DE3729579A1 - Taumelscheibenkompressor mit variabler foerderleistung - Google Patents
Taumelscheibenkompressor mit variabler foerderleistungInfo
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Description
Die Erfindung betrifft einen Taumelscheibenkompressor mit
variabler Förderleistung für eine Klimaanlage mit einem Ge
häuseelement, in dem eine Ansaugkammer für ein zu kompri
mierendes Kältemittel vorgesehen ist, sowie eine Auslaßkam
mer für das komprimierte Kältemittel, mit einem Zylinder
block mit mehreren Zylinderbohrungen, in denen jeweils ein
Kolben hin- und herbeweglich angeordnet ist, um das Kälte
mittel aus der Ansaugkammer anzusaugen und nach der Kompres
sion in die Auslaßkammer abzugeben, mit einem geschlossenen
Taumelscheibengehäuse mit einer Kammer zur Aufnahme einer
Antriebsplatten/Taumelscheiben-Anordnung zum Antreiben der
Kolben und mit Steuereinrichtungen zum Steuern des An
stellwinkels der Taumelscheibe und damit zum Steuern der
Förderleistung des Kompressors in Abhängigkeit vom Kühllei
stungsbedarf der Klimaanlage.
Ein Taumelscheibenkompressor mit variabler Förderleistung
und mit einem Magnetventil zur Steuerung des Anstellwinkels
der Taumelscheibe ist aus der US-PS 45 33 299 bekannt. Bei
dem bekannten Kompressor dient das Magnetventil zum Steuern
des Öffnens und Schließens eines Kanals zwischen einer un
ter hohem Druck stehenden Auslaßkammer und einer Taumel
scheibenkammer, in der ein Taumelscheibenmechanismus mit
variablem Anstellwinkel angeordnet ist, um die Kolben des
Kompressors zu einer Hin- und Herbewegung anzutreiben. Wenn
der Kanal zwischen der unter hohem Druck stehenden Auslaß
kammer und der Taumelscheibenkammer geöffnet ist, dann kann
unter hohem Druck stehendes Gas aus der Auslaßkammer in die
Taumelscheibenkammer strömen, so daß dort ein Druckanstieg
verursacht wird, welcher einen kleinen Anstellwinkel der
Taumelscheibe zur Folge hat. Wenn andererseits bei dem be
kannten Kompressor die Taumelscheibenkammer über einen wei
teren Kanal mit geringem Querschnitt mit einer unter nied
rigem Druck stehenden Ansaugkammer des Kompressors verbun
den wird, dann können Gas-Leckströme, die aus den Zylinder
bohrungen in die Taumelscheibenkammer austreten, von dort
in die Ansaugkammer entweichen. Die Taumelscheibenkammer
ist jedoch, wenn auch über eine kleine Öffnung, ständig mit
der unter niedrigem Druck stehenden Ansaugkammer verbunden.
Dies hat zur Folge, daß beim Öffnen des Kanals zwischen der
Auslaßkammer und der Taumelscheibenkammer zunächst das un
ter hohem Druck stehenden Gas, welches in die Taumelscheiben
kammer einströmt, teilweise in die Ansaugkammer entweichen
kann. Folglich kann in der Taumelscheibenkammer kein gleich
mäßiger und schneller Druckanstieg erreicht werden.
Die US-PS 45 86 874 beschreibt einen weiteren Taumelschei
benkompressor mit variabler Förderleistung mit einem elek
tromagnetisch betätigten Ventilmechanismus zum Steuern des
Anstellwinkels der Taumelscheibe. Der Ventilmechanismus
gemäß US-PS 45 86 874 ist dabei so ausgebildet, daß er einen
Kanal zwischen der Taumelscheibenkammer und der Ansaugkammer
des Kompressors öffnen und schließen kann. Wenn der Kanal
durch den Ventilmechanismus geöffnet ist, ergibt sich da
bei ein geringer Druck in der Taumelscheibenkammer, so daß
der Anstellwinkel der Taumelscheibe vergrößert werden kann.
Andererseits kann bei diesem bekannten Kompressor ein Druck
anstieg in der Taumelscheibenkammer zur Verringerung des
Anstellwinkels der Taumelscheibe nur in Abhängigkeit von
den Leckströmen aus den Kompressorzylindern herbeigeführt
werden, wenn der Ventilmechanismus die Verbindung zur An
saugkammer geschlossen hat. Bei dem bekannten Kompressor
besteht also keine Möglichkeit, unmittelbar einen hohen
Gasdruck in der Taumelscheibenkammer zu erzeugen, so daß
auch keine schnelle und definierte Änderung des Anstellwin
kels der Taumelscheibe in Abhängigkeit von einer Änderung
der erforderlichen Kühlleistung erreicht werden kann.
Gemäß einer früheren Anmeldung der Anmelderin (deutsche Pa
tentanmeldung P 37 07 001.0) sind für einen Taumelscheiben
kompressor mit variabler Förderleistung zwei mechanisch be
tätigte Ventile vorgesehen, von denen das eine der Steuerung
einer Fluidverbindung zwischen der Taumelscheibenkammer und
der Auslaßkammer des Kompressors dient, während das zweite
der Steuerung des Querschnitts einer Fluidverbindung zwi
schen der Taumelscheibenkammer und der Ansaugkammer des
Kompressors dient. Bei dem Kompressor gemäß der früheren An
meldung ist einerseits keine eindeutige Verknüpfung zwischen
der Betätigung der beiden Ventile gegebenen; andererseits
werden keine Magnetventileinrichtungen eingesetzt. Außerdem
ist die Geschwindigkeit der Änderung des Anstellwinkels
der Taumelscheibe bei dem bekannten Kompressor beschränkt.
Ausgehend vom Stande der Technik liegt der Erfindung die
Aufgabe zugrunde, für einen Taumelscheibenkompressor mit
variabler Förderleistung eine verbesserte Steuerung zu
schaffen, die in Abhängigkeit von einer Änderung der er
forderlichen Kühlleistung eine schnelle und gleichmäßige
Änderung des Anstellwinkels der Taumelscheibe ermöglicht.
