DE3707001A1 - Taumelscheibenkompressor mit variabler foerderleistung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Taumelscheibenkompressor mit variabler Förderleistung.

Allgemein befasst sich die Erfindung mit einem Taumel­ scheibenkompressor mit variabler Förderleistung, welcher Einrichtungen umfasst, mit deren Hilfe der Anstell- bzw. Schwenkwinkel der Taumelscheibe und damit die Förderleistung des Kompressors automatisch in Abhängigkeit von der erforder­ lichen Kühlleistung in einer Klimaanlage veränderbar sind, welche den Kompressor umfasst, wobei sich die Erfindung speziell damit befasst, bei einem Kompressor der betrach­ teten Art das Schwenken einer Taumelscheibe aus der Posi­ tion mit dem kleinsten Schwenkwinkel, nämlich aus einer zur Antriebswelle senkrechten Ebene in eine Position zu unterstützen, in der die Taumelscheibe eine Schräglage einnimmt und gegenüber der genannten senkrechten Ebene geneigt ist.

In einer früheren Anmeldung der Anmelderin (US-Patent­ anmeldung S.N. 8 56 760 vom 28. April 1986) ist ein Taumelscheibenkompressor mit variabler Förderleistung beschrieben, welcher verbesserte Regeleinrichtungen für den Anstellwinkel der Taumelscheibe umfasst, mit deren Hilfe eine sanfte Rückführung der Taumelscheibe von der Position mit dem kleinsten Neigungswinkel in die Position mit dem grössten Neigungswinkel erreichbar ist. Dieser frühere Kompressor kann in einem breiten Bereich von Förderleistungen zwischen einer extrem kleinen Förder­ leistung und der vollen Förderleistung betrieben werden, so daß die Förderleistung des Kompressors stets optimal an dem Kühlleistungsbedarf der Klimaanlage angepasst werden kann.

Ausgehend von diesem früheren Kompressor liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen verbesserten Kompressor mit variabler Förderleistung anzugeben, bei dem die Förder­ leistung in besonders vorteilhafter Weise beim Anlaufen des Kompressors allmählich von der geringsten möglichen Förderleistung bis zu einer dem Kühlleistungsbedarf ent­ sprechenden erhöhten Förderleistung gesteigert werden kann.

Dabei wird gleichzeitig angestrebt, daß die Änderung der Förderleistung über einen breiten Bereich von einer sehr kleinen bis zu einer sehr grossen Förderleistung variabel ist.

Ausserdem wird angestrebt, den Taumelscheibenkompressor derart zu verbessern, daß der Verlust an Antriebsenergie beim Antreiben des Kompressors durch einen Fahrzeugmotor vermieden wird; dem Fahrzeugmotor wird also nur die Leistung entzogen, die für das Erreichen der erforderlichen Kühl­ leistung tatsächlich benötigt wird.

Die gestellte Aufgabe wird durch einen Taumelscheiben­ kompressor der eingangs angegebenen Art gelöst, welcher gemäß der Erfindung durch die Merkmale des kennzeichnenden Teils des Patentanspruchs 1 gekennzeichnet ist.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand von Unteransprüchen.

Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung werden nachstehend anhand von bevorzugten, in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen der Erfindung noch näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine erste bevorzugte Ausführungsform eines Taumel­ scheibenkompressors gemäß der Erfindung;

Fig. 2 einen vergrösserten Teilquerschnitt durch eine Ventilanordnung des Kompressors gemäß Fig. 1 und

Fig. 3 einen Längsschnitt durch eine zweite abge­ wandelte Ausführungsform eines erfindungs­ gemässen Kompressors mit variabler Förder­ leistung.

Im einzelnen zeigen Fig. 1 bis 3 ein erstes und ein zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung, wobei ent­ sprechende bzw. gleiche Teile oder Elemente mit den­ selben Bezugszeichen bezeichnet sind.

Bei dem ersten Ausführungsbeispiel, welches in Fig. 1 und 2 gezeigt ist, handelt es sich um einen Verdrängungs- Taumelscheibenkompressor, welcher besonders für den Ein­ satz in einer Kraftfahrzeugklimaanlage geeignet ist und einen Zylinderblock 1 aufweist, der am vorderen und hinteren Ende offen ist. Das vordere Ende des Zylinder­ blockes 1 ist durch ein vorderes Gehäuse bzw. ein Kurbel­ gehäuse 2 verschlossen, welches glockenförmig ausgebildet ist. Das hintere offene Ende des Zylinderblockes 1 ist durch ein kappen- bzw. becherförmiges Gehäuse 3 ver­ schlossen, wobei sich zwischen den Bauteilen 1 und 3 eine Ventilplatte 4 befindet. Das Kurbelgehäuse 2 umfasst einen zentralen Lagerteil 5 A zum drehbaren Lagern einer Antriebswelle 17. Das andere Ende der Antriebswelle 17 ist drehbar in einem zentralen Lagerteil 5 B des Zylinder­ blockes 1 gelagert. In dem hinteren Gehäuse 3 sind eine aussen liegende Ansaugkammer 6 und eine innen liegende Auslasskammer 7 ausgebildet. Die beiden Kammern 6 und 7 sind konzentrisch zueinander angeordnet und durch eine ringförmige Trennwand 8 voneinander getrennt. Die Ansaug­ kammer 6 steht in Fluidverbindung mit einer noch zu be­ schreibenden Kompressionskammer 15 jeder von mehreren Zylinderbohrungen 14 in dem Zylinderblock 1, und zwar über eine der Ansaugöffnungen 9 in der Ventilplatte 4. Die Aus­ lasskammer 7 ist ebenfalls in eine Fluidverbindung mit der Kompressionskammer 15 jeder der Zylinderbohrungen 14 bringbar, und zwar über eine der Auslassöffnungen 10 der Ventilplatte 4. Ferner sind die Ansaugkammer 6 und die Auslasskammer 7 mit einem externen Kältemittelkreislauf einer Klimaanlage über eine Einlassöffnung (nicht gezeigt) bzw. eine Auslassöffnung (nicht gezeigt) verbunden. Jede Ansaugöffnung 9 der Ventilplatte 4 ist durch ein Ansaug­ ventil 11 verschliessbar, welches geöffnet wird, wenn ein Kolben 16 in der zugeordneten Zylinderbohrung 14 einen Saughub ausführt. Jede Auslassöffnung 10 ist über ein Auslassventil 12 verschliessbar, welches geöffnet wird, wenn der Kolben 16 in der zugeordneten Zylinder­ bohrung 14 einen Kompressionshub durchführt. Die Zylinder­ bohrungen 14 des Zylinderblockes 1 sind längs des Umfangs desselben derart angeordnet, daß sie den Lagerteil 5 B un­ geben. Ferner ist in jede Zylinderbohrung 14 der zuge­ ordnete Kolben 16 gleitverschieblich und hin- und herbeweg­ lich eingepasst, um an der Rückseite des Zylinderblockes 1 eine Kompressionskammer 15 zu begrenzen. Die Kompressions­ kammern 15 werden also bei der Hin- und Herbewegung der Kolben 16 alternierend über die Ansaug- und Auslassöff­ nungen 9 bzw. 10 mit der Ansaugkammer 6 bzw. mit der Auslasskammer 7 verbunden.

