DE3711979A1 - Taumelscheibenkompressor mit variabler foerderleistung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Taumelscheibenkompressor gemäß dem Gattungsbegriff des Patentanspruchs 1, insbe­ sondere einen Taumelscheibenkompressor mit einer einge­ bauten Steuer- bzw. Regelventilanordnung, mit deren Hilfe die Förderleistung des Kompressors in Abhängigkeit von der erforderlichen Kühlleistung einer den Kompressor ent­ haltenden Klimaanlage automatisch veränderbar ist. Spe­ ziell befaßt sich die Erfindung mit einem Steuer- bzw. Regelsystem für die Taumelscheibenkammer eines Kompres­ sors, mit dessen Hilfe in der Taumelscheibenkammer ein Druckmitteldruck aufrechterhalten werden kann, bei dem bei niedrigem Kühlleistungsbedarf eine sanfte Änderung des Anstellwinkels der Taumelscheibe ermöglicht wird.

In einer früheren Anmeldung der Anmelderin (U.S. Patent­ anmeldung Serial Nr. 8 56 760 vom 28. April 1986) ist ein Taumelscheibenkompressor mit variabler Förderleistung beschrieben, bei dem bereits ein vorteilhaftes System zum automatischen Regeln des Anstellwinkels der Taumelscheibe in Abhängigkeit vom Kühlleistungsbedarf vorgesehen ist. Dabei kann der bekannte Taumelscheibenkompressor in einem sehr breiten Förderleistungsbereich betrieben werden, der von einer sehr geringen Förderleistung bis zur vollen För­ derleistung reicht, so daß in Abhängigkeit von Änderungen der erforderlichen Kühlleistung stets günstige Betriebsbe­ dingungen aufrechterhalten werden können.

Ausgehend vom Stande der Technik und dem früheren Vorschlag, liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, für einen Taumel­ scheibenkompressor mit variabler Förderleistung ein weiter verbessertes Steuer- bzw. Regelsystem anzugeben, mit dessen Hilfe der Druck in der Taumelscheibenkammer auf einem Pegel gehalten werden kann, bei dem eine gleichmäßige Änderung des Anstellwinkels der Taumelscheibe, ausgehend von einer Posi­ tion mit größerem Anstellwinkel bis zum kleinsten möglichen Anstellwinkel, erfolgen kann, und zwar in Abhängigkeit von einem geringen Kühlleistungsbedarf und/oder in Abhängigkeit von einem Absinken des Auslaßdrucks des Kompressors aufgrund eines Absinkens der Umgebungstemperatur derart, daß die För­ derleistung des Kompressors zwangsweise auf die geringst­ mögliche Förderleistung abgesenkt werden kann.

Gleichzeitig wird angestrebt, daß die Förderleistung des Kompressors in einem großen Bereich, nämlich zwischen einer sehr kleinen Förderleistung und einer großen Förderleistung, variabel ist.

Diese Aufgabe wird bei einem gattungsgemäßen Taumelschei­ benkompressor gemäß der Erfindung durch die Merkmale des kennzeichnenden Teils des Patentanspruchs 1 gelöst.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand von Unteransprüchen.

Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung werden nach­ stehend anhand von Zeichnungen noch näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine erste bevorzugte Ausführungsform eines Taumelscheibenkompres­ sors mit variabler Förderleistung, welcher mit Steuer- bzw. Regeleinrichtungen gemäß der Er­ findung ausgestattet ist;

Fig. 2 einen vergrößerten Querschnitt durch ein er­ stes Ventil des Kompressors gemäß Fig. 1;

Fig. 3 einen vergrößerten Querschnitt durch ein zwei­ tes Ventil des Kompressors gemäß Fig. 1 und

Fig. 4 einen vergrößerten Querschnitt durch ein ab­ gewandeltes zweites Ventil für einen erfin­ dungsgemäßen Taumelscheibenkompressor mit Steuer- bzw. Regeleinrichtungen für den Druck in der Taumelscheibenkammer.

Ehe nachstehend auf die Ausführungsbeispiele der Erfindung näher eingegangen wird, soll vorausgeschickt werden, daß in Fig. 1 bis 4 der Zeichnung, in denen zwei Ausführungsbei­ spiele der Erfindung dargestellt sind, gleiche Teile mit ent­ sprechenden Bezugszeichen bezeichnet sind.