Die gestellte Aufgabe wird bei einem Taumelscheibenkompres
sor der eingangs angegebenen Art gemäß der Erfindung da
durch gelöst, daß die Steuereinrichtungen folgende Elemente
aufweisen:
erste Kanaleinrichtungen zum Herstellen einer Fluidverbin dung zwischen der Taumelscheibenkammer des Taumelscheiben gehäuses und der Auslaßkammer in dem Gehäuseelement;
Magnetventileinrichtungen, die in die ersten Kanaleinrich tungen eingefügt sind, um die Verbindung zwischen der Tau melscheibenkammer und der Auslaßkammer in Abhängigkeit von der erforderlichen Kühlleistung zu steuern, und die ein Wicklungselement, welches in Abhängigkeit von einem Signal erregbar und entregbar ist, welches eine Änderung der er forderlichen Kühlleistung anzeigt, sowie ein bewegliches, stößelförmiges Ventilelement, welches in Abhängigkeit von der Erregung des Wicklungselementes zwischen einer ersten Position zum Öffnen der ersten Kanaleinrichtungen und einer zweiten Position zum Schließen der ersten Kanaleinrichtun gen beweglich ist, umfassen:
zweite Kanaleinrichtungen zum Herstellen einer Fluidver bindung zwischen der Taumelscheibenkammer des Taumelschei bengehäuses und der Ansaugkammer des Gehäuseelements und zugeordnete zweite Ventileinrichtungen mit einem federbelasteten, spulenför migen Ventilelement, die in die zweiten Kanaleinrichtungen eingefügt sind, um die Fluidverbindung zwischen der Tau melscheibenkammer und der Ansaugkammer zu steuern, wobei das Ventilelement einen Teil der zweiten Kanaleinrichtun gen bildet und in einer Ventilkammer gleitverschieblich zwischen einer ersten Position, in der es die zweiten Kanal einrichtungen öffnet, und einer zweiten Position beweglich ist, in der es die zweiten Kanaleinrichtungen schließt, und wobei in dem einen Endbereich der Ventilkammer ein erstes Federelement angeordnet ist, durch welches für das Ventilele ment eine Vorspannung in Richtung auf dessen erste Position erzeugbar ist; und
Koppelungseinrichtungen zum Verknüpfen der Bewegung des spulenförmigen Ventilelements der zweiten Ventileinrichtun gen mit den Bewegungen des stößelförmigen Ventilelements der Magnetventileinrichtungen.
erste Kanaleinrichtungen zum Herstellen einer Fluidverbin dung zwischen der Taumelscheibenkammer des Taumelscheiben gehäuses und der Auslaßkammer in dem Gehäuseelement;
Magnetventileinrichtungen, die in die ersten Kanaleinrich tungen eingefügt sind, um die Verbindung zwischen der Tau melscheibenkammer und der Auslaßkammer in Abhängigkeit von der erforderlichen Kühlleistung zu steuern, und die ein Wicklungselement, welches in Abhängigkeit von einem Signal erregbar und entregbar ist, welches eine Änderung der er forderlichen Kühlleistung anzeigt, sowie ein bewegliches, stößelförmiges Ventilelement, welches in Abhängigkeit von der Erregung des Wicklungselementes zwischen einer ersten Position zum Öffnen der ersten Kanaleinrichtungen und einer zweiten Position zum Schließen der ersten Kanaleinrichtun gen beweglich ist, umfassen:
zweite Kanaleinrichtungen zum Herstellen einer Fluidver bindung zwischen der Taumelscheibenkammer des Taumelschei bengehäuses und der Ansaugkammer des Gehäuseelements und zugeordnete zweite Ventileinrichtungen mit einem federbelasteten, spulenför migen Ventilelement, die in die zweiten Kanaleinrichtungen eingefügt sind, um die Fluidverbindung zwischen der Tau melscheibenkammer und der Ansaugkammer zu steuern, wobei das Ventilelement einen Teil der zweiten Kanaleinrichtun gen bildet und in einer Ventilkammer gleitverschieblich zwischen einer ersten Position, in der es die zweiten Kanal einrichtungen öffnet, und einer zweiten Position beweglich ist, in der es die zweiten Kanaleinrichtungen schließt, und wobei in dem einen Endbereich der Ventilkammer ein erstes Federelement angeordnet ist, durch welches für das Ventilele ment eine Vorspannung in Richtung auf dessen erste Position erzeugbar ist; und
Koppelungseinrichtungen zum Verknüpfen der Bewegung des spulenförmigen Ventilelements der zweiten Ventileinrichtun gen mit den Bewegungen des stößelförmigen Ventilelements der Magnetventileinrichtungen.
Es ist ein besonderer Vorteil des erfindungsgemäßen Kompres
sors, daß in Abhängigkeit von einem Absinken des Kühllei
stungsbedarfs ein schneller Druckanstieg in der Taumelschei
benkammer und damit eine schnelle und gleichmäßige Ver
ringerung des Anstellwinkels der Taumelscheibe erreicht wer
den kann.
In Ausgestaltung der Erfindung ergibt sich ferner der Vor
teil, daß die Ventileinrichtungen zu einer einzigen Steuer
ventileinheit zusammengefaßt werden können, die einfach auf
gebaut ist und in der ein elektromagnetisch betätigtes
Stößelventil und ein weiteres Ventil mit einem spulenför
migen Ventilelement zu einer Einheit zusammengefaßt sind.
Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung werden
nachstehend anhand von Zeichnungen in Verbindung mit einem
bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung noch näher
erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 einen Längsschnitt durch einen Taumelscheiben
kompressor gemäß der Erfindung und
Fig. 2 und 3
vergrößerte Ausschnitte des Längsschnitts
gemäß Fig. 1 bei geschlossenem Magnetventil
(Fig. 2) und bei geöffnetem Magnetventil
(Fig. 3).
