DE3707001C2 - - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft einen Taumelscheibenkompressor mit
variabler Förderleistung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs
1.
Ein derartiger Taumelscheibenkompressor ist aus der
DE 35 00 299 A1 bekannt. Bei diesem bekannten Taumelscheibenkompressor
ist zwischen einem Raum, in dem ein geringer
Druck herrscht, also einer Ansaugkammer, und einer Taumelscheibenkammer
eine Drosselöffnung mit konstantem Querschnitt
vorgesehen. Eine weitere Öffnung konstanten Querschnitts
ist zwischen einer Kammer hohen Drucks, also einer
Auslaßkammer, und der Taumelscheibenkammer vorgesehen. Wegen
des Vorhandenseins von Öffnungen bzw. Verbindungskanälen
konstanten Querschnitts ist bei dem bekannten Taumelscheibenkompressor
eine schnelle und gleichmäßige Verstellung der
Taumelscheibe von einem kleinen Anstellwinkel auf einen
größeren Anstellwinkel nur dann erreichbar, wenn der
konstante Querschnitt zwischen Taumelscheibenkammer und
Ansaugkammer relativ groß ist, um das in der Taumelscheibenkammer
zunächst unter hohem Druck stehende Gas schnell in
die Ansaugkammer entweichen zu lassen. In diesem Fall ist es
aber nicht möglich, die Taumelscheibe schnell von einer
Position größerer Neigung in eine Position geringerer
Neigung zurückzubewegen, da eine Erhöhung des Druckpegels in
der Taumelscheibenkammer wegen des relativ großen Querschnitts
der Verbindungsöffnung schwierig ist.
Weiterhin ist aus der DE 34 16 637 A1 ein Taumelsscheibenkompressor
mit variabler Förderleistung bekannt, bei dem
Regelventileinrichtungen vorgesehen sind, die eine schnelle
Änderung des Druckes in der Taumelscheibenkammer ermöglichen
sollen, um auf diese Weise den Anstellwinkel der Taumelscheibenkammer
mit hoher Empfindlichkeit zu verstellen. Bei
dem bekannten Taumelscheibenkompressor umfassen die Regelventileinrichtungen
ein einziges Schieberventil, über welches
die Taumelscheibenkammer entweder mit der Ansaugkammer
oder der Auslaßkammer verbindbar ist. Die Verstellung des
Scheiberventils erfolgt dabei mit Hilfe eines Elektromagneten,
welcher einen Ventilschieber in Abhängigkeit von der
Höhe des ihm zugeführten Erregerstroms verstellt. Dabei ist
die Regelung des Erregerstroms zur Regelung der magnetischen
Kraft aufwendig und störanfällig.
In einer früheren Anmeldung der Anmelderin
(DE 36 09 058 A1) ist ferner ein
Taumelscheibenkompressor mit variabler Förderleistung
beschrieben, welcher verbesserte Regeleinrichtungen für
den Anstellwinkel der Taumelscheibe umfaßt, mit deren
Hilfe eine sanfte Verstellung 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 Förderleistung
und der vollen Förderleistung betrieben werden,
so daß die Förderleistung des Kompressors stets an den Bedarf, beispielsweise
an den Kühlleistungsbedarf einer Klimaanlage angepaßt
werden kann.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, dann,
wenn die erforderliche Förderleistung, insbesondere der
Kühlleistungsbedarf einer Klimaanlage, ansteigt, unter allen
Betriebsbedingungen des Kompressors zuverlässig eine
schnelle und gleichmäßige Verstellung der Taumelscheibe aus
ihrer Position geringster Neigung gegenüber der Antriebswelle
- bei dieser Position ergibt sich die minimale Förderleistung
des Kompressors - schnell und gleichmäßig in eine
Position stärkerer Neigung - mit entsprechend erhöhter
Förderleistung des Kompressors - zu verstellen.
Diese Aufgabe wird bei einem gattungsgemäßen Taumelscheibenkompressor
gemäß der Erfindung durch die Merkmale des
kennzeichnenden Teils des Patentanspruchs 1 gelöst.
Es ist ein besonderer Vorteil des erfindungsgemäßen
Taumelscheibenkompressors, daß das Auftreten eines
Überdrucks in der Taumelscheibenkammer dadurch verhindert
wird, daß der Druck in der Taumelscheibenkammer ständig
überwacht und innerhalb der vorgegebenen Grenzwerte auf
einem vorgegebenen, konstanten Pegel gehalten wird.
