert.
Das dritte Gehäuse 53 enthält das erste Absperrventil 64
innerhalb eines Ventilkastens 61; im Ventilkasten 61
befindet sich ein kegelstumpfförmiges Ventilelement 62,
welches durch die Betätigungsstange 55 in seine Offen
stellung verschoben werden kann; eine Feder 63 spannt
das Ventilelement 62 in Schließstellung vor, und zwar mit
einer Kraft, die geringfügig kleiner als diejenige der
Feder 56 des Steuerventilmechanismus 60 ist. Das erste
Absperrventil 64 ist in der Mitte eines Gasdurchlasses 65
angeordnet, der zwischen der Ausstoßkammer 106 und dem
Inneren des Kurbelgehäuses 108 eine Verbindung herstellt
und die Anlieferung von Gas aus der Ausstoßkammer 106
in die Kammer 109 des Kurbelgehäuses steuert. An der
Unterseite des dritten Gehäuses 53 ist ein Filter 66
angeordnet, um Verunreinigungen aus dem durch den Durchlaß
65 fließenden Gas zu entfernen.
Das zweite Steuerventil 69 ist im zweiten Gehäuse 52
angeordnet und umfaßt einen Ventilkasten 67 sowie ein
Ventilelement 68, welches einstückig mit der Betätigungs
stange 55 an deren Mittelteil ausgebildet ist. Das zweite
Ventil 69 ist in der Mitte eines Extraktionsdurchlasses 70
angeordnet, welcher die innere Kammer 109 des Kurbelgehäuses
mit der Saugkammer 104 verbindet. Durch Steuerung der
Öffnung des zweiten Steuerventils 69 kann die Strömung
des Kühlmittelgases, welches aus dem Inneren des Kurbel
gehäuses in die Saugkammer 104 zurückgelangt, eingestellt
werden.
Wenn bei dieser Ausführungsform der Druck Pc in der Kammer
109 größer als der eingestellte Wert (beispielsweise 2,7 atm)
ist, wird der Druck in der drucksensitiven Kammer 58
größer als die resultierende Kraft aus der Kraft der Feder 56
und dem Atmosphärendruck, so daß die Betätigungsstange 55
nach oben gestoßen wird und das erste Absperrventil 64 schließt.
Dabei wird die Öffnung des zweiten Steuerventils 69
erweitert. Wenn im Gegensatz hierzu der Druck im Inneren
des Kurbelgehäuses kleiner als der eingestellte Wert ist,
wird die Richtung der auf die Betätigungsstange 55 wirkenden
Kraft umgekehrt. Hierdurch öffnet das erste Absperrventil
64 und die Öffnung des zweiten Steuerventils 69 wird
verengt.
Der beschriebene Taumelscheibenkompressor wirkt in
folgender Weise:
Wenn die Temperatur in einer zu kühlenden Fahrzeugkabine
hoch und die Kühllast im Anlaufstadium des Kompressors
groß ist, ist der Druck Pc (beispielsweise 4 atm) in der
Kammer 109 des Kurbelgehäuses 108 etwas höher als der
Saugdruck Ps, und eine Druckdifferenz Δ p (Pc-Ps) wird
unter einem vorbestimmten Wert gehalten, so daß die Kolben
113 mit maximalem Hubweg hin- und herbewegt werden und der
Kompressor mit vollem Verschiebevolumen in Tätigkeit ist,
wobei die Neigung der Taumelscheibe 119 groß ist. Unter
diesen Umständen übersteigt, wie in Fig. 5 dargestellt,
der Druck Pc in der Kammer 109 des Kurbelgehäuses 108 den
eingestellten Druck (2,7 atm), um so den Druck in der druck
sensitiven Kammer 58 zu erhöhen. Die Betätigungsstange 55
wird nach oben verschoben und schließt den Gasdurchlas 65
mit Hilfe des ersten Absperrventils 64. Hierdurch wird die Gasanlieferung
aus der Ausstoßkammer 106 zum Inneren des Kurbelgehäuses
gestoppt, während die Öffnung des zweiten Steuerventils 69
erweitert wird, um das Gas zwischen dem Kurbelgehäuse 109
und der Saugkammer 104 rasch zu verschieben.
