DE3810099A1 - Taumelscheibenkompressor mit variabler foerderleistung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Taumelscheibenkompressor gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Speziell befaßt sich die Erfindung mit einer Verbesserung einer elektromagne­ tischen Anstellwinkelsteuereinheit für einen derartigen Taumelscheibenkompressor.

Ein typischer Taumelscheibenkompressor mit variabler Förderleistung und einem Magnetventil zur Steuerung des Anstellwinkels der Taumelscheibe ist in der US-PS 45 33 299 beschrieben. Bei diesem Kompressor dient das Magnetventil dazu, das Öffnen und Schließen eines Strömungskanals zwischen einer Auslaßkammer und einer Taumelscheibenkammer zu steuern, von der ein verstellbarer Taumelscheiben­ mechanismus aufgenommen wird, durch den die Kolben des Kompressors zu einer Hin- und Herbewegung angetrieben werden. Wenn der Strömungskanal zwischen der unter hohem Druck stehenden Auslaßkammer und der Taumelscheibenkammer ge­ öffnet ist, kann das unter hohem Druck stehende komprimierte Gas aus der Auslaßkammer in die Taumelscheibenkammer fließen, so daß dort ein Druckanstieg erreicht wird, der zu einem kleinen Anstellwinkel der Taumelscheibenanordnung gegenüber einer zur Kompressorwelle senkrechten Ebene führt. Anderer­ seits steht die Taumelscheibenkammer bei dem bekannten Kompressor über einen weiteren Strömungskanal mit der unter einem niedrigen Druck stehenden Ansaugkammer des Kompressors in Verbindung, wobei der weitere Strömungskanal eine Öffnung besitzt, über die Leckgas aus den Zylinderbohrungen des Kompressors, welches in die Taumelscheibenkammer strömt, aus dieser in die Ansaugkammer abgeführt werden kann. Wegen dieser Öffnung steht die Taumelscheibenkammer jedoch stets mit der unter niedrigem Druck stehenden Ansaugkammer in Verbindung, so daß während einer Anfangsphase nach dem Öffnen des Strömungskanals zwischen der Auslaßkammer und der Taumelscheibenkammer unter hohem Druck stehendes Gas aus der Auslaßkammer über die Taumelscheibenkammer zu der Ansaugkammer entweichen kann, so daß mit Hilfe des unter hohem Druck stehenden Gases aus der Auslaßkammer die ge­ wünschte Funktion, ein schneller, gleichmäßiger Druckanstieg in der Taumelscheibenkammer,nicht erreicht werden kann.

Die US-PS 45 86 874 beschreibt einen weiteren Taumelscheiben­ kompressor mit variabler Förderleistung, der ebenfalls einen Magnetventilmechanismus verwendet, um den Anstellwinkel der Taumelscheibe zu steuern. Der Magnetventilmechanismus ist dabei so ausgebildet, daß er einen Strömungskanal zwischen der Taumelscheibenkammer und der Ansaugkammer des Kompressors öffnen und schließen kann. Wenn dieser Strömungskanal durch die Ventilanordnung geöffnet wird, tritt folglich ein Druck­ abfall in der Taumelscheibenkammer ein, so daß der Anstell­ winkel der Taumelscheibe erhöht werden kann. Bei Verwendung des Ventilmechanismus gemäß US-PS 45 86 874 muß man jedoch in Kauf nehmen, daß der Druckanstieg in der Taumelscheiben­ kammer beim Schließen des Magnetventils lediglich aufgrund der Leckgasströme aus den Zylindern des Kompressors erfolgt. Bei dem bekannten Kompressor besteht somit keine Möglich­ keit, unmittelbar den hohen Auslaßdruck zu verwenden, um den Druck in der Taumelscheibenkammer zu erhöhen, so daß es schwierig ist, eine gleichmäßige und schnelle Änderung des Anstellwinkels der Taumelscheibe in Abhängigkeit von einer Änderung der erforderlichen Kühlleistung zu erreichen.