Das vordere Gehäuse 2 - das Kurbelgehäuse - umschliesst eine zylindrische Taumelscheibenkammer 13, welche mit sämtlichen Zylinderbohrungen 14 des Zylinderblockes 1 kommuniziert. Die Taumelscheibenkammer 13 wird von der Antriebswelle 17 durchgriffen, welche in den Lagerteilen 5 A und 5 B gelagert ist. Dabei steht ein Ende der Antriebs­ welle 17 nach aussen über das vordere Ende des Gehäuses 2 vor, so daß es über eine geeignete Transmission und eine Kupplungsvorrichtung mit einer Brennkraftmaschine eines Fahrzeugs (nicht dargestellt) verbindbar ist. Im Inneren des Gehäuses 13 ist auf der Antriebswelle 17 ein Antriebs­ element 18 montiert, welches als Schwenkzapfenplatte be­ zeichnet werden kann und bei beiden Ausführungsbeispielen der Erfindung vorhanden ist. Die Schwenkzapfenplatte 18 ist im wesentlichen kreisrund und wird durch ein Druck­ lager 5 C an der Innenwand des vorderen Gehäuses 2 derart gehaltert, daß sie sich gemeinsam mit der Antriebswelle 17 drehen kann. An ihrem inneren Ende ist die Schwenkzapfen­ platte 18 mit einer Stirnfläche 18 a versehen mit der eine Buchse 19 in Kontakt bringbar ist, wenn der Kompressor mit grosser Verdrängung arbeitet. Die Platte 18 ist ferner ringsum die Stirnfläche 18 a mit einer Schrägfläche bzw. einer konischen Fläche 18 b versehen mit der eine Antriebs­ platte 20 bei ihrer Schwenkbewegung in Kontakt bringbar ist. Ferner ist die Platte 18 mit einem Haltearm 18 c zum Halten der Antriebsplatte 20 versehen. Dabei sind der Haltearm 18 c und die Schrägfläche 18 b in Umfangsrichtung um etwa 180° gegeneinander versetzt. Die Antriebsplatte 20 ist als ringförmiges Element ausgebildet, welches die Antriebswelle 17 umgibt und von dem Haltearm 18 c derart gehaltert wird, daß es um eine Achse schwenkbar ist, die senkrecht zur Achse der Antriebswelle 17 verläuft. Der Haltearm 18 c ist mit einem bogenförmigen Schlitz 22 ver­ sehen, dessen Krümmungsmittelpunkt bei rotierendem An­ triebselement durch die Punkte läuft, an denen eine noch zu beschreibende Taumelscheibe 21 über Kugelgelenke mit Verbindungsstangen 26 verbunden ist. Andererseits besitzt die Antriebsplatte 20 einen Bügel 20 a, der in Richtung auf den Haltearm vorsteht und an diesen angepasst ist. Der Bügel 20 a und der Haltearm 18 c sind über einen Führungs­ zapfen 23 miteinander verbunden, welcher an dem Bügel 20 a befestigt ist und beweglich in den bogenförmigen Schlitz 22 des Haltearms 18 c eingreift, so daß die Taumelscheibe 20 bezüglich des Antriebselements 18 eine Schwenk- bzw. Taumelbewegung ausführen kann, während sie sich gemeinsam mit der Antriebswelle 17 dreht. Die Antriebsplatte 20 ist also derart schwenkbar, daß sie eine Schräglage gegenüber einer Ebene einnehmen kann, welche senkrecht zur Achse der Antriebswelle 17 verläuft. Die Buchse 19, welche gleitver­ schieblich auf der Antriebswelle 17 sitzt, ist mit der Antriebsplatte 20 verbunden. Im einzelnen besitzt die zylindrische Buchse 19 zwei einander diametral gegenüber­ liegende Schwenkzapfen 24, auf denen die Antriebsplatte 20 schwenkbar gehaltert ist. Die Buchse 19 gleitet also in Abhängigkeit von den Schwenk- bzw. Pendelbewegungen der Antriebsplatte 20 längs der Antriebswelle 17. An der Antriebsplatte 20 ist eine nicht-drehbare Taumelscheibe 21 über ein Drucklager 25 abgestützt. Die Taumelscheibe 21 kann lediglich gemeinsam mit der Antriebsplatte 20 eine Schwenk- bzw. Taumelbewegung ausführen und ist als ring­ förmiges Element ausgebildet, welches die Antriebswelle 17 umgibt. Die nicht-drehbare Taumelscheibe 21 steht über die genannten Verbindungsstangen 26 in Antriebsverbindung mit den einzelnen Kolben 16, wobei an beiden Enden jeder Ver­ bindungsstange 26 jeweils ein Kugelgelenk vorgesehen ist. Dabei ist zu beachten, daß die Verbindungen zwischen der Taumelscheibe 21 und den Kolben 16 so ausgebildet sind, daß jeder Kolben 16 von der Taumelscheibe 21 über die zugeordnete Verbindungsstange 26 zu seinem hinteren Totpunkt, d.h. zu seiner am weitesten hinten liegenden Position in der zugeordneten Zylinderbohrung 14 bewegt wird, wenn der Haltearm 18 c des Antriebselements 18 in eine Position ge­ dreht wird, in der der Haltearm 18 c in axialer Richtung mit der betreffenden Zylinderbohrung 14 fluchtet. Die nicht­ drehbare Taumelscheibe 21 wird bei ihrer Taumelbewegung durch eine Führungsstange 21 a geführt, die in axialer Richtung durch das vordere Gehäuse 2, den Zylinderblock 1 und das hintere Gehäuse 3 hindurchgeht und in einen Schlitz der Taumelscheibe 21 eingreift.