Ehe nachstehend detailliert auf die Zeichnungsfiguren einge
gangen wird, soll vorausgeschickt werden, daß die nachfol
gende Detailbeschreibung für den Fall gilt, daß die Erfin
dung bei einem Kompressor mit variabler Förderleistung reali
siert ist, bei dem der Anstellwinkel der Taumelscheibe durch
eine magnetisch betätigte Steuereinheit gesteuert wird, wäh
rend der Kompressor selbst Teil einer Klimaanlage für den
Fahrgastraum eines Fahrzeugs, insbesondere eines Personenwa
gens, ist. Dabei wird der Kompressor durch den Fahrzeugmotor
über geeignete Antriebseinrichtungen, insbesondere über einen
konventionellen Riementrieb, angetrieben.
Im einzelnen zeigen
Fig. 1 bis 3 einen Taumelscheibenkompres
sor mit variabler Förderleistung, welcher einen normalerweise
zylindrischen Zylinderblock 1 umfaßt, der an beiden Enden of
fen ist. Ein Ende des Zylinderblockes, nämlich das rechte
offene Ende in Fig. 1, ist unter Einfügung einer Ventilplatte
4 durch ein hinteres Gehäuse 3 verschlossen, in dem eine in
nen liegende Auslaßkammer 7 vorgesehen ist, die durch eine
ringförmige Trennwand 8 von einer ringförmigen, außen liegen
den Ansaugkammer 6 umgeben ist. Das andere offene Ende des
Zylinderblocks 1, nämlich das linke Ende in Fig. 1, ist durch
ein vorderes Gehäuse bzw. ein Antriebswellengehäuse 2 ver
schlossen, in dem sich eine Kammer 13 befindet, die der Auf
nahme eines weiter unten noch zu beschreibenden Taumelschei
benmechanismus dient. Das Gehäuse 2 besitzt eine zentrale
Lagerbohrung, in der ein Radiallager 5 A zur drehbaren La
gerung einer Antriebswelle 17 angeordnet ist. Weiterhin ist
auf der Antriebswelle 17 ein Drucklager 5 C montiert, wel
ches der Aufnahme eines axialen Druckes dient und angren
zend an das Radiallager 5 A angeordnet ist. Ein weiteres
Radiallager 5 B zum Lagern der Antriebswelle 17 ist im Mit
telteil des Zylinderblockes 1 koaxial zu dem Radiallager 5 A
im Gehäuse 2 angeordnet. Die Ansaugkammer 6 im hinteren Ge
häuse 3 steht über Ansaugöffnungen 9 in der Ventilplatte 4
mit Druckkammern 15 von Zylinderbohrungen 14 des Zylinder
blockes 1 in Verbindung. Die Ansaugöffnungen 9 der Ventil
platte 4 werden dabei mittels Ventilelementen 11 geöffnet
und geschlossen, die beim Saughub von Kolben 16 öffnen und
beim Druckhub der Kolben 16 schließen.
Die Auslaßkammer 7 des hinteren Gehäuses 3 steht mit den
Druckkammern 15 der Zylinderbohrungen 14 über ebenfalls in
der Ventilplatte 4 vorgesehene Auslaßöffnungen 10 in Verbin
dung, die mit Auslaß-Ventilelementen 12 versehen sind, wel
che beim Druckhub der Kolben öffnen und beim Saughub dersel
ben schließen.
Der Zylinderblock 1 ist mit mehreren axialen Zylinderbohrun
gen 14 versehen, die parallel zur Antriebswelle 17 verlaufen
und in gleichmäßigen Winkelabständen voneinander auf einem
Kreis um die Achse der Antriebswelle 17 angeordnet sind. Die
axialen Zylinderbohrungen 14 stehen sämtlich mit der Kammer
13 des Antriebswellengehäuses 2 in Verbindung. In jede Zylin
derbohrung 14 ist gleitverschieblich ein hin- und herbeweg
licher Kolben 16 eingepaßt, dessen Druckfläche, nämlich die
rechte Stirnfläche, der Ventilplatte 4 gegenüberliegt und
in der zugeordneten Zylinderbohrung 14 die bereits erwähnte
Kompressions- bzw. Druckkammer 15 definiert, welche alter
nierend mit der Ansaugkammer 6 und der Auslaßkammer 7 ver
bindbar ist. Jeder Kolben 16 besitzt ferner eine rückwärtige
bzw. linke Stirnfläche, die der Kammer 13 zugewandt ist, wo
bei mit dieser linken Stirnfläche mittels eines Gelenkstücks
26 A eine Verbindungsstange 26 verbunden ist, deren anderes
Ende mit einer Taumelscheibe 21 verbunden ist.