Im einzelnen zeigen Fig. 1 bis 3 ein erstes Ausführungsbei­ spiel der Erfindung, nämlich einen Taumelscheibenkompressor mit variabler Verdrängung, der insbesondere zur Verwendung in einer Klimaanlage für ein Kraftfahrzeug geeignet ist. Der Kompressor umfaßt einen Zylinderblock 1 in Form eines zylin­ drischen Elements mit einem offenen vorderen Ende und einem im axialen Abstand davon angeordneten offenen hinteren Ende. Das offene vordere Ende des Zylinderblocks 1 ist durch ein glockenförmiges Kurbelgehäuse bzw. vorderen Gehäuse 2 ver­ schlossen, während das offene hintere Ende durch ein kap­ penförmiges hinteres Gehäuse 3 verschlossen ist, wobei sich zwischen dem Zylinderblock 1 und dem hinteren Gehäuse 3 eine Ventilplatte 4 befindet. Das vordere Gehäuse 2 besitzt einen zentral angeordneten Lagerteil 5 A, welcher der drehbaren Lagerung eines Endes einer Antriebswelle 17 dient. Das andere Ende der Antriebswelle 17 ist in einem zentralen Lagerteil 5 B des Zylinderblocks 1 gelagert. In dem hinteren Gehäuse 3 sind eine außen liegende Ansaugkammer 6 und eine dazu kon­ zentrische, innen liegende Auslaßkammer 7 angeordnet, die durch eine ringförmige Trennwand 8 voneinander getrennt sind. Die Ansaugkammer 6 ist mit einer Kompressionskammer 15 jeder von mehreren Zylinderbohrungen 14 in dem Zylinder­ block 1 über eine der Ansaugöffnungen 9 in der Ventilplatte 4 verbindbar. Die Auslaßkammer 7 ist ebenfalls mit der Kompressionskammer 15 jeder der Zylinderbohrungen 14 ver­ bindbar, und zwar über eine der Auslaßöffnungen 10 in der Ventilplatte 4. Ferner sind die Ansaugkammer 6 und die Auslaßkammer 7 mit einem äußeren Kältemittelkreislauf einer Klimaanlage über einen Einlaß bzw. einen Auslaß (nicht dargestellt) verbunden. Die Ansaugöffnungen 9 in der Ventilplatte 4 sind durch zugeordnete Ansaugventilele­ mente 11 verschließbar, welche öffnen, wenn ein Kolben 16 in der zugeordneten Zylinderbohrung 14 einen Saughub aus­ führt. Die Zylinderbohrungen 14 sind in dem Zylinderblock 11 derart auf den Umfang desselben verteilt, daß sie den Lagerteil 5 B umgeben. Jeder der Kolben 16 ist in seine Zylinderbohrung 14 gleitverschieblich und hin- und herbe­ weglich eingepaßt, derart, daß am hinteren Ende des Zylin­ derblockes 1 die bereits erwähnten Kompressionskammern 15 gebildet werden. Diese Kompressionskammern 15 kommunizie­ ren abwechselnd mit der Ansaugkammer 6 und der Auslaßkammer 7, und zwar in Abhängigkeit von der Hin- und Herbewegung des Kolbens 16 über die jeweilige Ansaugöffnung 9 bzw. Aus­ laßöffnung 10, wobei jeder Auslaßöffnung 10 ein Auslaßven­ tilelement 12 zugeordnet ist, welches öffnet, wenn der zu­ gehörige Kolben 16 in der betreffenden Zylinderbohrung 14 einen Kompressionshub ausführt.

In dem vorderen Gehäuse 2 ist eine zylindrische Taumel­ scheibenkammer 13 vorhanden, welche mit sämtlichen Zylin­ derbohrungen 14 des Zylinderblockes 1 in Verbindung steht. Die Taumelscheibenkammer 13 wird in axialer Richtung von der Antriebswelle 17 durchgriffen, die in den Lagerteilen 5 A und 5 B gelagert ist. Das eine Ende der Antriebswelle 17 steht dabei nach außen über das vordere Gehäuse 2 vor, so daß es mit einem Kraftfahrzeugmotor (nicht gezeigt) über eine geeignete Antriebsverbindung und/oder eine Kupplung verbindbar ist. In der Kammer 13 ist auf der Wel­ le 17 ein Antriebselement 18 montiert, welches nachste­ hend - für beide Ausführungsbeispiele - als Schwenkzapfen­ platte bezeichnet wird. Die Schwenkzapfenplatte 18 ist im wesentlichen kreisrund ausgebildet und mittels eines Druck­ lagers 5 c drehbar an einem vorderen Innenwandbereich des vorderen Gehäuses 2 abgestützt und kann sich zusammen mit der Antriebswelle 17 drehen. An ihrem inneren Ende besitzt die Schwenkzapfenplatte 18 eine Stirnfläche 18 a, an der sich eine Buchse 19 abstützen kann, solange der Kompressor mit großer Förderleistung arbeitet. Angrenzend an die Stirnfläche 18 a besitzt die Platte 18 eine Schrägfläche 18 b, an die sich eine Antriebsplatte 20 bei ihren Schwenk- bzw. Taumelbewegungen anlegen kann, sowie einen Stützarm 18 c zum Abstützen der Antriebsplatte 20. Der Stützarm 18 c und die Schrägfläche 18 b sind so angeordnet, daß sie in Umfangsrich­ tung der Platte 18 um 180° gegeneinander versetzt sind. Die Antriebsplatte 20 ist als ringförmiges Element ausgebildet, welches die Antriebswelle 17 umgibt und welches durch den Stützarm 18 c derart gehaltert ist, daß es um eine zur Dreh­ achse der Antriebswelle 17 senkrechte Achse schwenkbar ist. Im einzelnen besitzt der Stütz- oder Tragarm 18 c eine bo­ genförmige Öffnung 22, deren Krümmungsmittelpunkt bei einer Umdrehung der Schwenkzapfenplatte 18 durch die Punkte hin­ durchgeht, an denen eine Taumelscheibe 21 und Verbindungs­ stangen 26 über Kugelgelenke miteinander verbunden sind. Weiterhin besitzt die Antriebsplatte 20 einen nach vorn abstehenden Ansatz 20 a, der sich in Richtung auf den Arm 18 c der Platte 18 erstreckt und mit diesem fluchtet. Der Ansatz 20 a und der Stützarm 18 c sind über einen Führungs­ zapfen 23 miteinander verbunden, der an dem Ansatz 20 a befestigt ist und beweglich in die bogenförmige Öffnung 22 des Stützarms 18 c eingreift, so daß die Antriebsplatte 20 gegenüber der Schwenkzapfenplatte Schwenk- bzw. Taumelbe­ wegungen ausführen kann, während sie sich gemeinsam mit der Welle 17 dreht. Die Antriebsplatte 20 kann also Pendelbewe­ gungen ausführen, wobei sie einen unterschiedlichen Winkel mit einer zur Antriebswelle 17 senkrechten Ebene einschließt. Die Buchse 19, welche gleitverschieblich auf der Antriebs­ welle 17 sitzt, ist mit der Antriebsplatte 20 verbunden. Zu diesem Zweck sind an der Buchse 19 zwei einander diametral gegenüberliegende Zapfen 24 vorgesehen, auf denen die An­ triebsplatte 20 schwenkbar montiert ist. Dies hat zur Fol­ ge, daß die Buchse 19 in Abhängigkeit von Schwenkbewegungen der Antriebsplatte 20 entsprechende Längsbewegungen längs der Antriebswelle 17 ausführt. Die bereits erwähnte Tau­ melscheibe 21 ist an der Antriebsplatte 20 mittels eines Drucklagers 25 abgestützt und als ringförmiges Element aus­ gebildet, welches die Antriebswelle 17 umgibt. Die Tau­ melscheibe 21 ist gemeinsam mit der Antriebsplatte 20 schwenkbar und mit den einzelnen Kolben 16 jeweils über eine Verbindungsstange 26 verbunden, wobei an beiden Enden jeder Verbindungsstange 26 Kugelgelenke vorgesehen sind. Dabei sind die Verbindungen zwischen der Taumelscheibe 21 und den einzelnen Kolben 16 derart ausgebildet, daß je­ der Kolben 16 in seinen oberen Totpunkt bewegt wird, das heißt in seine hinterste Position in der zugeordneten Zylinderbohrung 14, wenn der Stützarm 18 c der Schwenkzap­ fenplatte 18 in eine Position gedreht wird, in der er in axialer Richtung mit der betreffenden Zylinderbohrung 14 fluchtet, wobei die Drehbewegung der Platte 18 über die Elemente 18 c, 20, 20 a, 21, 22, 23 und 26 in eine Hin­ und Herbewegung der Kolben 16 umgesetzt wird. Im übrigen ist die Taumelscheibe 21 mittels eines feststehenden Führungs­ zapfens 21 a, der in axialer Richtung durch das vordere Ge­ häuse 2 und den Zylinderblock 1 hindurchgeht und in dem hinteren Gehäuse 3 befestigt ist und außerdem in einen Schlitz am Umfang der Taumelscheibe 21 eingreift, gegen eine Drehung gesichert, so daß sie nur eine hin- und hergehende Pendel- bzw. Taumelbewegung ausführen kann.