Die US-PS 47 02 677 beschreibt einen weiteren Taumelscheiben­ kompressor mit variabler Förderleistung, bei dem ein spezielles Rückführsystem vorgesehen ist, um eine schnelle Änderung des Anstellwinkels der Taumelscheibe vom kleinsten auf den größten Wert herbeizuführen. Das bekannte System arbeitet mit einem ersten und einem zweiten mechanisch betätigten Ventil, wobei das erste Ventil dazu dient, eine Fluidverbindung zwischen der Taumelscheibenkammer und einer Auslaßkammer des Kompressors zu steuern, während das zweite Ventil dazu dient, das Ausmaß bzw. den Querschnitt einer Fluidverbindung zwischen der Taumelscheibenkammer und einer Ansaugkammer des Kompressors zu steuern. Bei diesem bekannten System ist jedoch kein gezieltes Zusammenwirken der beiden Ventile vorgesehen, und es wird außerdem kein Magnetventil eingesetzt. Folglich leidet auch dieser bekannte Taumelscheibenkompressor unter dem Nachteil, daß die Ge­ schwindigkeit der Änderung des Anstellwinkels der Taumel­ scheibe begrenzt ist.

Ausgehend vom Stande der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen gattungsgemäßen Taumelscheiben­ kompressor dahingehend zu verbessern, daß in Abhängigkeit von einer Änderung der erforderlichen Kühlleistung eine gleichmäßige und schnelle Änderung des Anstellwinkels der Taumelscheibe herbeiführbar ist.

Dabei wird gleichzeitig angestrebt, einen schnellen Druck­ anstieg in der Taumelscheibenkammer zu erreichen, um bei einem Absinken der erforderlichen Kühlleistung einen schnellen Übergang von einer hohen Förderleistung auf eine kleine Förderleistung zu ermöglichen.

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

Dabei ist es ein besonderer Vorteil der Erfindung, daß bei der erfindungsgemäßen Ventilsteuereinheit das Magnetventil und das Federventil in der Weise zusammenwirken, daß das Federventil schnell auf eine Betätigung des Magnetventils anspricht.

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 bevorzugte Aus­ führungsform eines Taumelscheibenkompressors gemäß der Erfindung mit einer ein Magnetventil umfassenden Steuereinheit für den Anstellwinkel der Taumelscheibe;

Fig. 2 bis 4 vergrößerte Ausschnitte des Längsschnitts gemäß Fig. 1 für verschiedene Betriebsbedingungen;

Fig. 5 einen Querschnitt durch die Ventilanordnung einer abgewandelten Ausführungsform eines Taumelscheibenkompressors gemäß der Erfindung;

Fig. 6 bis 8 den Fig. 2 bis 4 entsprechende Querschnitts­ darstellungen für unterschiedliche Betriebs­ bedingungen des Taumelscheibenkompressors gemäß Fig. 5.

Im einzelnen zeigen Fig. 1 bis 4 einen Taumelscheiben­ kompressor mit variabler Förderleistung, welcher zum Ein­ satz in der Klimaanlage eines Kraftfahrzeugs bestimmt ist und von der Brennkraftmaschine des Fahrzeugs über eine geeignete Antriebseinrichtung, beispielsweise in konven­ tioneller Weise über einen Keilriemenantrieb,angetrieben wird. Der Kompressor besitzt einen Zylinderblock 1, der üblicherweise zylindrisch ausgebildet ist und zwei einander gegenüberliegende offene Enden besitzt. Das eine Ende des Zylinderblocks 1 - in Fig. 1 das rechte Ende - ist über eine Ventilplatte 4 durch ein hinteres Gehäuse bzw. einen Kom­ pressorkopf 3 verschlossen, in dem sich eine ringförmige, außen liegende Ansaugkammer 6 und eine innen liegende Auslaßkammer 7 befinden, die durch eine ringförmige Trenn­ wand 8 voneinander getrennt sind. Das andere offene Ende des Zylinderblocks 1 - in Fig. 1 das linke Ende - ist durch ein vorderes Gehäuse bzw. ein Taumelscheibengehäuse 2 ge­ schlossen, in dem sich eine Taumelscheibenkammer 13 zur Aufnahme eines nachstehend noch zu beschreibenden Taumel­ scheibenmechanismus befindet. In dem Gehäuse 2 ist eine zentrale Lagerbohrung vorgesehen, in der sich ein Radiallager 5 A zur drehbaren Lagerung einer Antriebswelle 17 befindet. Weiterhin ist auf der Antriebswelle 17 ein Axiallager 5 c montiert, welches angrenzend an das Radiallager 5 A ange­ ordnet ist. Ein weiteres Radiallager zur Lagerung der An­ triebswelle 17 ist axial zu dem Radiallager 5 A in eine zen­ trale Bohrung des Zylinderblockes 1 eingesetzt. Die Ansaug­ kammer 6 des hinteren Gehäuses 3 steht über Ansaugöffnungen 9 in der Ventilplatte 4 mit Kompressionskammern 15 in Ver­ bindung, welche durch Zylinderbohrungen 14 des Zylinder­ blockes 1 in Verbindung mit den darin gleitverschieblich gelagerten Kolben 16 definiert werden. Die Ansaugöffnungen 9 der Ventilplatte 4 werden mit Hilfe von Ansaugventilen 11 geöffnet und freigegeben, wobei die Ventile beim Saughub der Kolben 16 öffnen und beim Kompressionshub derselben schließen.