Weiterhin ist die Änderung der Förderleistung über einen
breiten Bereich von einer sehr kleinen bis zu einer sehr
großen Förderleistung variabel. Außerdem wird bei einem
Taumelscheibenkompressor gemäß der Erfindung der Verlust an
Antriebsenergie beim Antreiben des Kompressors durch einen
Fahrzeugmotor so gering wie möglich gehalten, da dem
Fahrzeugmotor nur die Leistung entzogen wird, die für das
Erreichen der erforderlichen Kühlleistung tatsächlich
benötigt wird.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand
von Unteransprüchen.
Die Erfindung wird
nachstehend anhand von bevorzugten, in den Zeichnungen
dargestellten Ausführungsbeispielen der Erfindung noch
näher erläutert. Es zeigt
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 um
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 Ventil, nämlich dem 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 ersten Verbindungskanal 37 in Verbindung, um der
Taumelscheibenkammer 13 den Auslaßdruck zuzuführen. Der
Verbindungskanal 37 führt dabei von der
Öffnung 38 durch das hintere Gehäuse 3 und den Zylinder
block 1 hindurch.
Der 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. Die vorstehend beschriebenen Elemente des ersten Ventils 29
bilden dabei erste Ventilregeleinrichtungen.
Der Zylinderblock 1 ist mit einem zweiten Verbindungskanal 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 zweites Ventil, nämlich ein weiteres
Regelventil 41 vorgesehen, welches dazu dient, den freien
Querschnitt des Verbindungskanals 28 zu regeln. Das zweite
Regelventil 41 umfaßt ein Ventilgehäuse 41 a, das 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. 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 des Ventilgehäuses 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 des Ventilgehäuses 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. Gemeinsam bilden
die vorstehend beschriebenen Elemente des zweiten Ventils 41
zweite Ventilregeleinrichtungen.
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 zweiten 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 ersten Verbindungskanal in Form eines 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, bei dem
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,
mit einem Gehäuseelement mit einer Ansaugkammer und einer
Auslaßkammer; mit einem Zylinderblock, in dem mehrere
Zylinderbohrungen rings um eine Antriebswelle angeordnet
sind, wobei in jeder Zylinderbohrung ein hin- und herbeweglicher
Kolben vorgesehen ist; mit einer in einem
Kurbelgehäuse vorgesehenen Taumelscheibenkammer, welche
mit den Zylinerbohrungen in Verbindung steht und eine
gemeinsam mit der Antriebswelle drehbare Antriebsplatte
enthält, deren Neigungswinkel bezüglich der Antriebswelle
veränderbar ist, und an der eine nicht-drehbare Taumelscheibe
befestigt ist, die über Verbindungsstangen mit den einzelnen
Kolben verbunden ist; und mit einem ersten Verbindungskanal zur
Herstellung einer Fluidverbindung zwischen der Taumelscheibenkammer
und der Auslaßkammer über ein erstes
Ventil; mit einem zweiten Verbindungskanal
zum Herstellen einer Fluidverbindung zwischen der
Taumelscheibenkammer und der Ansaugkammer; mit einem zweiten
Ventil, welches dem zweiten Verbindungskanal
zugeordnet ist, um den freien Querschnitt
desselben zu bestimmen; und mit ersten Ventilregeleinrichtungen
zur Betätigung des ersten Ventils in
Ahängigkeit vom Druck in der Taumelscheibenkammer,
dadurch gekennzeichnet, daß
die dem ersten Ventil (29) zugeordneten ersten
Ventilregeleinrichtungen derart
ausgebildet sind, daß sie das erste Ventil (29)
in Abhängigkeit von einem Druck in der Ansaugkammer
(6) bezüglich eines ersten vorgegebenen
Drucks deart betätigen, daß sie das erste Ventil
(29) in einen ersten Zustand bringen, in dem der
erste Verbindungskanal geöffnet ist, wenn
der Druck in der Ansaugkammer (6) kleiner ist
als der erste vorgegebene Druck, und in eine zweite Position,
in der der erste Verbindungskanal
(37) geschlossen ist, wenn der Druck in der Ansaugkammer
(6) größer ist als der erste vorgegebene Druck,
und daß das zweite Ventil (41, 41′) als verstellbares
Ventil ausgebildet ist, mit dessen Hilfe
der freie Querschnitt eines Teils des zweiten Verbindungskanals
(28, 28′) veränderbar ist, und
daß dem zweiten Ventil (41, 41′) zweite Ventilregeleinrichtungen
zugeordnet sind, mit deren
Hilfe das zweite Ventil (41, 41′) in Abhängigkeit
von einer Änderung des Drucks in der
Taumelscheibenkammer (13) bezüglich eines zweiten vorgegebenen
Druckes derart betätigbar ist, daß sie den
freien Querschnitt des zweiten Verbindungskanals
(28, 28′) erhöht, wenn der Druck in der Taumelscheibenkammer
(13) größer ist als der zweite vorgegebene
Druck, und daß sie den freien Querschnitt des
zweiten Verbindungskanals (28, 28′) verringert,
wenn der Druck in der Taumelscheibenkammer (13) kleiner
oder gleich dem zweiten vorgegebenen Druck ist.