In dem hinteren Gehäuse 3 ist ein Steuer- bzw. Regelventil 29 angeordnet, welches nachstehend als erstes Ventil 29 be­ zeichnet ist und dazu dient, den Druckpegel in der Taumel­ scheibenkammer 13 zu regeln und damit den Schwenkwinkel der Antriebsplatte 20 und der Taumelscheibe 21 zu verändern. Das erste Ventil 29 besitzt eine Ansaugdruckkammer 30 und eine Auslaßdruckkammer 31, die axial fluchtend angeordnet, jedoch voneinander getrennt sind. Die Ansaugdruckkammer 30 steht mit der Ansaugkammer 6 über einen Verbindungskanal 6′ in Verbindung, während die Auslaßdruckkammer 31 mit der Aus­ laßkammer 7 über einen Verbindungskanal 7′ in Verbindung steht. Weiterhin ist die Ansaugdruckkammer 30 von einer Um­ gebungsdruckkammer 32, die mit der Atmosphäre in Verbindung steht, durch eine Membran 33 getrennt. Die Umgebungsdruck­ kammer 32 ist oberhalb der Ansaugkammer 30 angeordnet und enthält eine Feder 34 a, welche die Membran 33 derart be­ aufschlagt, daß sie ständig in Richtung auf die Auslaß­ druckkammer 31 ausgelenkt würde. Andererseits ist in der Ansaugdruckkammer 30 eine Gegendruckfeder 34 b angeordnet, welche eine definierte Gegenkraft auf die Membran 33 aus­ übt. An einem Ende der Auslaßdruckkammer 31 ist, angrenzend an eine zwischen den beiden Kammern 30 und 31 vorgesehene Öffnung 38 ein kreisringförmiger Ventilsitz 35 vorgesehen. Die Öffnung 38 steht mit der Taumelscheibenkammer 13 über einen Kanal 37 in Verbindung, so daß die Taumelscheiben­ kammer 13 bei geöffnetem Ventil mit dem Auslaßdruck be­ aufschlagbar ist. Dabei führt der Kanal 37, ausgehend von der Öffnung 38, durch das hintere Gehäuse 3 und den Zylin­ derblock 1 hindurch.

Die Membran 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 hinein reicht und dort mit einem konischen Ventilelement 36 (vergleiche Fig. 2) verbunden ist, welches mit Hilfe der Stange 39 auf den Ventilsitz 35 zu und von diesem weg bewegbar ist. Die Bewegungen der Ventilstange 39 und des Ventilelements 36 werden einerseits durch die Bewegungen der Membran 33 und andererseits durch eine Feder 40 ge­ steuert, die in der Auslaßdruckkammer 31 angeordnet ist und das Ventilelement 36 in Schließrichtung, das heißt in Richtung auf den Ventilsitz 35, beaufschlagt.

Der Zylinderblock 1 und das hintere Gehäuse 3 sind mit Kanälen 28 a, 28 b versehen, welche sich zwischen der An­ saugkammer 6 des hinteren Gehäuses 3 und der Taumelschei­ benkammer 13 im vorderen Gehäuse 2 erstrecken und eine Fluidverbindung zwischen den beiden Kammern 6 und 13 schaf­ fen. Die Kanäle 28 a und 28 b bilden somit Entlastungskanäle, über die unter einem hohen Druck stehendes Gas aus der Taumelscheibenkammer 13 in die Ansaugkammer 6 fließen kann. In der Mitte der beiden in Serie zueinander verlau­ fenden Kanäle 28 a, 28 b befindet sich ein weiteres Steuer­ bzw. Regelventil 41 - das zweite Ventil 41 -, welches dazu dient, die Fluidverbindung zwischen den Kanälen bzw. Kanal­ abschnitten 28 a und 28 b zu steuern. Ferner ist noch ein ständig offener Kanal 51 vorgesehen, der eine ständige Ver­ bindung zwischen den beiden Kanälen 28 a und 28 b schafft.