Wenn dann die Temperatur in der Fahrzeugkabine gesenkt
und die Kühllast reduziert ist, sinkt der Saugdruck Ps
und dementsprechend auch der Druck Pc im Inneren des
Kurbelgehäuses. In diesem Zeitpunkt ist die Öffnung des
zweiten Steuerventils 69 ausreichend groß, um den Druck
im Inneren des Kurbelgehäuses rasch zu verringern, und
zwar im wesentlichen synchron mit dem Abfall des Saug
druckes Ps. Als Ergebnis wird der Druckunterschied Δ p
im wesenTlichen bei einem festen Wert gehalten und der
Kompressor bleibt im Zustand seines vollen Hubs.
Wenn die Temperatur in der Fahrzeugkabine weiter absinkt
und hierdurch die Kühlbelastung weiter verringert ist,
und wenn der Druck Pc im Inneren des Kurbelgehäuses sowie
der Saugdruck Ps abgesenkt werden, um den Druck Pc in der
Kammer 109 des Kurbelgehäuses unter den eingestellten Wert
(2,7 atm) zu senken, wird auch der Druck in der druck
sensitiven Kammer 58 abgesenkt, so daß sich der Faltenbalg
54 unter der Wirkung der Feder 56 ausdehnen kann. Das
vordere Ende der Betätigungsstange 55 ist in Berührung mit
dem Ventilelement 62 (vgl. Fig. 6) und stößt somit dieses
Ventilelement, wie in Fig. 7 dargestellt, nach unten, so
daß sich der Gasdurchlaß 65 öffnet. Dementsprechend
fließt unter hohem Druck stehendes Gas aus der Ausstoß
kammer 106 über den Gasdurchlaß 65 in die Kammer 109 des
Kurbelgehäuses und stoppt den Abfall des Druckes Pc in der
Kammer 109. Unter diesen Umständen ist die Öffnung des
zweiten Steuerventils 69 aufgrund der Einstellung des
Ventilelements 68 klein, so daß die Menge an Kühlgas, die
von der Kammer 109 des Kurbelgehäuses zur Saugkammer 104
zurückgeschickt wird, reduziert ist. Hierdurch wird der
Druck im Inneren des Kurbelgehäuses rasch auf den
eingestellten Wert zurückgeführt.
Wenn im Gegensatz hierzu der Druck Pc im Inneren des
Kurbelgehäuses den eingestellten Wert übersteigt, und
zwar aufgrund der Tatsache, daß unter hohem Druck
stehendes Gas mit einem Ausstoßdruck Pd bei der in Fig. 7
dargestellten Situation durch den Gasdurchlaß 65
geschickt wird, wird die Betätigungsstange 55 nach oben
verschoben, so daß sich der Gasdurchlaß 65 über das
Ventilelement 62 des ersten Absperrventils 64 fließt und
der Anstieg des Drucks Pc im Inneren des Kurbelgehäuses
angehalten wird. In diesem Augenblick wird das Ventil
element 68 des zweiten Steuerventils 69 zusammen mit der
Betätigungsstange 55 nach oben verschoben und senkt den
Druck Pc im Inneren des Kurbelgehäuses rasch auf den
eingestellten Wert ab. Auf diese Weise kann der Druck Pc
im Inneren des Kurbelgehäuses automatisch rasch und genau
im wesentlichen bei dem eingestellten Wert gehalten werden,
solange sich der Kompressor in einem normalen Betriebs
zustand befindet.
Wenn die Temperatur in der Fahrzeugkabine weiter sinkt
und die Kühlbelastung damit weiter abfällt, sinkt der
Saugdruck Ps ohne Rücksicht auf den Druck Pc im Kurbel
gehäuseinneren, der seinerseits bei dem zuvor erwähnten,
eingestellten Wert gehalten ist. Wenn der Druckunterschied
Δ p zwischen dem Druck Pc in der Kammer 109 des Kurbel
gehäuses und dem Saugdruck Ps einen vorbestimmten Wert
(beispielsweise 0,5 atm) übersteigt, wird der Hub jedes
Kolbens 113 verringert und dementsprechend auch die
Neigung der Taumelscheibe 119, so daß der Kompressor nunmehr
mit kleinem Hub betrieben wird.