Das hintere Gehäuse 3 ist mit einem ersten Regelventil 29 ausgestattet, welches dazu dient, den Schwenkwinkel der Antriebsplatte 20 an der Taumelscheibe 21 durch Regelung des Druckes in der Taumelscheibenkammer 13 zu regeln. Das erste Regelventil 29 besitzt ein Gehäuseelement 29 a, in dem eine Saugdruckkammer 30 und eine Auslassdruckkammer 31 axial fluchtend, jedoch getrennt voneinander angeordnet sind. Die Saugdruckkammer 30 steht mit der Ansaugkammer 6 über einen Verbindungskanal 6′ in Verbindung, während Auslass­ druckkammer 31 mit der Auslasskammer 7 über einen Verbin­ dungskanal 7′ in Verbindung steht. Die Saugdruckkammer 30 nimmt einen Faltenbalg 33 auf, der eine Kammer 32 definiert, in der der Umgebungsdruck herrscht. Die Kammer 32 befindet sich dabei in der Mitte der Saugdruckkammer 30 und enthält eine Feder 34, die den Faltenbalg 33 ständig in seinen ge­ streckten Zustand vorspannt (in Richtung auf die Auslass­ druckkammer 31). In der Auslassdruckkammer 31 ist an­ grenzend an eine Öffnung 38 zwischen der Saugdruckkammer 30 und der Auslassdruckkammer 31 ein Ventilsitz 35 ausgebildet. Die Öffnung 38 steht dabei mit der Taumelscheibenkammer 13 über einen Verbindungskanal 37 in Verbindung, um der Taumelscheibenkammer 13 den Auslassdruck zuzuführen. Der Auslassdruck-Verbindungskanal 37 führt dabei von der Öffnung 38 durch das hintere Gehäuse 3 und den Zylinder­ block 1 hindurch.

Der vorstehend beschriebene Faltenbalg 33 ist mit dem einen Ende einer Ventilstange 39 verbunden, deren anderes Ende durch die Öffnung 38 und den Ventilsitz 35 hindurch in die Auslassdruckkammer 31 ragt und dort mit einem Ventil­ element 36 verbunden ist, welches zusammen mit der Ventil­ stange 39 auf den Ventilsitz 35 zu und von diesem weg bewegbar ist. Die Bewegung der Ventilstange 39 und Ventil­ elements 36 wird dabei durch das Strecken des Faltenbalges 33 und dessen Zusammendrücken entgegen der Federkraft einer Feder 40 bewirkt, die in der Auslassdruckkammer 31 ange­ ordnet ist.