Das zweite Ventil 41 besitzt ein Ventilgehäuse 41 a, in dem eine Ventilkammer 42 vorgesehen ist, die zwischen den Kanälen 28 a und 28 b liegt. Ferner definiert das Gehäuse 41 a einen Ventilsitz 43. Das Ventilgehäuse 41 a ist in eine Bohrung 3 a des hinteren Gehäuses 3 eingepaßt, welche gegenüber der Um­ gebung mit Hilfe eines Dichtungselements 60 in einem Ver­ schlußstopfen 41 b hermetisch abgedichtet ist und mit den Kanälen 28 a, 28 b kommuniziert. In der Ventilkammer 42 ist ein Kugelventil 48 angeordnet, welches auf den Ventilsitz 43 zu und von diesem wegbewegbar ist. In dem Ventilgehäuse 41 a sind ferner eine Auslaßdruckkammer 44 und eine Ansaug­ druckkammer 45 ausgebildet, die in axialer Richtung durch die Ventilkammer 42 voneinander getrennt sind. Die Ansaug­ druckkammer 45 steht dabei mit der Ansaugkammer 6 ständig über radiale Bohrungen des Ventilgehäuses 41 sowie über den Kanal 28 b in Verbindung. In der Ansaugdruckkammer 45 sind eine Feder 50 und eine in axialer Richtung bewegliche Halte­ stange 49 zur Halterung des Kugelventils 48 angeordnet. Ein Ende der Feder 50 stützt sich an dem Verschlußstopfen 41 b ab, während sich ihr anderes Ende an der Stange 49 abstützt und diese zusammen mit dem Kugelventil 48 in Richtung auf den Ventilsitz 43 vorspannt. Andererseits kommuniziert die Auslaßdruckkammer 44 ständig über einen Verbindungskanal 44′ mit der Auslaßkammer 7. In der Auslaßdruckkammer 44 befindet sich ein in axialer Richtung beweglicher Kolben 46 mit einer Kolbenstange 47, deren eines Ende in axialer Richtung durch den Ventilsitz 43 vorsteht und das Kugelventil 48 von dem Ventilsitz 43 wegdrücken kann, wobei die Verbindung bzw. der Verbindungsquerschnitt zwischen den Kanälen 28 a und 28 b vergrößert wird. Dabei ist zu beachten, daß der Kanal 51 stets für eine Verbindung mit vorgegebenem freien Querschnitt zwischen den beiden Kanälen 28 a und 28 b sorgt.

Nachstehend soll nunmehr die Arbeitsweise des vorstehend er­ läuterten ersten Ausführungsbeispiels eines Taumelscheiben­ kompressors variabler Verdrängung gemäß der Erfindung er­ läutert werden.

Wenn der Betrieb des Kompressors gemäß Fig. 1 bis 3 beendet bzw. unterbrochen wird, sind die Drücke in der Ansaugkammer 6, der Auslaßkammer 7 und der Taumelscheibenkammer 13 norma­ lerweise auf einem Druckpegel ausgeglichen, der höher ist als ein vorgegebener Druckpegel, welcher sich seinerseits durch Addition des Atmosphärendrucks mit einem Druckwert ergibt, der dem Druck entspricht, der von der Feder 34 a in der Umgebungsdruckkammer 32 des ersten Ventils 29 ausgeübt wird. Daher herrscht entsprechend dem hohen Druck in der Taumelscheibenkammer 13 und dem hohen Druck in der Ansaug­ kammer 6 ein hoher Druck in der Ansaugdruckkammer 30 des ersten Ventils 29. Aus diesem Grund wird die Membran 33 ent­ gegen dem Umgebungsdruck und dem Druck der Feder 34 in Rich­ tung auf die Umgebungsdruckkammer 32 ausgelenkt, wodurch das Ventilelement 36 in Richtung auf den Ventilsitz 35 bewegt wird. Die Kommunikation zwischen der Taumelscheibenkammer 13 und der Auslaßdruckkammer 31 des ersten Ventils 29 wird folglich durch das Schließen der Ventilanordnung 35, 36 un­ terbrochen. Dies bedeutet, daß der Druck in der Taumel­ scheibenkammer 13 auf einem Pegel gehalten wird, der gleich dem Druckpegel in der Ansaugkammer 6 ist, und folg­ lich wird der Druck in der Taumelscheibenkammer 13 an der Rückseite jedes der Kolben 16 wirksam. Die Antriebsplatte 20 und die Taumelscheibe 21 werden folglich in einer Lage stillgesetzt, in der sie einen großen Winkel mit einer zur Drehachse der Antriebswelle 17 senkrechten Ebene ein­ schließen.

Die vorstehend erwähnte Druckausgleichsbedingung zwischen den Drücken in der Ansaugkammer 6, der Auslaßkammer 7 und der Taumelscheibenkammer 13 bewirkt außerdem ein Schlie­ ßen der Ventilanordnung 43, 48 des zweiten Ventils 41. Dies ist darauf zurückzuführen, daß die Stange 49 mit dem Kugel ventil 48 durch die Druckkraft der Feder 50 in der Ansaug­ druckkammer 45 gegen den Ventilsitz 43 gedrückt wird. Damit stehen die Kanäle 28 a und 28 b nur noch über den Kanal 51 festen Querschnitts miteinander in Verbindung. Somit ergibt sich zwischen der Taumelscheibenkammer 13 und der Ansaug­ kammer 6 der kleinste mögliche freie Querschnitt für das gasförmige Kältemittel.