Im Inneren der Kammer 13, die nachstehend als Taumelschei
benkammer bezeichnet wird, verläuft die Antriebswelle 17 in
horizontaler Richtung zwischen den Lagern 5 A und 5 B, wobei
ein Tragzapfen 18 radial von der Antriebswelle 17 absteht
und sich gemeinsam mit dieser dreht. Auf dem Tragzapfen 18
ist eine Antriebsplatte 20 in Form eines ringförmigen, die
Antriebswelle 17 umgebenden Elements derart gehaltert, daß
sie gemeinsam mit der Antriebswelle 17 zu einer Drehbewegung
antreibbar ist und um eine zur Drehachse der Antriebswelle
17 senkrechte Achse zu einer Pendelbewegung bezüglich einer
zur Antriebswelle 17 senkrechten Ebene antreibbar ist. Der
Tragzapfen 18 ist zu diesem Zweck mit einem bogenförmigen
Führungsschlitz 22 versehen, dessen Krümmungsmittelpunkt so
gewählt ist, daß er immer dann dem Mittelpunkt eines Kugel
gelenks 26 B entspricht, wenn der Tragzapfen 18 mit der be
treffenden Zylinderbohrung 14 fluchtet, wobei anzumerken ist,
daß das Kugelgelenk 26 B jeweils an dem von dem zugehörigen
Kolben 16 abgewandten Ende der Verbindungsstange 26 angeord
net ist. Weiterhin ist die Antriebsplatte 20 mit einem
Führungszapfen 23 versehen, welcher in den bogenförmigen
Führungsschlitz 22 eingreift. Wenn also die Antriebswelle
17 von einem Fahrzeugmotor angetrieben wird, dann wird die
Antriebsplatte aufgrund der Tatsache, daß der Führungszap
fen 23 mit dem Schlitz 22 des Tragzapfens 18 in Eingriff
steht, gemeinsam mit der Welle 17 zu einer Drehbewegung an
getrieben. Weiterhin wird durch die Gleitbewegung des
Führungszapfens 23 längs der bogenförmigen Wand des Führungs
schlitzes 22 eine Schwenk- bzw. Taumelbewegung der Antriebs
platte 20 hervorgerufen. Auf der Antriebswelle 17 sitzt fer
ner eine gleitverschiebliche Buchse 19, die mit der An
triebsplatte 20 über zwei seitlich abstehende Verbindungs
zapfen 24 verbunden ist. Die Buchse 19 gleitet in Abhängig
keit von einer Schwenkbewegung der Antriebsplatte 20 längs
der Antriebswelle 17. Die Taumelscheibe 21 ist nicht drehbar
und an der Antriebsplatte 20 mittels eines Drucklagers
25 a und eines Radiallagers 25 b abgestützt und folgt den
Schwenk- bzw. Taumelbewegungen der Antriebsplatte 20. Die
Taumelscheibe 21 ist dabei als ringförmiges Element ausge
bildet, welches einen Lagerbereich der Antriebsplatte 20 und
die Antriebswelle 17 umgibt. Die Taumelscheibe 21 ist mit je
dem der Kolben 16 jeweils über eine der erwähnten Verbindungs
stangen 26 verbunden. Die Antriebswelle 27, der Tragzapfen 18,
die Antriebsplatte 20, die Taumelscheibe 21 und die Verbin
dungsstangen 26 bilden gemeinsam einen Taumelscheibenmechanis
mus zum Herbeiführen von Hin- und Herbewegungen der Kolben 16
in den Zylinderbohrungen 14.
Ein Fluidkanal 27 erstreckt sich von der Ansaugkammer 6 des
hinteren Gehäuses 3 zu der Taumelscheibenkammer 13, um eine
Fluidverbindung zwischen den Kammern 6 und 13 zu schaffen.
Der Fluidkanal 27 ist in dem hinteren Gehäuse 3, der Ventil
platte 4, dem Zylinderblock 1 und der Antriebswelle 17 aus
gebildet.
Ein weiterer Fluidkanal 28 erstreckt sich von der Auslaßkam
mer 7 im hinteren Gehäuse 3 zur Taumelscheibenkammer 13, um
zwischen diesen beiden Kammern eine weitere Verbindung her
zustellen. Der Fluidkanal 28 ist dabei in dem hinteren Ge
häuse 3, der Ventilplatte 4 und dem Zylinderblock 1 ausge
bildet.
Zwischen die vorstehend erwähnten Fluidkanäle 27 und 28 ist
eine Steuerventileinheit 29 eingefügt, welche die Fluid
verbindungen zwischen der Taumelscheibenkammer 13 einer
seits und der Ansaugkammer 6 sowie der Auslaßkammer 7 an
dererseits steuert und damit den Druck im Inneren der Taumel
scheibenkammer 13. Die Steuerventileinheit 29 ist in dem
hinteren Gehäuse 3 montiert und umfaßt zwei verschiedene
Ventile, nämlich eines mit einem spulenförmigen Ventilele
ment 37 zum Steuern des Öffnens und Schließens des Kanals
27 und ein Magnetventil 29 b mit einem Stößel 33 zur Steuerung
des Öffnens und Schließens des Kanals 28. Das erste Ventil
29 a wird in Abhängigkeit von der Betätigung des Magnetven
tils 29 b betätigt, wie dies weiter unten noch näher er
läutert wird. Die Steuerventileinheit 29 besitzt ein Ven
tilgehäuse 30 a für das Ventilelement 37 und ein Ventilge
häuse 30 b für das Magnetventil 29 b, wobei die Gehäuse 30 a
und 30 b senkrecht übereinander in dem hinteren Gehäuse 3
eingebaut sind. Das Gehäuse 30 a besitzt eine vertikale
Verlängerung, die als Kernteil 30 c für das Magnetventil
29 b dient. Rings um den Kernteil 30 c ist eine Erregerwick
lung 31 angeordnet, deren Erregerstrom in Abhängigkeit von
einem Signal steuerbar ist, welches eine Änderung der er
forderlichen Kühlleistung bezüglich einer vorgegebenen
Kühlleistung in der einen oder anderen Richtung anzeigt.
Wenn die Erregerwicklung 31 von einem Strom durchflossen
wird, ergibt sich am unteren Ende des Kernteils 30 c eine
elektromagnetische Anzugskraft, wodurch ein zylindrischer
Stößel 33 in Richtung auf das untere Ende des Kernteils 30 c
bewegt wird. Wenn die Wicklung 31 entregt wird, verschwin
det diese elektromagnetische Kraft und der Stößel 33 wird
folglich von dem Kernteil 30 c weg in Richtung auf ein Ven
til-Sitzelement 40 mit einer zentralen Öffnung 28 a bewegt,
und zwar unter der Wirkung einer Feder 34, welche in einer
Federkammer 32 a des Kernteils 30 c einerseits und in einer
Aussparung 32 des Stößels 33 andererseits angeordnet ist.