Die Auslaßkammer 7 des hinteren Gehäuses 3 steht mit den Kompressionskammern 15 der Zylinderbohrungen 14 über Aus­ laßöffnungen 10 in Verbindung, die ebenfalls in der Ventil­ platte 4 vorgesehen sind und mit Auslaßventilen 12 ausge­ stattet sind, die beim Kompressionshub der Kolben 16 öffnen und beim Saughub derselben schließen.

Speziell ist der Zylinderblock 1 mit mehreren axialen Zylinderbohrungen 14 versehen, die parallel zur Antriebs­ welle 17 verlaufen und in gleichmäßigen Abständen auf einem Kreis um die Achse der Welle 17 liegen. Die axialen Zylinder­ bohrungen 14 stehen sämtlich mit der Kammer 13 des Taumel­ scheibengehäuses 2 in Verbindung. Jede der Zylinderbohrungen 14 nimmt einen gleitverschieblich hin- und herbeweglichen Kolben 16 auf, welcher an seinem rechten Ende eine Kom­ pressionsfläche besitzt, die der Ventilplatte 4 gegenüber­ liegt, wobei diese Stirnfläche zusammen mit der Zylinder­ bohrung 14 jeweils eine Kompressionskammer 15 definiert, welche alternierend mit der Ansaugkammer 6 und der Auslaß­ kammer 7 verbindbar ist. Jeder Kolben 16 besitzt ferner eine rückfertige Stirnfläche, die der Taumelscheibenkammer 13 zugewandt ist - in Fig. 1 die linke Stirnfläche - wobei mit dieser linken Stirnfläche das eine Ende einer Verbindungs­ stange 26 über ein Kugelgelenk 26 A verbunden ist, deren anderes Ende über ein weiteres Kugelgelenk 20 B mit einer Taumelscheibe 21 verbunden ist.

Im Inneren der Taumelscheibenkammer 13 verläuft die Antriebs­ welle 17 horizontal zwischen den Radiallagern 5 A und 5 B, wobei ein Stützzapfen 18, der drehfest mit der Welle 17 verbunden ist, radial von dieser absteht. An dem Stützzapfen 18 ist eine Antriebsplatte 20 in Form eines die Welle 17 umgebenden ringförmigen Bauteils derart ge­ haltert, daß sie sich mit der Antriebswelle 17 dreht und dabei um eine zur Antriebswelle senkrechte Achse schwenkbar ist, wobei sie sich auf eine zur Antriebswelle 17 senkrechte Ebene zu und von dieser weg bewegt. Im einzelnen ist der Stützzapfen 18 mit einem bogenförmigen Führungsschlitz 22 versehen, dessen Krümmungsmittelpunkt so gewählt ist, daß er dem Mittelpunkt jedes der Kugelgelenke 26 B immer dann entspricht, wenn der Stützzapfen 18 fluchtend zu einer der Zylinderbohrungen 14 ausgerichtet ist. Die Antriebsplatte 20 ist ihrerseits mit einem Führungszapfen 23 versehen, der in den bogenförmigen Führungsschlitz 22 eingreift. Wenn also die Welle 17 von der Brennkraftmaschine des Fahrzeugs ange­ trieben wird, dreht sich die Antriebsplatte 20 aufgrund ihrer Antriebsverbindung mit dem Stützzapfen 28, in die ihr Führungszapfen 23 eingreift, gemeinsam mit der Antriebs­ welle 17. Dabei kann die Antriebsplatte 20 aufgrund des Zusammenwirkens ihres Führungsstiftes 23 mit dem bogenförmigen Führungsschlitz 22 eine Schwenkbewegung ausführen. Auf der Antriebswelle 17 sitzt ferner eine gleitverschiebliche Buchse 19, die mit der Antriebsplatte 20 über zwei seitlich ab­ stehende Verbindungszapfen 24 verbunden ist. Ein Schwenken der Antriebsplatte 20 hat also eine axiale Verschiebung der Buchse 19 längs der Welle 17 zur Folge. Die oben bereits erwähnte Taumelscheibe 21 steht über ein Drucklager 25 a und ein Radiallager 25 b in Wirkverbindung mit der Antriebsplatte 20 und ist ein ringförmiges Bauteil, welches die Welle 17 und einen Lagerteil der Antriebsplatte 20 umgibt. Die Taumel­ scheibe 21, die in der beschriebenen Weise über einzelne Verbindungsstangen 21 mit jedem der Kolben 16 in Wirkver­ bindung steht, ist dabei durch eine axial verlaufende feststehende Stange 2 a, die in einen Schlitz am Umfang der Taumelscheibe 21 eingreift, gegen eine Drehung gesichert.