Wenn der Kompressor gestartet wird, indem man die Antriebs­ welle 17 über eine Kupplung, beispielsweise eine übliche Magnetkupplung, mit dem Kraftfahrzeugmotor verbindet, dann beginnt sich die Antriebsplatte 20 zu drehen. Wenn die erforderliche Kühlleistung für die Fahrzeugkabine zu diesem Zeitpunkt groß ist, dann erfolgt die Drehung der Antriebs­ platte 20 mit einem großen Anstell- bzw. Schwenkwinkel der­ selben. Folglich wird auch die Taumelscheibe 21 mit einem großen Schwenkwinkel geschwenkt, und die mit der Taumel­ scheibe 21 verbundenen Kolben führen ihre Hin- und Herbe­ wegung in den zugeordneten Zylinderbohrungen 14 mit einem großen Hub aus. Der Kompressor arbeitet somit mit großer Förderleistung bzw. Verdrängung.

Solange der Kompressor mit großer Verdrängung arbeitet, nimmt der Auslaßdruck in der Auslaßkammer 7 und folglich auch der Druck in der Auslaßdruckkammer 44 des zweiten Ven­ tils 41 allmählich zu. Wenn der Pegel des Auslaßdruckes da­ bei einen Wert erreicht, der über dem Pegel der Summe aus dem Ansaugdruck und dem von der Feder 50 in der Ansaugdruck­ kammer 45 ausgeübten Druck liegt, dann bewirkt die resultie­ rende Druckdifferenz eine Abwärtsbewegung des Kolbens 46 und der Ventilstange 47 des zweiten Ventils 41, so daß das Kugelventil 48 von seinem Ventilsitz 43 abgehoben wird. Auf diese Weise wird eine Verbindung zwischen der Taumelscheiben­ kammer 13 und der Ansaugkammer 6 über die an den Ventilsitz 43 angrenzende Ventilöffnung und die Ventilkammer 42 herge­ stellt. Solange der Kompressor mit großer Förderleistung arbeitet, zirkuliert in dem den Kompressor enthaltenden Kältemittelkreislauf eine große Kältemittelmenge, die eine ausreichende Menge einer Schmierölkomponente enthält. Da­ her bewirkt das in die Zylinderbohrungen 14 des Zylinder­ blocks 1 angesaugte Kältemittel in dem Kompressor eine hohe Dichtwirkung zwischen den Wänden der Zylinderbohrungen 14 und den Mantelflächen der Kolben 16, wodurch Leckströme aus den Kompressionskammern 15 der Zylinderbohrungen 14 in die Taumelscheibenkammer 13 verhindert bzw. stark gedros­ selt werden. Da für diesen Zustand andererseits eine aus­ reichende Fluidkommunikation zwischen der Taumelscheiben­ kammer 13 und der Ansaugkammer 6 besteht, und zwar über das zweite Ventil 41, kann das Leckgas, welches in die Taumelscheibenkammer 13 gelangt, sofort durch die Kanäle 28 a und 28 b in die Ansaugkammer 6 abfließen. Folglich kann der Druck in der Taumelscheibenkammer 13 auf dem Wert ge­ halten werden, der durch den Druck in der Ansaugkammer 6 und die Federkraft der Feder 50 vorgegeben ist.

Dadurch, daß der Kompressor eine Zeit lang mit hoher Förder­ leistung weiterarbeitet, wird die klimatisierte Fahrzeug­ kabine abgekühlt und die erforderliche Kühlleistung (die vom Verdampfer der Klimaanlage abzugebende Wärmemenge) ver­ ringert sich. Aufgrund der Verringerung der erforderlichen Kühlleistung sinkt der Ansaugdruck für das Kältemittel, wel­ ches von dem Verdampfer zu der Ansaugkammer gelangt, ab. Wenn der Ansaugdruck in der Ansaugkammer 6 geringer wird als ein vorgegebener Druckpegel für das erste Ventil 29, das heißt geringer als ein Druckpegel, der der Summe des Atmosphärendrucks und des von der Feder 34 ausgeübten Druc­ kes entspricht, dann wird die Membran 33 aus einer Posi­ tion, in die sie ausgelenkt war, in Richtung auf die An­ saugdruckkammer 30 zurückbewegt, und zwar aufgrund der Druckdifferenz zwischen dem Ansaugdruck in der Ansaug­ kammer 6 und dem für das erste Ventil 29 vorgegebenen Druck, bis das Ventilelement 36 von der Ventilöffnung 35 abgehoben wird und diese öffnet. Durch das Öffnen des Ventils wird eine Fluidverbindung zwischen der Auslaß­ druckkammer 31 des ersten Ventils 29 und einem Kanal 37 geschaffen. Das unter einem hohen Auslaßdruck stehende komprimierte Kältemittel fließt folglich von der Auslaß­ kammer 7 in die Taumelscheibenkammer 13, so daß der Druck in der Taumelscheibenkammer 13 ansteigt. Der er­ höhte Druck in der Taumelscheibenkammer 13 wirkt wieder­ um auf die hinteren Stirnflächen jedes der Kolben 16 und verringert deren Hub. Die Abnahme des Kolbenhubs hat eine Verringerung des Schwenkwinkels der Antriebsplatte 20 und der Taumelscheibe 21 zur Folge. Folglich wird die Förderleistung des Kompressors allmählich veringert. Was das zweite Ventil 41 anbelangt, so wird jedoch dort der Druck in der Auslaßdruckkammer 4 immer noch auf einem Pe­ gel gehalten, der höher ist als in der Ansaugdruckkammer 45, und die Fluidverbindung zwischen der Taumelscheiben­ kammer 13 und der Ansaugkammer 6 wird folglich über die beiden Kanäle 28 a und 28 b und den geöffneten Ventilsitz 43 aufrechterhalten.