Die zentrale Öffnung 28 a des Sitzelements 40 steht ständig
über einen Teil des Fluidkanals 28 mit der Auslaßkammer 7
im hinteren Gehäuse 3 in Verbindung. Das Sitzelement 40 be
sitzt außerdem eine seitliche Öffnung 28 b, die über einen
weiteren Teil des Fluidkanals 28 ständig in Verbindung mit
der Taumelscheibenkammer 13 steht. Wenn der Stößel 33 in
Richtung auf das Ende des Kernteils 30 c bewegt wird, stehen
die beiden Öffnungen 28 a und 28 b des Sitzelements 40 in
Fluidverbindung miteinander, so daß eine Fluidverbindung
zwischen der Auslaßkammer 7 und der Taumelscheibenkammer 13
besteht. Wenn der Stößel 33 gegen das Sitzelement 40 ge
drückt wird, dann wird der Fluidkanal 28 geschlossen und die
Fluidverbindung zwischen der Taumelscheibenkammer 13 und
der Auslaßkammer 7 wird gesperrt. Die Erregerwicklung 31,
der Kernteil 30 c, der Stößel 33, die Feder 34 und das Ven
tilsitzelement 40 bilden das Stößel-Magnetventil 29 b.
Der Stößel 33 des Magnetventils 29 b ist mit einem Fluidkanal
35 a versehen, welcher eine ständige Verbindung zwischen der
seitlichen Öffnung 28 b des Sitzelements 40 und der Aussparung
32 des Stößels 33 und folglich mit der Federkammer 32 a des
Kernteils 30 c aufrechterhält. Der Kernteil 30 c ist seiner
seits mit einem vertikalen Fluidkanal 35 b versehen, der
von der Federkammer 32 a zum unteren Teil 36 a einer Ventil
kammer 36 des Ventils 29 a führt. Wenn also der Fluidkanal
28 durch den Stößel 33 gesperrt wird (Fig. 2), verbinden
die Fluidkanäle 35 a und 35 b den unteren Teil 36 a der Ven
tilkammer 36 mit der Taumelscheibenkammer 13, so daß im
unteren Teil 36 a der Ventilkammer 36 der Druck in der Tau
melscheibenkammer 13 wirksam wird. Wenn der Fluidkanal 28
von dem Stößel 33 geöffnet wird (Fig. 3), tragen die
Fluidkanäle 35 a und 35 b dazu bei, einen hohen Auslaßkammer
druck im unteren Teil 36 a der Ventilkammer 36 wirksam wer
den zu lassen.
Das Ventil 29 a mit seinem federbelasteten Ventilelement 37
umfaßt das Gehäuse 30 a, das darin gleitverschieblich ange
ordnete Ventilelement 37, welches in seinem mittleren Teil
mit einer Ringnut versehen ist, und eine Vorspannfeder 38.
Das Gehäuse 30 a sitzt stationär in dem hinteren Gehäuse 3
und ist intern mit zwei Fluidkanälen 27 a und 27 b versehen,
welche Teile des Fluidkanals 27 bilden. Das Gehäuse 30 a ist
ferner mit der Ventilkammer 36 zur Aufnahme des Ventilele
ments 37 und mit einer oberen Federkammer 36 b für die Vor
spannfeder 38 versehen, die das Ventilelement 37 ständig
in Richtung auf den unteren Teil 36 a der Ventilkammer 36
drückt. Die obere Federkammer 36 b steht über einen Teil des
Fluidkanals 27 ständig in Verbindung mit der Taumelscheiben
kammer 13.
Wenn das Magnetventil 29 b den Fluidkanal 28 sperrt, wie dies
in Fig. 2 gezeigt ist, dann stehen der untere Teil 36 a der
Ventilkammer 36 und die obere Federkammer 36 b derselben in
Verbindung mit der Taumelscheibenkammer 13. Das federbela
stete, spulenförmige Ventilelement 37 des Ventils 29 a wird
folglich durch die Vorspannfeder 38 in seine unterste Posi
tion gedrückt, in der das Ventilelement 37 über seine Ring
nut, die Fluidkanäle 27 a und 27 b und den Rest des Fluidka
nals 27 eine Fluidverbindung zwischen der Ansaugkammer 6
und der Taumelscheibenkammer 13 herstellt.
Wenn andererseits das Magnetventil 29 b den Fluidkanal 28
öffnet, wie dies in Fig. 3 gezeigt ist, dann herrscht der
hohe Auslaßkammerdruck im unteren Teil 36 a der Kammer 36
des Ventils 29 a. Folglich wird das Ventilelement 37 durch
diesen hohen Druck entgegen der Kraft der Vorspannfeder 38
so weit angehoben, daß es den Fluidkanal 27 schließt bzw.
die Fluidverbindung zwischen der Taumelscheibenkammer 13
und der Ansaugkammer 6 unterbricht.
Aus der vorstehenden Beschreibung des Aufbaus der Steuerven
tileinheit 29 wird deutlich, daß das Ventil 29 a mit dem Ven
til 29 b zusammenwirkt. Der spulenförmige Ventilkörper 37 des
Ventils 29 a kann dabei statt der gezeigten Ringnut eine seit
lich durchgehende Bohrung zum Verbinden der Fluidkanäle 27 a
und 27 b aufweisen.
Die Arbeitsweise des erfindungsgemäßen Taumelscheibenkompres
sors mit variabler Förderleistung gemäß dem betrachteten Aus
führungsbeispiel wird nachstehend näher erläutert.