Der Zylinderblock 1 ist mit einem Fluidkanal 28 versehen, welcher sich zwischen der Ansaugkammer 6 des hinteren Ge­ häuses 3 und der Taumelscheibenkammer 13 im vorderen Ge­ häuse 2 erstreckt, so daß sich eine Fluidverbindung zwischen den beiden Kammern 6 und 13 ergibt. Der Verbin­ dungskanal 28 dient damit als ein Entlastungskanal, über welchen unter hohem Druck stehendes Gas aus der Taumel­ scheibenkammer 13 in die Ansaugkammer 6 fliessen kann. Längs des Verbindungskanals 28 ist ein weiteres Regel­ ventil 41 vorgesehen, welches dazu dient, den freien Querschnitt des Fluidkanals 28 zu regeln. Das zweite Regelventil 41 umfasst eine Ventilbuchse 41 a, die eine Kammer 43 definiert, die zur Umgebung offen ist und in der der Umgebungsdruck herrscht. Ferner ist eine sich in axialer Richtung erstreckende Druckerfassungskammer 44 vorgesehen, die in Verbindung mit der Taumelscheibenkammer 13 steht. Die Ventilbuchse (das Ventilgehäuse) 41 a ist her­ metisch dichtend in eine Bohrung des Zylinderblockes 1 eingepasst, die in Fluidverbindung mit dem Verbindungs­ kanal 28 steht. Die Umgebungsdruckkammer 43 und die Druckerfassungskammer 44 sind voneinander durch eine Membran 42 getrennt. In der Kammer 43 befindet sich eine Druckfeder 45 a, deren eines Ende sich an der Membran 42 abstützt. Die Druckerfassungskammer 44 steht in Verbindung mit einer Öffnung 47, die in der oben erwähnten Bohrung des Zylinderblockes 1 vorgesehen ist, und zwar über einen Ventilsitz 46, der an einem Ende der Ventilbuchse 41 a ausgebildet ist. In der Druckerfassungskammer 44 befindet sich ein in axialer Richtung bewegliches Ventilelement 48, dessen eines Ende mit dem Membran 42 verbunden ist und dessen anderes, konisch ausgebildetes Ende mit dem Ventil­ sitz 46 zusammenwirkt, um den freien Querschnitt des Ver­ bindungskanals 28 im Bereich des Ventilsitzes 46 zu regeln. Eine weitere Feder 45 b ist in der Druckerfassungskammer 44 derart angeordnet, daß das eine Ende der Feder 45 b an einer Stufe der Ventilbuchse 41 a anliegt, während ihr anderes Ende mit der Membran 42 verbunden ist. Die Feder 45 b ist betätig­ bar, um das Ventilelement 48 sanft von dem Ventilsitz 46 weg­ zubewegen. Dabei ist zu beachten, daß das konische Ende des Ventilelements 48 stets entgegen der Wirkung der Druckfeder 45 a in der Umgebungsdruckkammer 43 im Abstand von dem Ventilsitz 46 gehalten wird. Insbesondere, wenn der Kompressor vollständig stillsteht, mit hoher Förderleistung oder mit einem Bruchteil der Förderleistung arbeitet, wird das konische Ende des Ventilelements 48 durch die Membran 42 von dem Ventilsitz 46 in eine Position bewegt, in der sich ein vorgegebener Anteil der Öffnungsfläche zwischen dem Ventilelement 48 und dem Ventilsitz 46 in dem Verbindungs­ kanal ergibt, und zwar in Abhängigkeit von der Druck­ differenz zwischen dem Druck in der Taumelscheibenkammer 13 und dem Umgebungsdruck. Der vorgegebene Anteil des freien Querschnitts für den Verbindungskanal 28 (bezogen auf den maximal möglichen freien Querschnitt) ergibt sich also in Abhängigkeit von der Druckdifferenz zwischen dem Gasdruck in der Taumelscheibenkammer 13 und dem Umgebungsdruck in der Kammer 43. Wenn der Kompressor andererseits mit geringer Förderleistung arbeitet, wird das Ventilelement 48 in eine andere Position weiter von dem Ventilsitz 46 abgehoben, so daß eine Öffnungsfläche erhalten wird, die grösser ist als der vorgegebene Anteil der Öffnungsfläche.

Bei dem in Fig. 3 gezeigten Ausführungsbeispiel unter­ scheidet sich der Taumelscheibenkompressor von demjenigen gemäß Fig. 1 und 2 dadurch, daß ein zweites Regelventil 41′, welches in einem Bereich des Verbindungskanals 28′ angeordnet ist (letzterer wird nachstehend als Bypass-Entlastungskanal 28′ bezeichnet) derart arbeitet, daß der Querschnitt des Bypass- Kanals 28′ zwischen einem völlig geschlossenen Zustand und einem Zustand mit geeignetem freien Querschnitt veränderbar ist. Weiterhin besitzt der Kompressor gemäss dem zweiten Ausführungsbeispiel einen separaten Bypass-Kanal 27, der nachstehend als konstanter Bypass-Kanal 27 bezeichnet wird und der von der Taumelscheibenkammer 13 durch den Zylinder­ block 1 und die Ventilplatte 4 hindurch zu der Ansaugkammer 6 reicht. Der konstante Bypass-Kanal 27, welcher als axial gedrosselte Öffnung an der Peripherie des Zylinderblockes 1 und der Ventilplatte 4 vorgesehen ist, sorgt für eine unver­ änderliche Fluidkommunikation zwischen der Ansaugkammer und der Taumelscheibenkammer 13.

Wenn der Kompressor völlig stillsteht, mit voller Förder­ leistung oder mit einer Teilförderleistung läuft, dann schliesst das zweite Regelventil 41′ den Bypass-Kanal 28′. Wenn der Kompressor dagegen mit kleiner Förderleistung arbeitet, dann schafft das zweite Regelventil 41′ einen vorgegebenen freien Querschnitt für den Bypass-Kanal 28′ und zwar auf der Basis der Druckdifferenz zwischen dem Umgebungsdruck in der Kammer 43 und dem Druck in der Druckerfassungskammer 44.

Nachstehend soll nunmehr die Arbeitsweise der Taumelscheiben­ kompressoren mit variabler Förderleistung für die beiden Beispiele näher beschrieben werden.