Während der Kompressor weiterläuft, wird die Kabine des Fahrzeugs noch weiter abgekühlt, wodurch die erforderliche Kühlleistung am Verdampfer der Klimaanlage weiter ab­ nimmt. Folglich sinkt der Ansaugdruck für das aus dem äus­ seren Kreislauf in die Ansaugkammer 6 angesaugte Kältemit­ tel weiter ab. Die Verringerung des Ansaugdruckes für das Kältemittel bewirkt eine Verringerung des Druckpegels in der Ansaugdruckkammer 30 des ersten Ventils 29, wobei des­ sen Ventilöffnung jedoch geöffnet bleibt. Folglich wird die Zufuhr des hohen Auslaßdruckes von der Auslaßkammer 7 zu dem Taumelscheibengehäuse 13 fortgesetzt. Daher wird der Anstellwinkel (der Neigungswinkel gegenüber einer zur Drehachse senkrechten Ebene) für die Antriebsplatte 20 und die Taumelscheibe 21 in dem Taumelscheibengehäuse 13 zwangs­ läufig verringert, so daß ein Arbeiten des Kompressors mit kleiner Förderleistung erreicht wird.

Wenn der Kompressor seinen Betrieb mit kleiner Förderlei­ stung fortsetzt, nimmt der Auslaßdruck des Kompressors all­ mählich ab (außerdem erfolgt eine Verringerung des Auslaß­ druckes des Kompressors aufgrund des Absinkens der Umge­ bungstemperatur).

Wenn der Druckpegel in der Druckauslaßkammer 44 des zwei­ ten Ventils 41 bei mit geringer Förderleistung arbeitendem Kompressor unter den Druckpegel in der Ansaugdruckkammer 45 fällt, nämlich unter den Druck, der sich aus der Summe des Ansaugdruckes und der von der Feder 50 ausgeübten Druckkraft ergibt, dann werden die Stange 49 und das Kugel­ ventil 48 in Richtung auf den Ventilsitz 43 bewegt, um die dem Ventilsitz 43 zugeordnete Öffnung zu schließen. Hier­ durch wird die Fluidverbindung zwischen den Kanälen 28 a und 28 b über die Ventilkammer 42 unterbrochen. Es verbleibt so­ mit nur noch der Verbindungskanal 51 festen Querschnitts, der für eine Fluidverbindung zwischen der Taumelscheiben­ kammer 13 und der Ansaugkammer 6 sorgt und über den eine begrenzte Leckgasmenge aus der Taumelscheibenkammer 13 in die Ansaugkammer 6 strömen kann. Auf diese Weise wird in der Taumelscheibenkammer 13 aufgrund der Leckgasströme aus den einzelnen Zylinderbohrungen 14 ein Druckanstieg er­ reicht. Hierdurch ist gewährleistet, daß der Druck in der Taumelscheibenkammer auf einem solchen Pegel gehalten wird, wie er zum Bewegen der Antriebsplatte 20 und der Taumel­ scheibe 21 aus einem Zustand mit einem großen Anstellwinkel (der einer großen Förderleistung des Kompressors entspricht) in eine mehr senkrechte Stellung erforderlich ist, die der kleinsten möglichen Förderleistung des Kompressors ent­ spricht.

Fig. 4 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung, nämlich eine weitere Ausführungsform für ein zweites Ven­ til 41′ für einen erfindungsgemäßen Taumelscheibenkompres­ sor mit variabler Förderleistung. Im einzelnen unterschei­ det sich das Ventil gemäß Fig. 4 von demjenigen gemäß Fig. 3 dadurch, daß dieses zweite Ventil 41′ derart arbei­ tet, daß die Fluidverbindung zwischen den Kanälen 28 a und 28 b direkt in Abhängigkeit von einer Änderung des Auslaß­ druckes in der Auslaßkammer 7 des Kompressors gesteuert bzw. geregelt wird. Im einzelnen besitzt das zweite Ven­ til 41′ eine in dem hinteren Gehäuse 3 ausgebildet herme­ tisch abgedichtete Auslaßdruckkammer 52, in der ein Falten­ balg 54 angeordnet ist, der eine Umgebungsdruckkammer 53 begrenzt, die mit der Umgebung in Verbindung steht. Der Faltenbalg 54 ist mit seinem einen Ende mit einem Ver­ schlußstopfen 58 verbunden und am anderen Ende über eine gleitverschieblich bewegliche Ventilstange 55 b mit einem konischen Ventilelement 55 a. Das konische Ventilelement 55 a dient dem Öffnen und Schließen einer Ventilöffnung 56, wel­ che zwischen einer Ansaugdruckkammer 59 a und einer Kammer 59 b für den Taumelscheibenkammerdruck in dem hinteren Ge­ häuse 3 des Kompressors angeordnet ist. In der Umgebungs­ druckkammer 53 ist eine Feder 57 angeordnet, die den Fal­ tenbalg 54 ständig in seinen gestreckten Zustand vor­ spannt, in dem das Ventilelement 55 a gegen die Ventilöff­ nung 56 gedrückt wird und diese schließt. Wenn der Auslaß­ druck über einen vorgegebenen Pegel ansteigt, welcher etwa der Summe aus dem Umgebungsdruck und dem von der Feder 57 ausgeübten Druck entspricht, dann wird der Faltenbalg 54 zusammengedrückt, wodurch sich das konische Ventilelement 55 a von der Ventilöffnung 56 wegbewegt. Hierdurch wird die Ventilöffnung 56 geöffnet, so daß sich eine verstärkte Fluidverbindung zwischen der Taumelscheibenkammer 13 und der Ansaugkammer 6 des Kompressors ergibt. Der Kanal 51 festen Querschnitts sorgt stets für eine definierte Fluid­ verbindung zwischen der Taumelscheibenkammer 13 und der Ansaugkammer 6. Das zweite Ventil 41′ beim zweiten Aus­ führungsbeispiel ist somit in der Lage, die Fluidverbindung zwischen der Taumelscheibenkammer 13 und der Ansaugkammer 6 in Abhängigkeit von einer Änderung des Auslaßdruckes in der Auslaßkammer 7 des Kompressors zu ändern.