Ein Strömungskanal 27 erstreckt sich von der Ansaugkammer 6 im hinteren Gehäuse 3 bis zu der Taumelscheibenkammer 13 und stellt eine Fluidverbindung zwischen den Kammern 6 und 13 her. Ein weiterer Strömungskanal 28 erstreckt sich von der Auslaßkammer 7 im hinteren Gehäuse 3 zu der Taumel­ scheibenkammer 13 und stellt eine Fluidverbindung zwischen den Kammern 7 und 13 her.

Längs der Strömungskanäle 27 und 28 ist beim Ausführungs­ beispiel eine Steuerventileinheit 29 angeordnet, die dazu dient, die Fluidverbindungen zwischen der Taumelscheiben­ kammer 13 einerseits und der Ansaugkammer 6 und der Auslaß­ kammer 7 andererseits zu steuern, um hierdurch den Druck in der Taumelscheibenkammer 13 zu steuern. Die Steuer­ ventileinheit 29 ist im hinteren Gehäuse 3 montiert und umfaßt zwei verschiedene Ventile, nämlich ein Magnetventil 29 a und ein Federventil 29 b. Das Magnetventil 29 a dient zum Öffnen und Schließen des Kanals 28, während das Ventil 29 b einerseits dem Öffnen und Schließen des Kanals 27 dient, und andererseits dem Öffnen und Schließen des Kanals 28. Wie weiter unten noch erläutert wird, arbeitet das Ventil 29 b mit seinem unter einer Federvorspannung stehenden Ventil­ körper mit dem Ventilkörper des Magnetventils 29 a zusammen. Der Ventilkörper des Magnetventils 29 a der Steuerventil­ einheit 29 ist in einer Fassung 3 a des hinteren Gehäuses 3 montiert, während der Ventilkörper des Ventils 29 b von einer Fassung 3 b des hinteren Gehäuses 3 aufgenommen wird.

Das Magnetventil 29 a besitzt ein zylindrisches Ventilgehäuse 51, welches dichtend in der Fassung 3 a des hinteren Gehäuses montiert ist. Außerdem ist ein feststehender Kern 30 a vorge­ sehen, dessen unteres Ende mit einer Aussparung versehen ist, die als Federkammer 32 a dient. Ein hohlzylindrischer Spulen­ kern 30 b, dessen unteres Ende als Stößelkammer 32 ausgebildet ist, dient der Aufnahme eines Ventilkörpers in Form eines axial beweglichen Stößels 33. Weiterhin ist ein feststehen­ des Ventilelement 50 vorgesehen, welches eine kleine Öffnung 28 b und ein kurzes Teilstück 28 B des Kanals 28 enthält. Eine Vorspannfeder 34, die in der Federkammer 32 a angeordnet ist, hält den Stößel 33 im Abstand vom unteren Ende des fest­ stehenden Kerns 30 a und spannt den Stößel in Richtung auf das Sitzelement 50 vor. Der Spulenkern 30 b ist von einer Erregerwicklung 31 umgeben. Die Ansteuerung der Erreger­ wicklung 31 erfolgt in Abhängigkeit von einem Signal einer Sensorschaltung, welches einen höheren oder niedrigeren Kühlleistungsbedarf bezüglich eines vorgegebenen Kühlleistungsbedarfs anzeigt. Wenn durch die Erregerwicklung 31 ein Strom fließt, dann wird der Stößel 33 entgegen der Kraft der Feder 34 gegen das untere Ende des feststehenden Kerns 30 a gezogen. Der als Ventil­ element dienende Stößel 33 ist also so angeordnet, daß er eine Fluidverbindung zwischen den Abschnitten 28 A und 28 B (im Sitzelement 50) des Kanals 28 öffnet oder schließt. Der Kanalabschnitt 28 a öffnet sich direkt zu der Auslaß­ kammer 7 des hinteren Gehäuses 3 und steht über die Öffnung 28 a mit dem kurzen Kanalabschnitt 28 b in Verbindung, der zwischen dem Ventilsitzelement 50 und dem unteren Ende des Ventilgehäuses 29 c vorgesehen ist. Der kurze Kanalab­ schnitt 28 B öffnet sich direkt in eine Hochdruckkammer 37, welche mit der Taumelscheibenkammer 13 über eine Öffnung 28 c und einen Kanalabschnitt 28 C des Kanals 28 verbindbar ist. Der Kanalabschnitt 28 A steht ständig mit der Federkammer 32 a des Kernelements 30 a über eine kleine Öffnung 35 in Ver­ bindung, die in dem Stößel 33 vorgesehen ist, so daß der Druck des Kältemittels in der Auslaßkammer 7 ständig in der Federkammer 32 a wirksam ist.