2. Taumelscheibenkompressor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß ein dritter Verbindungskanal (27)
vorgesehen ist, welcher für eine ständige, gedrosselte
Verbindung zwischen der Ansaugkammer (6) und der Taumelscheibenkammer
(13) sorgt.
3. Taumelscheibenkompressor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß das zweite Ventil (41; 41′)
bzw. dessen Ventilregeleinrichtungen folgende Merkmale
aufweisen:
Es ist ein Ventilgehäuse (41 a) vorgesehen, welches eine Ventilöffnung (46) aufweist, die in dem zweiten Verbindungskanal (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 des zweiten Verbindungskanals (28; 28′) aufweist, sowie ein zweites Ende, welches dem ersten Ende in axialer Richtung gegenüberliegt;
es ist eine Membran 42 vorgesehen, welche in dem Ventilgehäuse (41 a) eine Umgebungsdruckkammer (43) und eine Druckerfassungskammer (44) definiert, die mit der Taumelscheibenkammer (13) über den zweiten Verbindungskanal (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.
Es ist ein Ventilgehäuse (41 a) vorgesehen, welches eine Ventilöffnung (46) aufweist, die in dem zweiten Verbindungskanal (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 des zweiten Verbindungskanals (28; 28′) aufweist, sowie ein zweites Ende, welches dem ersten Ende in axialer Richtung gegenüberliegt;
es ist eine Membran 42 vorgesehen, welche in dem Ventilgehäuse (41 a) eine Umgebungsdruckkammer (43) und eine Druckerfassungskammer (44) definiert, die mit der Taumelscheibenkammer (13) über den zweiten Verbindungskanal (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 gekennzeichnet,
daß das zweite Ventil (41; 41′) in den Zylinderblock
(1) eingebaut ist.
5. Taumelscheibenkompressor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß das erste Ventil (29) bzw. dessen Ventilregeleinrichtungen
folgende Merkmale aufweisen:
Es ist ein zylindrisches, hohles Gehäuseelement (29 a) vorgesehen;
in dem Gehäuseelement (29 a) ist ein Faltenbalg (33) derart angeordnet, daß er eine Umgebungsdruckkammer (32) und eine Ansaugdruckkammer (30) definiert, welche mit der Ansaugkammer (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 verlängerbar und verkürzbar ist;
es ist eine Feder (34) vorgesehen, die in der Umgebungsdruckkammer (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 den ersten Verbindungskanal (37) in Abhängigkeit von einer Bewegung der Ventilstange (39) zu öffnen und zu schließen.
Es ist ein zylindrisches, hohles Gehäuseelement (29 a) vorgesehen;
in dem Gehäuseelement (29 a) ist ein Faltenbalg (33) derart angeordnet, daß er eine Umgebungsdruckkammer (32) und eine Ansaugdruckkammer (30) definiert, welche mit der Ansaugkammer (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 verlängerbar und verkürzbar ist;
es ist eine Feder (34) vorgesehen, die in der Umgebungsdruckkammer (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 den ersten Verbindungskanal (37) in Abhängigkeit von einer Bewegung der Ventilstange (39) zu öffnen und zu schließen.
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