Aus der vorstehenden Beschreibung eines ersten und eines zweiten bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung wird deutlich, daß bei dem mit variabler Förderleistung arbei­ tenden Taumelscheibenkompressor gemäß der Erfindung das Aus­ maß der Fluidverbindung zwischen der Taumelscheibenkammer und der Ansaugkammer in Abhängigkeit von einer Änderung im Auslaßdruck des Kompressors, bezogen auf einen vorgegebenen Druckpegel, geändert wird. Dies bedeutet, daß das Ausmaß der Fluidverbindung zwischen der Taumelscheibenkammer und der Ansaugkammer dann erhöht wird, wenn der Auslaßdruckpe­ gel höher ist als der vorgegebene Pegel, wodurch das unter hohem Druck stehende Kältemittel in der Taumelscheibenkam­ mer gleichmäßig in die Ansaugkammer entweichen kann. Wenn der Auslaßdruck jedoch unter dem vorgegebenen Druckpegel liegt, dann wird das Ausmaß der Fluidverbindung zwischen der Taumelscheibenkammer und der Ansaugkammer derart ver­ ringert, daß der Druck in der Taumelscheibenkammer auf einem angemessenen Niveau gehalten wird, und zwar aufgrund der Tatsache, daß das Entweichen von Leckgas aus der Tau­ melscheibenkammer in die Ansaugkammer unterdrückt bzw. eingeschränkt wird. Der Druckpegel in der Taumelscheiben­ kammer wird daher ausreichend hoch, um die Antriebsplatte und die Taumelscheibe in eine Position zu bewegen, in der sie den kleinsten möglichten Neigungswinkel gegenüber der Senkrechten haben, wenn die erforderliche Kühlleistung niedrig ist oder wenn der Auslaßdruck des Kompressors durch die Umgebungstemperatur für den Kompressor abge­ senkt wird. Folglich kann der Kompressor seine Förderlei­ stung automatisch in Abhängigkeit von der von ihm gefor­ derten Kühlleistung verändern.

Claims (8)

1. Taumelscheibenkompressor mit variabler Förderleistung mit einem Gehäuselement, in dem eine Ansaugkammer für ein Kältemittel vor der Kompression desselben und eine Auslaßkammer für das Kältemittel nach der Kompression desselben vorgesehen sind, mit einem Zylinderblock, in dem mehrere Zylinderbohrungen derart angeordnet sind, daß sie eine axiale Antriebswelle umgeben, wobei in jeder Zylinderbohrung ein hin- und herbeweglicher Kol­ ben zum Ansaugen des Kältemittels aus der Ansaugkammer und zum Ausstoßen des komprimierten Kältemittels in die Auslaßkammer angeordnet ist, mit einem Taumelscheiben­ gehäuse, in dem eine Taumelscheibenkammer ausgebildet ist, die mit den Zylinderbohrungen in Verbindung steht und eine Antriebsplatte enthält, die gemeinsam mit der Antriebswelle zu einer Drehbewegung antreibbar ist und deren Neigungswinkel bezüglich der Antriebswelle varia­ bel ist und die der Halterung und Abstützung einer nicht drehbaren Taumelscheibe dient, und mit mehreren Ver­ bindungsstangen, welche die Taumelscheibe und die Kol­ ben miteinander verbinden, gekennzeichnet durch folgen­ de Merkmale:
Es sind erste Verbindungskanaleinrichtungen (7′, 31, 38, 37) vorgesehen, über die eine Fluidverbindung zwischen der Taumelscheibenkammer (13) und der Auslaßkammer (7) in dem Gehäuseelement (3) herstellbar ist;
es sind erste Ventileinrichtungen (29) vorgesehen, die in die ersten Verbindungskanaleinrichtungen (7′, 31, 38, 37) eingefügt sind, um diese zu öffnen und zu schließen;
es sind zweite Verbindungskanaleinrichtungen (28 a, 28 b, 42, 51) vorgesehen, mit deren Hilfe eine Fluidverbindung zwischen der Taumelscheibenkammer (13) und der Ansaug­ kammer (6) des Gehäuseelements (3) herstellbar ist; es sind zweite Ventileinrichtungen (41) vorgesehen, die in die zweiten Verbindungskanaleinrichtungen (28 a, 28 b, 42, 51) eingefügt sind, um den Querschnitt der zweiten Verbindungskanaleinrichtungen (28 a, 28 b, 42, 44′) zu ver­ ändern;
die ersten Ventileinrichtungen (29) umfassen erste Ven­ tilsteuereinrichtungen, mit deren Hilfe ein Ventilele­ ment (36) in Abhängigkeit von einer Änderung des Druckes in der Ansaugkammer (6) bezüglich eines ersten vorgege­ benen Druckes derart steuerbar ist, daß das Ventilelement (36) in eine erste Stellung bewegbar ist, in der es die ersten Verbindungskanaleinrichtungen (7′, 31, 38, 37) freigibt, wenn der Druck in der Ansaugkammer (6) kleiner ist als der erste vorgegebene Druck, und in eine zweite Position, in der es die ersten Verbindungskanaleinrich­ tungen (7′, 31, 38, 37) schließt, wenn der Druck in der Ansaugkammer (6) größer ist als der erste vorgegebene Druck, und
die zweiten Ventileinrichtungen (41) umfassen zweite Ventilsteuereinrichtungen, mit deren Hilfe ein Ventil­ element (48) in Abhängigkeit von einer Änderung des Druckes in der Auslaßkammer (7) bezüglich eines zwei­ ten vorgegebenen Druckes derart steuerbar ist, daß das Ventilelement (48) in eine erste Stellung bewegbar ist, in der es den freien Querschnitt der zweiten Verbindungs­ kanaleinrichtungen (28 a, 28 b, 42, 44′) vergrößert, wenn der Druck in der Auslaßkammer (7) größer ist als der zweite vorgegebene Druck, und in eine zweite Position, in der es den freien Querschnitt der zweiten Verbindungs­ kanaleinrichtungen (28 a, 28 b, 42, 44′) verringert, wenn der Druck in der Auslaßkammer (7) nicht größer ist als der zweite vorgegebene Druck.