Die Fassung 3 b des hinteren Gehäuses 3, die der Aufnahme des spulenförmigen Ventilelements des Ventils 29 b dient, besitzt eine zylindrische Bohrung bzw. Kammer 36, welche sich zwischen den Kanälen 27 und 28 erstreckt. Ein Ende der Kammer 36 steht somit unter dem hohen Druck in der Hochdruckkammer 37, während das andere Ende der Kammer 36 unter dem Druck einer Niederdruckkammer 38 steht, die Teil des Kanals 27 ist. Die Niederdruckkammer 38 besitzt eine obere Öffnung, die sich über einen Kanalabschnitt 27 a des Strömungskanals 27 zu der Ansaugkammer 6 öffnet, und eine untere Öffnung, die über einen Kanalabschnitt 27 b des Kanals 27 mit der Taumelscheibenkammer 13 verbunden ist. Im Inneren der Kammer 36 ist das spulenförmige Ventilelement 39 des Ventils 29 b gleitverschieblich angeordnet. Ein Ende des Ventilelements 39 dient dem Öffnen und Schließen einer Öffnung 28 c des Strömungskanals 28, während das andere Ende dem Öffnen und Schließen der oberen Öffnung der Kammer 38 dient. Das Ventilelement 39 besitzt an seinem der Kammer 38 zugewandten Ende ein Teilstück kleineren Durchmessers, welches von einer Feder 40 umgeben ist, die in der Kammer 38 angeordnet ist. Die Feder 40 erzeugt ständig eine solche Vorspannung für das Ventilelement 39, daß dieses die Tendenz hat, die Öffnung 28 c der Hochdruckkammer 37 zu schließen und dadurch die Fluidverbindung zwischen der Taumelscheibenkammer 13 und der Auslaßkammer 7 zu unterbrechen und die obere Öffnung der Kammer 38 freizugeben und damit eine Fluidver­ bindung zwischen der Taumelscheibenkammer 13 und der Ansaug­ kammer 6 zu schaffen, wie dies in Fig. 2 gezeigt ist. Wenn das komprimierte gasförmige Kältemittel aus der Auslaßkammer 7 mit hohem Druck in die Hochdruckkammer 37 eingeführt wird, und zwar aufgrund eines Erregerstroms durch die Wicklung 31 des Ventils 29 a, dann wird das Ventilelement 39 des Ventil­ elements 29 b entgegen der Kraft der Feder 40 über die in Fig. 3 gezeigte Position hinweg in die untere Kammer 38 hinein bewegt, wodurch die Verbindung zwischen der Taumel­ scheibenkammer 13 und der Ansaugkammer 6 geschlossen und die Verbindung zwischen der Taumelscheibenkammer 13 und der Auslaßkammer 7 freigegeben wird, wie dies in Fig. 4 gezeigt ist.

Aus der vorstehenden Beschreibung des Aufbaus der Steuer­ ventileinheit 29 wird deutlich, daß die beiden Ventile 29 a und 29 b zur Steuerung des Kompressors zusammenwirken.