Wenn die erforderliche Kühlleistung in der Fahrzeugzelle, die
unter Verwendung des Taumelscheibenkompressors gemäß der Er
findung gekühlt werden soll, größer ist als ein vorgegebener
Wert der Kühlleistung, dann wird die Erregerwicklung 31 des
Magnetventils 29 b der Steuerventileinheit 29 in den strom
losen, entregten Zustand gebracht. Folglich wird der Fluid
kanal 28 von dem Stößel 33 geschlossen, wie dies Fig. 2
zeigt. Die Fluidverbindung zwischen der Auslaßkammer 7 und
der Taumelscheibenkammer 13 wird folglich unterbrochen. Der
untere Teil 36 a der Ventilkammer 36 des Ventils 29 a steht
folglich über die Kanäle 28, 28 b, 35 a, 35 b mit der Taumel
scheibenkammer 13 in Verbindung. Die obere Federkammer 36 a
der Ventilkammer 36 des Ventils 29 a steht außerdem ständig
in Verbindung mit der Taumelscheibenkammer 13. Folglich
wird das Ventilelement 37 des Ventils 29 a von der Feder 38
in Richtung auf den unteren Teil 36 a der Ventilkammer 36 ge
drückt und öffnet den Fluidkanal 27, das heißt die Fluidver
bindung zwischen der Taumelscheibenkammer 13 und der Ansaug
kammer 6. Der Druckpegel in der Taumelscheibenkammer 13 wird
dadurch auf einem Wert gehalten, welcher dem Druck in der
Ansaugkammer 6 entspricht. Leckgas, welches aus den Druck
kammern 15 der Zylinderbohrungen 14 in die Taumelscheiben
kammer 13 strömt, wird also über den offenen Fluidkanal 27
in die Ansaugkammer 6 abgeleitet. Solange der Druckpegel in
der Taumelscheibenkammer 13 im wesentlichen auf der Höhe des
Ansaugdruckes in der Saugkammer 6 gehalten wird, können die
Kolben 16 in ihren Zylinderbohrungen 14 eine Hin- und Her
bewegung ausführen, bei der sie sich während der Saughübe
in Richtung auf ihren hinteren Totpunkt bewegen. Mit anderen
Worten werden die Antriebsplatte 20 und die Taumelscheibe 21
um einen großen Winkel bezüglich einer zur Drehachse der
Antriebswelle 17 senkrechten Ebene geschwenkt. Dies ge
währleistet, daß die Kolben bei jedem Kolbenhub einen gros
sen Weg zurücklegen, so daß der Kompressor mit maximaler
Förderleistung arbeitet. Solange der Kompressor mit großer
Förderleistung arbeitet, fährt die Klimaanlage fort, die
Fahrgastzelle herunterzukühlen. Dabei wird die erforder
liche Kühlleistung allmählich geringer, bis sie sich dem
vorgegebenen Wert für die Kühlleistung annähert.
Wenn die erforderliche Kühlleistung für die Fahrgastzelle
kleiner ist als der vorgegebene Wert für die Kühlleistung,
dann wird an das Magnetventil 29 b ein Signal angelegt,
welches zur Folge hat, daß der Erregerwicklung 31 ein Er
regerstrom zugeführt wird. Wenn die Erregerwicklung 31 er
regt wird, dann wird der Stößel 33 elektromagnetisch in
Richtung auf den Kernteil 30 c des Magnetventils 29 b gezogen
und öffnet den Fluidkanal 28, wie dies in Fig. 3 gezeigt
ist. Die Taumelscheibenkammer 13 steht nunmehr über die Ka
näle 28, 28 a und 28 b in Fluidverbindung mit der Auslaßkammer
7. Das unter hohem Druck stehende Fluid bzw. Gas oder gas
förmige Kältemittel strömt somit von der Auslaßkammer 7 in
die Taumelscheibenkammer 13, wodurch ein schneller Druckan
stieg in der Taumelscheibenkammer 13 bewirkt wird. Außerdem
wird das unter hohem Druck stehende Gas von der Auslaßkammer
auch im unteren Teil 36 a der Ventilkammer 36 des Ventils 29 a
wirksam, und zwar über die Öffnung 28 a und die Fluidkanäle
35 a und 35 b. Das Einwirken des hohen Druckes in der Auslaßkam
mer auf das untere Ende des spulenförmigen Ventilelements 37
des Ventils 29 a hebt das Ventilelement 37 unter Überwindung
der Federkraft der Feder 38 und des Druckes in der oberen
Federkammer 36 b der Ventilkammer 36 an. Folglich wird der
Fluidkanal 27 von dem Ventilelement 37 geschlossen. Dies be
deutet, daß die Kanäle 27 a und 27 b durch das Ventilelement
37 getrennt werden. Daher wird die Fluidverbindung zwischen
der Taumelscheibenkammer 13 und der Ansaugkammer 6 unter
brochen. Dabei versteht es sich, daß das Schließen des Fluid
kanals 27 im wesentlichen gleichzeitig mit dem Öffnen des
Fluidkanals 28 erfolgt, und zwar aufgrund der Tatsache, daß
das Ventil 29 a in Abhängigkeit von der Betätigung des Mag
netventils 29 b arbeitet. Wenn der Fluidkanal 27 unterbrochen
ist, dann kann aus der Taumelscheibenkammer 13 kein Leck
gas mehr in die Ansaugkammer 6 strömen. Folglich steigt der
Druckpegel in der Taumelscheibenkammer 13 wegen der Zufuhr
von unter hohem Druck stehendem Gas aus der Auslaßkammer 7
schnell an. Wenn nun die Kolben 16 ihre Saughübe ausführen,
dann wirkt auf die von der Druckfläche abgewandte hintere
Stirnfläche derselben ein hoher Druck ein, welcher mit
Sicherheit größer ist als der Ansaugdruck des Kältemittels.
Hierdurch wird aber verhindert, daß die Kolben 16 beim Saug
hub ihre hinterste Endstellung erreichen. Der Schwenk- bzw.
Anstellwinkel von Antriebsplatte 20 und Taumelscheibe 27 wird
daher auf einen kleineren Wert verringert. Hierdurch wird
der Hub der Kolben 16 verringert, was wiederum zu einer Ver
ringerung der Förderleistung des Kompressors führt.