Bei dem ersten, in Fig. 1 und 2 gezeigten Ausführungs­ beispiel sind der Druck in der Ansaugkammer 6 und der Druck in der Taumelscheibenkammer 13 bei völlig still­ gesetztem Kompressor üblicherweise auf einem Pegel aus­ geglichen, der höher ist als ein vorgegebener Druckpegel der dem Umgebungsdruck zuzüglich eines Druckwertes ent­ spricht, der durch die Feder 34 in dem Faltenbalg 33 des ersten Regelventils 29 hervorgerufen wird. Diese Aus­ gleichsbedingung zwischen dem Druck in der Taumelscheiben­ kammer 13 und dem Druck in der Ansaugkammer 6 wird durch die Fluidverbindung zwischen den beiden Kammern 6 und 13 über dem Verbindungskanal 28 erreicht (beachte: Das zweite Regelventil 41 ist nicht in der Lage, den Verbindungskanal 28 vollständig zu schliessen !). Daher herrscht der hohe Druck in der Taumelscheibenkammer 13 bzw. der hohe Druck in der Ansaugkammer 6 auch in der Ansaugdruckkammer 30 (wegen der Verbindung 6′) des ersten Regelventils 29. Folglich wird der Faltenbalg 33 entgegen dem Umgebungsdruck und dem Druck der Feder 34 zu­ sammengedrückt um das Ventilelement 36 in Richtung auf den Ventilsitz 35 zu bewegen. Die Verbindung zwischen der Taumelscheibenkammer 13 und der Auslassdruckkammer 31 des ersten Regelventils 29 wird folglich wegen des Schliessens des Ventilsitzes 35 durch das Ventilelement 36 unterbrochen. Dies bedeutet, daß der Druck in der Taumelscheibenkammer 13 auf dem gleichen Wert gehalten wird, wie in der Ansaugkammer 6, so daß der Druck in der Taumelscheibenkammer 13 an der Rückseite jedes der Kolben 13 wirksam ist. Derselbe Taumel­ scheibenkammerdruck liegt auch - über dem Entlastungskanal 28 an der einen Seite der Membran 42 des zweiten Regelventils 41 an. Da der Druck in der Taumelscheibenkammer 13 grösser ist als der Druck an der gegenüberliegenden Seite der Membran 42, nämlich der Druck der der Summe aus dem Umgebungsdruck und einem Druck entspricht, der von der Feder 45 a ausgeübt wird, wird die Membran 42 in Richtung auf die Umgebungsdruckkammer 43 ausgelenkt, wodurch das Ventilelement 48 derart von dem Ventilsitz 46 weg bewegt wird, daß ein gewisser freier Querschnitt zwischen dem Ventilelement 48 und dem Ventil­ sitz 46 aufrechterhalten wird. Der Ausgleichskanal 28 sorgt also für eine ausreichende Fluidverbindung zwischen der Taumelscheibenkammer 13 und der Ansaugkammer 6.

Wenn der Kompressor in Betrieb gesetzt wird, indem man die Antriebswelle 17 über eine Kupplung wie z.B. eine übliche Magnetkupplung mit dem Fahrzeugmotor verbindet, dann beginnt sich die Antriebsplatte 20 zu drehen. Wenn zu diesem Zeitpunkt die erforderliche Kühlleistung der Klimaanlage in der Fahrgastzelle gross ist, dann erfolgt die Drehung der Antriebsplatte 20 mit einem grossen Schwenkwinkel. Folglich wird auch die Taumelscheibe 21 um einen grossen Schwenkwinkel geschwenkt, so daß die Kolben 16 die mit der Taumelscheibe 21 über die Verbin­ dungsstangen 26 verbunden sind, in ihren zugeordneten Zylinderbohrungen 14 mit grossem Hub hin- und herbewegt werden. Der Kompressor arbeitet somit mit grosser Förder­ leistung.

Während der Kompressor mit grosser Förderleistung weiter­ arbeitet, wird durch das zweite Regelventil 41 der vor­ stehend angesprochene vorgegebene freie Querschnitt zwischen dem Ventilsitz 46 und dem Ventilelement 48 aufrechterhalten. Die Taumelscheibenkammer 13 steht also mit der Ansaugkammer 6 in Verbindung. Beim Arbeiten des Kompressors mit grosser Förderleistung zirkuliert eine grosse Kältemittelmenge mit einer ausreichenden Menge von darin suspendiertem Schmieröl durch den Kälte­ mittelkreislauf einschliesslich des Kompressors. Daher wird im Kompressor eine ausreichende Schmierölmenge in die Zylinderbohrungen 14 des Zylinderblockes 1 gesaugt und bildet dort einen Ölfilm, der eine starke Dichtwirkung zwischen den Wänden der Zylinderbohrungen 14 und den Mantelflächen der Kolben 16 erzeugt, wodurch Gas-Leck­ ströme aus den Kompressionskammern 15 der Zylinderboh­ rungen 14 in die Taumelscheibenkammer 13 verhindert bzw. sehr klein gehalten werden. Aufgrund der Fluidkommunikation zwischen der Taumelscheibenkammer 13 und der Ansaugkammer 6 über den Entlastungs- bzw. Verbindungskanal 28 kann folglich der Druck in der Taumelscheibenkammer 13 auf einem konstanten Wert gehalten werden, der dem Druckwert in der Ansaugkammer 6 äquivalent ist.

Wenn der Kompressor für ein entsprechendes Zeitintervall mit hoher Förderleistung gearbeitet hat, ist die Fahrgast­ zelle abgekühlt, und die erforderliche Kühlleistung, die über den Verdampfer der Klimaanlage erreicht werden muss, verringert sich. In Abhängigkeit von der Verringerung der erforderlichen Kühlleistung wird der Ansaugdruck des von dem Verdampfer zur Ansaugkammer 6 des Kompressors gelan­ genden Kältemittels verringert. Wenn der Ansaugdruck für die Ansaugkammer 6 geringer wird als ein vorgegebener Druckwert für das erste Regelventil 29, d.h. ein Druckwert, der sich aufgrund der Kombination des Umgebungsdrucks und des von der Feder 34 ausgeübten Druckes ergibt, dann dehnt sich der Faltenbalg 33 aufgrund der Druckdifferenz zwischen dem Ansaugdruck der Ansaugkammer 6 und dem vorgegebenen Druck für das erste Regelventil 29 aus, bis das Ventilelement 36 von der Ventilöffnung 35 wegbewegt wird und diese öffnet. Folglich wird eine Fluidverbindung zwischen der Auslass­ kammer 31 des ersten Regelventils 29 und dem Auslassdruck­ verbindungskanal 37 hergestellt. Dies hat zur Folge, daß das unter einem hohen Auslassdruck stehende Kältemittel aus der Auslasskammer 7 in die Taumelscheibenkammer 13 gelangt, so daß der Druckpegel in der Taumelscheibenkammer 13 erhöht wird. Der erhöhte Druck in der Taumelscheibenkammer 13 wirkt folglich auf die hintere Fläche jedes Kolbens 16 und verringert dessen Hub. Der verringerte Kolbenhub bewirkt eine Verringerung des Schwenkwinkels der Antriebs­ platte 20 und der Taumelscheibe 21. Die Förderleistung des Kompressors wird also verringert. Was jedoch das zweite Regelventil 41 anbelangt, so ist die Feder 45 a in dessen Umgebungsdruckkammer 43 so ausgebildet, daß sie etwas stärker ist als die Feder in der Umgebungsdruckkammer 32 des ersten Regelventils 29. Folglich tritt keine Bewegung des Ventilelements 48 ein und der freie Querschnitt am Ventilsitz 46 wird auf einem Wert gehalten, der gleich dem Öffnungsquerschnitt beim Stillstand des Kompressors bzw. beim Arbeiten des Kompressors mit hoher Förderleistung ist.