In Fig. 5 bis 8 ist eine abgewandelte Ausführungsform einer Steuerung für einen Taumelscheibenkompressor mit variabler Förderleistung gezeigt, wobei entsprechende Teile mit den­ selben Bezugszeichen bezeichnet sind wie in Fig. 1 bis 4.

Der wichtigste Unterschied zwischen dem weiteren Ausführungs­ beispiel und dem oben erläuterten Ausführungsbeispiel besteht in der Konstruktion und der Arbeitsweise des Ventils 29 b mit dem federbelastetem spulenförmigem Ventilkörper 39′ der Steuer­ ventileinheit 29. Der Ventilkörper 39′ hat bei dem betrach­ teten Ausführungsbeispiel die Form eines länglichen Stabes, welcher gleitverschieblich von der Kammer 36 aufgenommen wird. Das Ventilelement 39′ besitzt ein an die Hochdruck­ kammer 37 des Kanals 27 angrenzendes Ende und enthält einen engen Hilfskanal 41. Der Hilfskanal 41 ermöglicht ein Ent­ weichen des komprimierten Kältemittels aus der Hochdruck­ kammer 37 und dem kurzen Kanalabschnitt 28 B in die Taumel­ scheibenkammer 13, wenn das Ventilelement 39′ in eine obere Position bewegt wird, in der es den Strömungskanal 28 sperrt, wie dies am besten aus Fig. 6 deutlich wird.

Das andere Ende des Ventilelements 39′ liegt der Niederdruck­ kammer 38 des Kanals 28 gegenüber und ist mit einem weiteren engen Hilfskanal 42 versehen. Der Hilfskanal 42 schafft dabei die Möglichkeit, daß ein Teil des komprimierten Kältemittels aus der Taumelscheibenkammer 13 über den Kanalabschnitt 27 a, die Niederdruckkammer 38 und den Kanal­ abschnitt 27 B in die Ansaugkammer 6 entweichen kann, wenn das Ventilelement 39′ in eine untere Position bewegt wird, in der es den Strömungskanal 27 sperrt, wie die in Fig. 8 gezeigt ist.

Fig. 7 zeigt eine Zwischenposition, in der sich das Ventil­ element 39′ zwischen den in Fig. 6 und 8 gezeigten Positionen befindet. In der Zwischenstellung gemäß Fig. 7 blockiert das Ventilelement 39′ gleichzeitig beide Strömungskanäle 27 und 28. Dabei ist zu beachten, daß beim Abfall des Kältemittel­ drucks in der Taumelscheibenkammer 13 während des Arbeitens des Kompressors mit geringer Förderleistung die in der Nieder­ druckkammer 38 angeordnete Feder 40 eine definierte Feder­ kraft ausübt, durch die das Ventilelement 39′ in der Zwischenstellung angehalten werden kann. Auf diese Weise kann ein Druckabfall in der Taumelscheibenkammer 13 vermieden und der Druck auf einem fest vorgegebenen Pegel gehalten werden. Auf diese Weise wird eine definierte Winkelstellung der Taumelscheibe 21 aufrechterhalten, in der diese bezüg­ lich der senkrechten Lage eine kleine Neigung aufweist.

Die Arbeitsweise des mit variabler Förderleistung arbeiten­ den Taumelscheibenkompressors gemäß den beiden vorstehend erläuterten Ausführungsbeispielen der Erfindung wird nach­ stehend näher erläutert.

Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 bis 4 wird der Erregerstrom für das Magnetventil 29 a der Steuerventilein­ heit 29 dann abgeschaltet, wenn die erforderliche Kühl­ leistung in der mit Hilfe des mit variabler Förderleistung arbeitenden Kompressors zu kühlenden Fahrgastzelle einen vorgegebenen Wert übersteigt. Durch das Abschalten des Erregerstroms wird die Öffnung 28 b des Strömungskanals 28 durch das Ventilelement 33 geschlossen - Fig. 2. Die Fluidverbindung zwischen der Auslaßkammer 7 und der Taumel­ scheibenkammer 13 wird also blockiert. Daher wird die Zu­ fuhr des unter hohem Druck stehenden gasförmigen Kälte­ mittels aus der Taumelscheibenkammer 13 in die Hochdruck­ kammer 37 unterbrochen. Folglich wird der Ventilkörper 39 des Federventils 29 b von der Feder 40 nach oben in die Hochdruckkammer 37 gedrückt und schließt den Strömungs­ kanal 28 während der Strömungskanal 27, d.h. die Fluid­ verbindung zwischen der Taumelscheibenkammer 13 und der Ansaugkammer 6 geöffnet wird. Hierdurch wird in der Taumel­ scheibenkammer 13 ein dem Ansaugdruck in der Ansaugkammer 6 entsprechender Druck eingestellt. Das aus den Kompressions­ kammern 15 der Zylinderbohrungen 14 in die Taumelscheiben­ kammer 13 entweichende Leckgas wird also über den offenen Strömungskanal 27 in die Ansaugkammer 6 abgeführt. Während der Druckpegel in der Taumelscheibenkammer 13 auf einem Wert gehalten wird, der im wesentlichen gleich dem Druck in der Ansaugkammer 6 ist, können die Kolben 16 sich in ihren Zylinderbohrungen 14 bei den Saughüben bis zu ihrem jeweils hinteren Totpunkt bewegen. Die Antriebsplatte 20 und die Taumelscheibe 21 bewegen sich also mit einem großen Schwenk­ winkel bezüglich einer zur Achse der Antriebswelle 17 senk­ rechten Ebene. Dies stellt sicher, daß bei jedem Kolbenhub eine große Gasmenge gefördert wird und daß der Kompressor mit maximaler Förderleistung arbeitet. Während der Kompressor mit hoher Förderleistung arbeitet, kühlt die Klimaanlage die Fahrgastzelle herunter, so daß die erforderliche Kühlleistung allmählich geringer wird und sich dem vorgegebenen Wert der Kühlleistung nähert.

Wenn die erforderliche Kühlleistung für die Fahrgastzelle oder einen anderen abgeschlossenen Raum eines Fahrzeugs kleiner wird als der vorgegebene Wert der Kühlleistung, dann wird an das Ventil 29 a ein Signal angelegt, welches anzeigt, daß die Erregerwicklung 31 erregt werden soll. Wenn die Erregerwicklung 31 erregt wird, wird das Ventil­ element bzw. der Stößel 33 elektromagnetisch gegen das untere Ende des feststehenden Kerns 30 a des Magnetventils 29 a gezogen und öffnet die in dem Strömungskanal 28 liegende Öffnung 28 b im Ventilsitz 50. Folglich kann nunmehr unter hohem Druck stehendes gasförmiges Kältemittel aus der Aus­ laßkammer 7 in die Hochdruckkammer 37 fließen, wodurch eine schnelle Bewegung des Ventilelements 39 in die Nieder­ druckkammer 38 herbeigeführt wird, während sich die Hoch­ druckkammer 37 ausdehnt. Das Ventilelement 39 wird also aus der in Fig. 2 gezeigten Stellung über die Stellung gemäß Fig. 3 in die in Fig. 4 gezeigte Stellung bewegt, wobei die Kraft der Vorspannfeder 40 überwunden wird. Auf diese Weise wird über den Strömungskanal 28 und die offenen Öffnungen 28 a, 28 b und 28 c eine Fluidverbindung zwischen der Taumelscheibenkammer 13 und der Auslaßkammer 7 ge­ schaffen. Gleichzeitig wird die Fluidverbindung zwischen der Taumelscheibenkammer 13 und der Ansaugkammer 6 blockiert, da der Strömungskanal 27 durch das Ventilelement 39 ge­ schlossen wird. Das unter hohem Druck stehende gasförmige Kältemittel strömt aus der Auslaßkammer 7 in die Taumel­ scheibenkammer 13, wodurch dort ein schneller Druckanstieg bewirkt wird. Dabei versteht es sich, daß aufgrund der schnellen Betätigung des Ventils 29 b in Verbindung mit der Betätigung des Magnetventils 29 a die Unterbrechung des Strömungskanals 27 im wesentlichen gleichzeitig mit der Öffnung des Strömungskanals 28 erfolgt, wobei das unter hohem Druck stehende Gas über den kurzen Kanalabschnitt 28 B in dem Sitzelement 50 in die Hochdruckkammer 37 strömt. Es erfolgt also kein Austreten von Gas aus der Taumel­ scheibenkammer 13 in die Ansaugkammer 6 und der Druck in der Taumelscheibenkammer steigt folglich aufgrund der Verbindung mit der Auslaßkammer 7 steil an. Wenn die Kolben 16 nunmehr ihre Saughübe ausführen, dann wirkt auf die hintere Stirnfläche jedes Kolbens 16 ein hoher Druck, welcher ausreichend höher ist als der Ansaugdruck für das Kältemittel. Hierdurch wird verhindert, daß die Kolben 16 bei ihren Ansaughüben noch ihren hinteren Totpunkt erreichen. Der Anstellwinkel der Antriebsplatte 20 und der Taumel­ scheibe 21 wird daher auf einen kleineren Wert begrenzt, so daß die Förderleistung des Kompressors bei verringertem Hub der Kolben 16 abnimmt.