Wenn andererseits der Fahrzeugmotor plötzlich beschleunigt
und hierdurch die Umdrehungsgeschwindigkeit der Antriebs
welle 110 während des Kompressorbetriebs mit vollem Hub
rasch erhöht wird, sinkt der Saugdruck Ps und der Druck Pc im
Kurbelgehäuse wird ebenfalls rasch abgesenkt, da die Öffnung
des zweiten Ventils 69 weit ist. Dementsprechend wird
die Veränderung der Druckdifferenz Δ p klein und bewirkt
lediglich eine geringfügige Reduzierung des Kompressor
hubs.
Während des Betriebs mit vollem Hub, wobei die Öffnung des
Ventilelements 68 des zweiten Steuerventils 69 groß ist, fließt
dann, wenn die Fahrzeugbremse betätigt und der Saugdruck
Ps rasch höher wird, als der Druck Pc im Kurbelgehäuse
inneren, das Gas rasch aus der Saugkammer 104 in das
Innere des Kurbelgehäuses, so daß die Veränderung der
Druckdifferenz Δ p klein wird und lediglich eine geringe
Reduzierung des Kompressorhubs verursacht. Wenn der
Kompressor in den normalen Betriebszustand zurückgeführt
und der Saugdruck Ps abgesenkt wird, fließt das Gas rasch
aus dem Inneren des Kurbelgehäuses 108 zur Saugkammer 104
zurück, so daß die Druckdifferenz Δ p wieder auf den
vorbestimmten Wert zurückkehrt und der Betrieb mit vollem
Kompressorhub wieder stattfindet.
Selbst wenn bei dieser Ausführungsform die Menge des
Gases, welches aus der Kompressionskammer jeder Zylinder
bohrung in das Kurbelgehäuse 109 aufgrund eines Durch
blasens geschickt wird, das seinerseits durch eine über
mäßige Kühlbelastung verursacht ist, welche den Druck
in der Kompressionskammer veranlaßt, auf einen hohen Wert
anzusteigen, und zwar in einer Situation, in welcher das
erste Absperrventil 64 geschlossen ist, ist die Öffnung
des zweiten Steuerventils 69 ausreichend groß, um zu
verhindern, daß der Druck Pc im Inneren des Kurbelgehäuses
108 ansteigt, wodurch der Druck Pc im wesentlichen bei
einem festen Wert gehalten wird.
Die Fig. 8 zeigt eine Variation der Ventilsteuereinheit 50, bei
dem die innere Kammer 109 des Kurbelgehäuses 108 mit der
drucksensitiven Kammer 58 über einen Verbindungsdurchlaß
59′ mit großem Durchlaßquerschnitt verbunden ist. Die
drucksensitive Kammer 58 steht weiterhin in Verbindung mit
dem Ventilkasten 67, und zwar über eine oder mehrere
Durchlässe 71 mit ebenfalls großem Durchlaßquerschnitt.
Diese Ausführungsform unterscheidet sich von der zuvor
beschriebenen dadurch, daß der Verbindungsdurchlaß 59,
die drucksensitive Kammer 58 und der Durchlaß 71 gemeinsam
einen Teil des Extraktionsdurchlasses 70 bilden.
Aus der voranstehenden Beschreibung der zweiten Ausführungs
form der Erfindung ergibt sich, daß der Druck im Inneren
des Kurbelgehäuses bei einem eingestellten Wert gehalten
wird. Eine unnötige Veränderung des Hubes ist reduziert
und die Steuerung des Hubes wird prompt zu der Zeit aus
geführt, wenn eine Druckdifferenz zwischen dem Druck im
Kurbelgehäuseinneren und dem Saugdruck variiert. Hier
durch wird die Hubsteuercharakteristik während des
normalen Betriebes des Kompressors verbessert, oder auch
dann, wenn eine plötzliche Verzögerung ausgeführt wird,
beispielsweise bei Betätigung einer Motorbremse oder dann,
wenn das mit dem Kompressor ausgestattete Fahrzeug von einer
Straße auf einen Parkplatz gesteuert wird, oder wenn der
normale Betrieb nach Abschluß einer plötzlichen
Beschleunigung wieder erreicht werden soll.