Während der Kompressor weiterarbeitet, wird die Fahrgast­ zelle weiter abgekühlt, so daß die erforderliche Kühl­ leistung der Klimaanlage weiter verringert wird. Der Ansaugdruck des von der Ansaugkammer 6 angesaugten Kälte­ mittels wird also weiter verringert. Die Verringerung des Ansaugdruckes des vom externen Kreislauf angesaugten Kälte­ mittels führt zu einer Verringerung des Kolbenhubs der Kolben 16. Folglich wird der Schwenkwinkel - der Neigungs­ winkel der Taumelscheibe 21 gegenüber einer zur Achse der Antriebswelle 17 senkrechten Ebene - sowie der Schwenkwinkel der Antriebsplatte 20 verringert, so daß der Kompressor mit geringer Förderleistung weiterarbeitet.

Wenn der Kompressor mit geringer Förderleistung arbeitet, weil der Ansaugdruck auf einen niedrigen Wert abgesunken ist, dann ist das Kältemittel, welches in die Zylinderbohrungen 14 des Zylinderblocks 1 angesaugt wird, nicht mehr in der Lage, eine gute Dichtwirkung zwischen den Zylinderwandungen und den Mantelflächen der Kolben 16 herbeizuführen. Daher nimmt die Leckgasmenge zu, die aus den Kompressionskammern 15 in das Taumelscheibengehäuse 13 strömt, wodurch ein weiterer Druckanstieg im Taumelscheibengehäuse 13 bewirkt wird.

Wenn der Kompressor andererseits mit geringer Förderleistung arbeitet, dann ist die Druckerfassungskammer 44 des zweiten Regelventils 41, die mit der Taumelscheibenkammer 13 in Ver­ bindung steht, einem Druck ausgesetzt, der allmählich grösser wird als der Druck in der Umgebungsdruckkammer 43. Die Membran 42 wird daher in Richtung auf die Umgebungsdruckkammer 43 ausgelenkt, so daß das Ventilelement 48 von dem Ventilsitz 46 abgehoben wird. Der freie Querschnitt am Ventilsitz 46 wird folglich vergrössert. Dies hat zur Folge, daß eine grössere Menge des Leckstromgases aus der Taumelscheibenkammer 13 über den Entlastungskanal und den vergrösserten Querschnitt am Ventilsitz 46 des zweiten Regelventils 41 in die Ansaug­ kammer 6 entweichen kann. Auf diese Weise wird ein (weiterer) Druckanstieg in der Taumelscheibenkammer 13 unterdrückt. Der Druck in der Taumelscheibenkammer 13 kann folglich auf einem im wesentlichen konstanten Wert gehalten werden, der dem Wert des Auslassdruckes des Kältemittels entspricht, und zwar auf­ grund des Zusammenwirkens der beiden Regelventile 29, 41.

Es ist zu beachten, daß aufgrund der Tatsache, daß der Druck­ pegel in der Taumelscheibenkammer 13 bei mit geringer Förder­ leistung arbeitendem Kompressor stets auf einem konstanten Niveau gehalten wird, welches dem Auslassdruckpegel des komprimierten Kältemittels entspricht, die Antriebsplatte 20 und die Taumelscheibe 21, die eine Schwenkbewegung mit kleinem Schwenkwinkel ausführen, leicht und sanft auf einen grossen Schwenkwinkel zurückgebracht werden können, indem sie mit einem grösseren Winkel pendeln bzw. taumeln.

Bei dem in Fig. 3 gezeigten zweiten Ausführungsbeispiel sorgt der ständig mit konstantem Querschnitt verfügbare Verbindungskanal 27 dafür, daß ständig eine "normale" Fluidkommunikation zwischen der Taumelscheibenkammer 13 und der Ansaugkammer 6 aufrechterhalten wird, und zwar über den gesamten Betriebsbereich vom Stillstand des Kompressors bis zum Arbeiten desselben mit höchster Förder­ leistung.

Wenn andererseits der Kompressor stillgesetzt wird, während er mit hoher Förderleistung arbeitet oder wenn der Kompres­ sor mit verringerter Förderleistung arbeitet, wenn also seine Leistung gegenüber dem Betrieb mit grosser Förder­ leistung verringert ist, dann wird das Ventilelement 48 des zweiten Regelventils 41′ in seine Schließstellung ge­ bracht, in der es die Ventilöffnung 46 des zweiten Regel­ ventils 41′ völlig schliesst. Wenn folglich der Kompressor bei zunächst hoher Förderleistung stillgesetzt wird oder wenn der Kompressor bei verringerter Förderleistung still­ gesetzt wird, dann kann das Leckgas, welches aus den Kom­ pressionskammern 15 in die Taumelscheibenkammer 13 gelangt, über den ständig vorhandenen Verbindungskanal 27 zur Ansaug­ kammer 6 fliessen.