Wenn der Kühlleistungsbedarf in der Fahrgastzelle bis auf den
vorgegebenen Kühlleistungsbedarf zunimmt, während der Kompres
sor mit kleiner Förderleistung arbeitet, wird an das Magnet
ventil 29 b der Steuerventileinheit 29 ein Signal angelegt,
welches zur Folge hat, daß die Erregerwicklung 31 entregt
wird. Der Stößel 33 wird daher auf das Sitzelement 40 zurück
bewegt und schließt den Fluidkanal 28. Hierdurch wird die
Fluidverbindung zwischen der Taumelscheibenkammer 13 und der
Auslaßkammer 7 unterbrochen. Sobald der Fluidkanal 28 ge
schlossen ist, endet die Zufuhr von unter hohem Druck stehen
dem Gas aus der Auslaßkammer 7 in die Taumelscheibenkammer 13
und zum unteren Teil 36 a der Ventilkammer 36 des Ventils 29 a.
Das Ventilelement 37 des Ventils 29 a wird daher von der Fe
der 38 sofort nach unten gegen den unteren Teil 36 a der Ven
tilkammer 36 gedrückt. wodurch der Fluidkanal 27 geöffnet
wird. Der Druckpegel in der Taumelscheibenkammer 13 nimmt
daher wieder ab, bis er im wesentlichen gleich dem Ansaug
druck ist. Folglich arbeitet der Kompressor wieder mit großer
Förderleistung.
Aus der vorstehenden Beschreibung eines bevorzugten Aus
führungsbeispiels der Erfindung wird deutlich, daß wegen
der Verwendung einer Ventilsteuereinheit mit einem Magnet
ventil in Form eines Stößelventils und mit einem damit zu
sammenwirkenden weiteren Ventil mit einem federbelasteten,
spulenförmigen Ventilkörper der Druckpegel in der Taumelschei
benkammer eines mit variabler Förderleistung arbeitenden Tau
melscheibenkompressors in Abhängigkeit von der erforderlichen
Kühlleistung schnell, aber gleichmäßig erhöht oder erniedrigt
werden kann. Die Förderleistung des Kompressors kann damit
schnell und gleichmäßig in Abhängigkeit von Änderungen der
erforderlichen Kühlleistung geändert werden.
Claims (6)
1. Taumelscheibenkompressor mit variabler Förderleistung
für eine Klimaanlage mit einem Gehäuseelement, in dem
eine Ansaugkammer für ein zu komprimierendes Kältemittel
vorgesehen ist, sowie eine Auslaßkammer für das kompri
mierte Kältemittel, mit einem Zylinderblock mit mehreren
Zylinderbohrungen, in denen jeweils ein Kolben hin- und
herbeweglich angeordnet ist, um das Kältemittel aus der
Ansaugkammer anzusaugen und nach der Kompression in die
Auslaßkammer abzugeben, mit einem geschlossenen Taumel
scheibengehäuse mit einer Kammer zur Aufnahme einer An
triebsplatten/Taumelscheiben-Anordnung zum Antreiben der
Kolben und mit Steuereinrichtungen zum Steuern des An
stellwinkels der Taumelscheibe und damit zum Steuern der
Förderleistung des Kompressors in Abhängigkeit vom Kühl
leistungsbedarf der Klimaanlage,
dadurch gekennzeichnet, daß die Steuer
einrichtungen (29) folgende Elemente umfassen:
erste Kanaleinrichtungen (28, 28 a, 28 b) zum Herstellen einer Fluidverbindung zwischen der Taumelscheibenkammer (13) des Taumelscheibengehäuses (2) und der Auslaßkammer (7) in dem Gehäuseelement (3);
Magnetventileinrichtungen (29 b), die in die ersten Ka naleinrichtungen (28, 28 a, 28 b) eingefügt sind, um die Verbindung zwischen der Taumelscheibenkammer (13) und der Auslaßkammer (7) in Abhängigkeit von der erforder lichen Kühlleistung zu steuern, und die ein Wicklungs element (31), welches in Abhängigkeit von einem Signal erregbar und entregbar ist, welches eine Änderung der erforderlichen Kühlleistung anzeigt, sowie ein beweg liches, stößelförmiges Ventilelement (33), welches in Abhängigkeit von der Erregung des Wicklungselementes (31) zwischen einer ersten Position zum Öffnen der ersten Ka naleinrichtungen (28, 28 a, 28 b) und einer zweiten Posi tion zum Schließen der ersten Kanaleinrichtungen (28, 28 a, 28 b) beweglich ist, umfassen:
zweite Kanaleinrichtungen (27, 27 a, 27 b) zum Herstellen einer Fluidverbindung zwischen der Taumelscheibenkammer (13) des Taumelscheibengehäuses (2) und der Ansaugkammer (6) des Gehäuseelements (3) und zugeordnete zweite Ventileinrichtungen (29 a) mit einem federbelasteten, spu lenförmigen Ventilelement (37), die in die zweiten Kanal einrichtungen (27, 27 a, 27 b) eingefügt sind, um die Fluid verbindung zwischen der Taumelscheibenkammer (13) und der Ansaugkammer (6) zu steuern, wobei das Ventilelement (37) einen Teil der zweiten Kanaleinrichtungen (27, 27 a, 27 b) bildet und in einer Ventilkammer (36) gleitverschieblich zwischen einer ersten Position, in der es die zweiten Kanaleinrichtungen (27, 27 a, 27 b) öffnet, und einer zwei ten position beweglich ist, in der es die zweiten Kanal einrichtungen (27, 27 a, 27 b) schließt, und wobei in dem einen Endbereich (36 b) der Ventilkammer (36) ein erstes Federelement (38) angeordnet ist, durch welches für das Ventilelement (37) eine Vorspannung in Richtung auf des sen erste position erzeugbar ist; und Koppelungseinrichtungen (32, 32 a, 35 a, 35 b, 36 a) zum Ver knüpfen der Bewegung des spulenförmigen Ventilelements (37) der zweiten Ventileinrichtungen (29 a) mit den Bewe gungen des stößelförmigen Ventilelements (33) der Magnet ventileinrichtungen (29 b).