2. Taumelscheibenkompressor nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß dritte Verbindungskanaleinrichtungen (51) mit fest vorgegebenem Querschnitt vorgesehen sind, über die ständig eine gedrosselte Verbindung zwischen der Ansaugkammer (6) und der Taumelscheibenkammer (13) besteht.

3. Kompressor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zweiten Ventileinrichtungen (41) folgende Elemente umfassen.:
Ein Ventilgehäuse (41 a) mit einer Auslaßdruckkammer (44), welche mit der Auslaßkammer (7) des Gehäuseelements (3) in Verbindung steht und eine Ventilöffnung (Ventilkam­ mer (42) aufweist, die in die zweiten Verbindungskanal­ einrichtungen (28 a, 28 b, 44′) eingefügt ist; ein Kolbenelement (46), welches in die Auslaßdruckkammer (44) des Ventilgehäuses (41 a) eingepaßt ist;
ein Ventilelement (48), welches in dem Ventilgehäuse (41 a) angeordnet ist und mit dem Kolbenelement (46) und der Ventilöffnung (42, 43) derart zusammenwirkt, daß der freie Querschnitt der zweiten Verbindungskanalein­ richtungen (28 a, 28 b, 42, 44′) veränderbar ist;
eine Ansaugdruckkammer (45), die in dem Ventilgehäuse (41 a) definiert ist und mit der Ansaugkammer (6) in dem Gehäuseelement (3) in Verbindung steht, wobei die Ansaugdruckkammer (45) eine Stange zur Halterung des Ventilelements (48) aufnimmt; und
ein Federelement (50), welches in der Ansaugdruckkammer (45) angeordnet ist und das Ventil­ element (48) und die Stange ständig mit einer vorgege­ benen Federspannung in Richtung auf die Ventilöffnung (42, 43) vorspannt.

4. Taumelscheibenkompressor nach Anspruch 3, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die zweiten Ventileinrichtungen (41′) einen eingebauten Teil des Gehäuseelements (3) bilden.

5. Taumelscheibenkompressor nach Anspruch 3, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das Ventilelement ein Kugelventil (48) ist.

6. Taumelscheibenkompressor nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die zweiten Ventileinrichtungen (41′) folgende Elemente umfassen:
Eine hermetisch abgedichtete, in dem Gehäuseelement (3) aus­ gebildete Auslaßdruckkammer (53), welche mit der Auslaß­ kammer (7) des Gehäuseelements (3) in Verbindung steht, einen Faltenbalg (54), der in dem Gehäuseelement (3) an­ geordnet ist und in diesem eine Umgebungssdruckkammer (53) definiert, welche mit der Umgebungsluft in Verbindung steht;
eine Ventilöffnung (56), die in die zweiten Verbindungs­ kanaleinrichtungen eingefügt ist;
ein Ventilelement (55 a) mit einer Ventilstange (55 b), wel­ che mit dem Faltenbalg (54) verbunden ist, derart, daß das Ventilelement (55 a) in Abhängigkeit von einer Ver­ längerung und Verkürzung des Faltenbalges (54) auf die Ventilöffnung (56) zu und von dieser wegbewegbar ist; und
ein Federelement (67), welches in der Umgebungsdruckkammer (53) angeordnet ist und welches den Faltenbalg (54) ent­ gegen dem in der Auslaßdruckkammer (52) herrschenden Aus­ laßdruck in einen gestreckten Zustand vorspannt.

7. Taumelscheibenkompressor nach Anspruch 6, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das Ventilelement (55 a) konisch ausge­ bildet ist und daß die zugeordnete Ventilöffnung (56) als runde, durchgehende Öffnung ausgebildet ist.

8. Taumelscheibenkompressor nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die ersten Ventileinrichtungen (29) folgende Elemente umfassen:
Einen hohlzylindrischen Ventil-Grundkörper, der in das Gehäuseelement (3) eingebaut ist;
eine in dem Grundkörper angeordnete Membran (33), weiche innerhalb des Grundkörpers eine Umgebungsdruckkammer (32) und eine Ansaugdruckkammer (30) definiert, die mit der Ansaugkammer (6) in dem Gehäuseelement (3) in Verbindung steht, wobei die Membran (33) in Abhängigkeit von Än­ derungen des Ansaugdruckes in dem Kältemittel vor der Kompression desselben auslenkbar ist;
ein Federelement (34 a), welches in der Umgebungsdruck­ kammer (32) angeordnet ist, um die Membran (33) unter einer vorgegebenen Federvorspannung zu halten; und
ein Ventilstangenelement, welches beweglich in dem hohlzylindrischen Grundkörper angeordnet, mit seinem ersten Ende mit der Membran verbunden und mit seinem zweiten Ende mit einem Ventilelement (36) verbunden ist, durch welches die ersten Verbindungskanaleinrichtungen in Abhängigkeit von einer Bewegung der Ventilstange (39) freigebbar und verschließbar sind.