Wenn die Kompressionsleistung des Kompressors verringert wird, d.h. wenn die Antriebsplatte 20 und die Taumel­ scheibe 21 bezüglich der zur Antriebswelle 17 senkrechten Ebene nur einen kleinen Winkel einschliessen oder wenn der Auslassdruck des Kältemittels bei hoher Förderleistung des Kompressors einen extrem hohen Wert erreicht, wird das Ventilelement 48 aufgrund der Druckdifferenz zwischen dem Druck in der Druckerfassungskammer 44 und dem Umgebungs­ druck in der Kammer 43 von dem Ventilsitz 46 abgehoben, um eine Verbindung zwischen der Taumelscheibenkammer 13 und der Ansaugkammer 6 zu schaffen. Daher können nunmehr der ständig offene Ausgleichskanal 27 und der geöffnete Verbindungskanal 28′ gemeinsam für einen schnellen Druck­ abbau in der Taumelscheibenkammer 13 sorgen, da das über die Druckgas-Leckströme in die Taumelscheibenkammer 13 gelangende Gas zu der Ansaugkammer 6 abfliessen kann. Beim Arbeiten des Kompressors mit geringer Förderleistung sowie beim Arbeiten desselben mit hohem Auslassdruck und grosser Förderleistung kann also verhindert werden, daß sich in der Taumelscheibenkammer 13 ein extrem hoher Druck ergibt. Mit anderen Worten wird also die Taumelscheibenkammer 13 ständig und stabil auf einem fest vorgegebenen Druck in der Nähe des Auslassdruckes für das komprimierte Kälte­ mittel gehalten. Hierdurch ist sichergestellt, daß die Antriebsplatte 20 und die Taumelscheibe 21 ohne weiteres und gleichmässig von einem kleinen Anstellwinkel auf einen grossen Anstellwinkel gebracht werden können (dieser ent­ spricht einer hohen Förderleistung des Kompressors), wenn der Kühlleistungsbedarf zunimmt.

Aus der vorstehenden Beschreibung der beiden Ausführungs­ beispiele wird deutlich, daß bei einem erfindungsgemässen Taumelscheibenkompressor mit variabler Förderleistung das Ausmass der Fluidverbindung zwischen der Taumelschei­ benkammer und der Ansaugkammer durch ein Regelventil ge­ ändert wird, welches auf den Druck in der Taumelscheiben­ kammer anspricht, wobei der freie Querschnitt der Fluid­ verbindung zwischen einem vorgegebenen, "normalen" Quer­ schnitt und einem grösseren Querschnitt veränderbar ist, und zwar in Abhängigkeit von Änderungen der Betriebsbe­ dingungen des Kompressors zwischen einem Stillstand und - über einen Betriebszustand mit kleiner Förderleistung - einem Betriebszustand mit grosser Förderleistung. Während also der Kompressor mit kleiner Förderleistung arbeitet oder wenn die Umgebungstemperatur der mit dem Kompressor ausgerüsteten Klimaanlage ansteigt, wird eine beträchtliche Menge der Leckgasströme aus den Kompressionskammern des Kompressors, welche in die Taumelscheibenkammer gelangt, wirksam über den erweiterten Verbindungskanalquerschnitt in die Ansaugkammer abgeleitet. Der Druck in der Taumel­ scheibenkammer kann folglich beim Arbeiten des Kompressors mit kleiner Förderleistung auf einem geregelten Druckwert gehalten werden. Auf diese Weise wird es möglich, bequem und gleichmässig von einem Betrieb mit kleiner Förder­ leistung (senkrechte bzw. schwach geneigte Position der Taumelscheibe) zu einem Betrieb mit grosser Förderleistung (starke Neigung der Taumelscheibe) überzugehen.

Claims (5)