erste Kanaleinrichtungen (28, 28 a, 28 b) zum Herstellen einer Fluidverbindung zwischen der Taumelscheibenkammer (13) des Taumelscheibengehäuses (2) und der Auslaßkammer (7) in dem Gehäuseelement (3);
Magnetventileinrichtungen (29 b), die in die ersten Ka naleinrichtungen (28, 28 a, 28 b) eingefügt sind, um die Verbindung zwischen der Taumelscheibenkammer (13) und der Auslaßkammer (7) in Abhängigkeit von der erforder lichen Kühlleistung zu steuern, und die ein Wicklungs element (31), welches in Abhängigkeit von einem Signal erregbar und entregbar ist, welches eine Änderung der erforderlichen Kühlleistung anzeigt, sowie ein beweg liches, stößelförmiges Ventilelement (33), welches in Abhängigkeit von der Erregung des Wicklungselementes (31) zwischen einer ersten Position zum Öffnen der ersten Ka naleinrichtungen (28, 28 a, 28 b) und einer zweiten Posi tion zum Schließen der ersten Kanaleinrichtungen (28, 28 a, 28 b) beweglich ist, umfassen:
zweite Kanaleinrichtungen (27, 27 a, 27 b) zum Herstellen einer Fluidverbindung zwischen der Taumelscheibenkammer (13) des Taumelscheibengehäuses (2) und der Ansaugkammer (6) des Gehäuseelements (3) und zugeordnete zweite Ventileinrichtungen (29 a) mit einem federbelasteten, spu lenförmigen Ventilelement (37), die in die zweiten Kanal einrichtungen (27, 27 a, 27 b) eingefügt sind, um die Fluid verbindung zwischen der Taumelscheibenkammer (13) und der Ansaugkammer (6) zu steuern, wobei das Ventilelement (37) einen Teil der zweiten Kanaleinrichtungen (27, 27 a, 27 b) bildet und in einer Ventilkammer (36) gleitverschieblich zwischen einer ersten Position, in der es die zweiten Kanaleinrichtungen (27, 27 a, 27 b) öffnet, und einer zwei ten position beweglich ist, in der es die zweiten Kanal einrichtungen (27, 27 a, 27 b) schließt, und wobei in dem einen Endbereich (36 b) der Ventilkammer (36) ein erstes Federelement (38) angeordnet ist, durch welches für das Ventilelement (37) eine Vorspannung in Richtung auf des sen erste position erzeugbar ist; und Koppelungseinrichtungen (32, 32 a, 35 a, 35 b, 36 a) zum Ver knüpfen der Bewegung des spulenförmigen Ventilelements (37) der zweiten Ventileinrichtungen (29 a) mit den Bewe gungen des stößelförmigen Ventilelements (33) der Magnet ventileinrichtungen (29 b).
2. Taumelscheibenkompressor nach Anspruch 1, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Magnetventileinrichtungen (29 b) ein
fest angeordnetes elektromagnetisches Kernelement (30 c)
umfassen und daß das stößelförmige Ventilelement (33) durch
elektromagnetische Anziehung auf das Kernelement (30 c) zu
in seine erste position und mittels einer zwischen dem
Kernelement (30 c) und dem Ventilelement (33) angeordneten
zweiten Feder (34) von dem Kernelement (30 c) weg in seine
zweite Position zum Schließen der ersten Kanaleinrichtungen (28, 28 a,
28 b) bewegbar ist.
3. Taumelscheibenkompressor nach Anspruch 2, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Koppeleinrichtungen zum Koppeln der Be
wegungen des spulenförmigen Ventilelements (37) der zwei
ten Ventileinrichtungen (29 a) mit den Bewegungen des
stößelförmigen Ventilelements (33) der Magnetventilein
richtungen (29 b) dritte Kanaleinrichtungen (32, 32 a, 35 a,
35 b, 36 a) umfassen, die in dem feststehenden Kernelement
(30 c) und dem stößelförmigen Ventilelement (33) der Mag
netventileinrichtungen (29 b) vorgesehen sind und mit deren
Hilfe das spulenförmige Ventilelement (37) mit dem Kälte
mitteldruck in der Auslaßkammer (7) derart beaufschlagbar
ist, daß es entgegen der Federkraft des ersten Federele
ments (38) der zweiten Ventileinrichtungen (29 a) in seine
zweite Position bewegbar ist, um die zweiten Kanalein
richtungen (27, 27 a, 27 b) zu schließen.
4. Taumelscheibenkompressor nach Anspruch 2, dadurch ge
kennzeichnet, daß das feststehende elektromagnetische
Kernelement (30 c) der Magnetventileinrichtungen (29 b)
einstückig an das Ventilgehäuse (30 a) der zweiten Ven
tileinrichtungen (29 a) angeformt ist, so daß die Mag
netventileinrichtungen (29 b) und die zweiten Ventil
einrichtungen (29 a) zu einer einzigen Ventileinheit
(29) zusammengefaßt sind.
5. Taumelscheibenkompressor nach Anspruch 4, dadurch ge
kennzeichnet, daß die aus den Magnetventileinrichtungen
(29 b) und den zweiten Ventileinrichtungen (29 a) gebilde
te Ventileinheit (29) in dem Gehäuseelement (3) montiert
ist.
6. Taumelscheibenkompressor nach Anspruch 1, dadurch gekenn
zeichnet, daß das Ventilelement (37) der zweiten Ventil
einrichtungen (29 a) in seinem mittleren Teil eine Ring
nut aufweist, um die zweiten Kanaleinrichtungen (27, 27 a,
27 b) freizugeben, wenn es sich in seiner ersten Position
befindet.
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Date | Code | Title | Description |
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OP8 | Request for examination as to paragraph 44 patent law | ||
D2 | Grant after examination | ||
8364 | No opposition during term of opposition | ||
8327 | Change in the person/name/address of the patent owner |
Owner name: KABUSHIKI KAISHA TOYOTA JIDOSHOKKI, KARIYA, AICHI, |
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8339 | Ceased/non-payment of the annual fee |