1. Taumelscheibenkompressor mit variabler Förderleistung, gekennzeichnet durch folgende Merkmale:
Es ist ein Gehäuseelement (3) mit einer Ansaugkamner (6) für ein Kältemittel vor der Kompression desselben und mit einer Auslasskammer (7) für das Kältemittel nach der Kompression desselben vorgesehen;
es ist ein Zylinderblock (1) vorgesehen, in dem mehrere Zylinderbohrungen (14) derart angeordnet sind, daß sie eine in axialer Richtung verlaufende Antriebswelle (17) umgeben, wobei in jeder Zylinderbohrung (14) ein hin­ und herbeweglicher Kolben (16) zum Ansaugen von Kälte­ mittel aus der Ansaugkammer (6) und zum Austreiben des komprimierten Kältemittels in die Auslasskammer (7) vor­ gesehen ist;
in dem Zylinderblock (1) ist eine Taumelscheibenkammer (13) vorgesehen, welche mit den Zylinderbohrungen (14) in Ver­ bindung steht und eine Antriebsplatte (20) enthält, die derart montiert ist, daß sie gemeinsam mit der Antriebs­ welle (17) drehbar ist und daß ihr Neigungswinkel bezüg­ lich der Antriebswelle (17) veränderbar ist, und an der eine nicht-drehbare Taumelscheibe (21) befestigt ist;
es sind mehrere Verbindungsstangen (26) vorgesehen, welche die Taumelscheibe (21) mit den einzelnen Kolben (16) ver­ binden;
es sind erste Verbindungskanaleinrichtungen (7′, 37) zur Herstellung einer Fluidverbindung zwischen der Taumelscheibenkammer (13) und der Auslasskammer (7) vorgesehen;
es ist ein erstes Ventil (29) vorgesehen, welches den ersten Verbindungskanaleinrichtungen (7′, 37) zuge­ ordnet ist, um diese zu öffnen und zu schliessen;
es sind zweite Verbindungskanaleinrichtungen (28; 28′) vorgesehen, um eine Fluidverbindung zwischen der Taumel­ scheibenkammer (13) und der Ansaugkammer (6) herzustellen;
es ist ein zweites Ventil (41; 41′) vorgesehen, welches den zweiten Verbindungskanaleinrichtungen (28; 28′) zu­ geordnet ist, um den freien Querschnitt eines Teils der zweiten Verbindungskanaleinrichtungen (28; 28′) zu verändern;
es sind erste Ventilregeleinrichtungen (30 bis 36, 38 bis 40) vorgesehen, um den Betrieb des ersten Ventils (29) in Abhängigkeit von einem Druckmitteldruck in der Taumelscheibenkammer (13) bezüglich eines ersten vorge­ gebenen Druckes zu regeln, wobei die ersten Ventilregel­ einrichtungen das erste Ventil (29) in einen ersten Zu­ stand bringen, in dem die ersten Verbindungskanalein­ richtungen (37) geöffnet sind, wenn der Druck in der Taumelscheibenkammer (13) kleiner ist als der erste vorgegebene Druck, und in eine zweite Position in der die ersten Verbindungskanaleinrichtungen (37) geschlossen sind, wenn der Druck in der Taumelscheibenkammer (13) grösser ist als der erste vorgegebene Druck und
es sind zweite Ventilregeleinrichtungen (42 bis 48) vorge­ sehen, um den Betrieb des zweiten Ventils (41; 41′) in Abhängigkeit von einer Änderung des Druckmitteldrucks in der Taumelscheibenkammer (13) bezüglich eines zweiten vorgegebenen Druckes zu ändern, wobei die zweiten Ventil­ regeleinrichtungen (42 bis 48) das zweite Ventil (41; 41′) in eine erste Position bringen, in der der freie Querschnitt der zweiten Verbindungskanaleinrichtungen (28; 28′) erhöht, wenn der Druck in der Taumelscheibenkammer (13) grösser ist als der zweite vorgegebene Druck, und in eine zweite Position, in der der freie Querschnitt der zweiten Verbindungseinrichtungen (28; 28′) verringert ist, wenn der Druck in der Taumelscheibenkammer (13) nicht grösser als der zweite vorgegebene Druck ist.

2. Taumelscheibenkompressor nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß dritte Verbindungskanaleinrichtungen (27) vorgesehen sind, welche für eine ständige, gedrosselte Verbindung zwischen der Ansaugkammer (6) und der Taumel­ scheibenkammer (13) sorgen.

3. Taumelscheibenkompressor nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die zweiten Ventileinrichtungen (41; 41′) bzw. deren Ventilregeleinrichtungen folgende Merkmale aufweisen:
Es ist ein Ventilgehäuse(41a) vorgesehen, welches eine Ventilöffnung (46) aufweist, die in den zweiten Verbin­ dungskanaleinrichtungen (28; 28′) angeordnet ist;
in dem Ventilgehäuse (41 a) ist ein in axialer Richtung bewegliches Ventilelement (48)geordnet, welches ein erstes Ende zum Zusammenwirken mit der Ventilöffnung (46) und damit zum Ändern des freien Querschnitts der zweiten Verbindungskanaleinrichtungen (28; 28′) aufweist, sowie ein zweites Ende, welches dem ersten Ende in axialer Richtung gegenüberliegt;
es ist eine Membran 42 vorgesehen, welche in dem Ventil­ gehäuse (41 a) eine Umgebungsdruckkammer (43) und eine Druckerfassungskammer (44) definiert, die mit der Taumel­ scheibenkammer (13) über die zweiten Verbindungskanalein­ richtungen (28; 28′) in Verbindung steht, wobei die Membran (42) mit dem zweiten Ende des Ventilelements (48) verbunden ist;
in der Umgebungsdruckkammer (43) ist eine Feder (45 a; 45) angeordnet, welche für die Membran (42) eine vorgegebene Federvorspannung in Richtung auf die Druckerfassungskammer (44) erzeugt.

4. Taumelscheibenkompressor nach Anspruch 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das zweite Ventil (41; 41′) in den Zylinder­ block (1) eingebaut ist.

5. Taumelscheibenkompressor nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das erste Ventil (29) bzw. dessen Ventil­ regeleinrichtungen folgende Merkmale aufweisen:
Es ist ein zylindrisches, hohles Gehäuseelement (29 a) vor­ gesehen;
in dem Gehäuseelement (29 a) ist ein Faltenbalg (33) derart angeordnet, daß er eine Umgebungsdruckkammer (32) und eine Ansaugdruckkammer (30) definiert, welche mit der Ansaug­ kammer (6) des Gehäuseelements (3) in Verbindung steht, wobei der Faltenbalg (33) derart angeordnet ist, daß er in Abhängigkeit von einer Änderung des Ansaugdrucks für das Kältemittel vor der Kompression desselben ver­ längerbar und verkürzbar ist;
es ist eine Feder (34) vorgesehen, die in der Umgebungs­ druckkammer (32) angeordnet ist, um auf den Faltenbalg (33) eine vorgegebene Federvorspannung auszuüben; und
es ist eine Ventilstange (39) vorgesehen, welche in dem Ventilgehäuse (29 a) beweglich angeordnet ist und ein erstes Ende aufweist, welches mit dem Faltenbalg (33) verbunden ist,sowie ein zweites Ende, welches mit einem Ventilelement (36) verbunden ist, um die ersten Verbindungskanaleinrichtungen (37) in Abhängigkeit von einer Bewegung der Ventilstange (39) zu öffnen und zu schliessen.