Wenn der Kühlleistungsbedarf in der Fahrgastzelle wieder bis auf den vorgegebenen Kühlleistungsbedarf zunimmt, während der Kompressor mit kleiner Förderleistung arbeitet, wird an das Magnetventil 29 a ein Signal angelegt, durch welches die Erregerwicklung 31 abgeschaltet wird. Infolge­ dessen bewegt sich das Ventilelement 33 wieder zurück gegen das Sitzelement 50, wodurch der Strömungskanal 28 geschlossen und die Fluidverbindung zwischen der Taumel­ scheibenkammer 13 und der Auslaßkammer 7 unterbrochen wird. Sobald der Fluidkanal 28 geschlossen ist, endet die Zu­ führung von unter hohem Druck stehendem Gas aus der Auslaß­ kammer 7 in die Taumelscheibenkammer 13 und in die Hoch­ druckkammer 37. Das Ventilelement 39 des Ventils 29 b wird folglich sofort durch die Feder 40 in Richtung auf die Hochdruckkammer 37 gedrückt, so daß der Strömungskanal 27 geöffnet wird. Der Druck in der Taumelscheibenkammer 13 nimmt daraufhin ab, bis er im wesentlichen gleich dem Druck in der Ansaugkammer ist, wodurch wieder ein Arbeiten des Kompressors mit hoher Förderleistung erreicht wird. Die Steuerventileinheit 29 des zweiten Ausführungsbeispiels gemäß Fig. 5 bis 8 arbeitet in sehr ähnlicher Weise. Wenn jedoch das Ventilelement 39′ des mit Federvorspannung arbeitenden Ventils 29 b in die Niederdruckkammer 38 hinein bewegt wird, wie die in Fig. 8 gezeigt ist, um über den Strömungskanal 28 eine Fluidverbindung zwischen der Taumel­ scheibenkammer 13 und der Auslaßkammer 7 zu schaffen und gleichzeitig die Fluidverbindung zwischen der Taumelscheiben­ kammer 13 und der Ansaugkammer 6 über den Strömungskanal 27 zu unterbrechen, dann ermöglicht der enge Hilfskanal 42 in dem Ventilelement 39′ das Aufrechterhalten einer begrenzten Fluidverbindung zwischen der Taumelscheibenkammer 13 und der Ansaugkammer 6. Ein Teil des unter hohem Druck stehenden gasförmigen Kältemittels, welches über den offenen Strömungs­ kanal 28 aus der Auslaßkammer 7 in die Taumelscheibenkammer 13 geleitet wurde, kann also aus der Taumelscheibenkammer 13 über den engen Hilfskanal 42 in die Ansaugkammer 6 entweichen. Folglich kann beim Arbeiten des Kompressors mit niedriger Förderleistung ein Ansteigen des Druckpegels in der Taumel­ scheibenkammer 13 auf einen überhöhten Wert verhindert werden. Es ist daher sichergestellt, daß die Zufuhr von unter hohem Druck stehendem Kältemittel zu der Taumelschei­ benkammer 13 nicht die Menge überschreitet, die erforder­ lich ist, um den Anstellwinkel der Taumelscheibe 21 von einem großen Wert (der einer großen Förderleistung ent­ spricht) auf einen kleinen Wert (der einer kleinen Förder­ leistung entspricht) zu ändern.

Wenn das Ventilelement 39′ des Ventils 29 b in die Hochdruck­ kammer 37 hinein bewegt wird, wie dies in Fig. 6 gezeigt ist, um über den Strömungskanal 27 eine Fluidverbindung zwischen der Taumelscheibenkammer 13 und der Auslaßkammer 7 über den Strömungskanal 28 zu sperren, gestattet ferner der enge Hilfskanal 41 in dem Ventilelement 39′ ein Entweichen von unter hohem Druck gasförmigem Kältemittel aus der Hoch­ druckkammer 37 und dem kurzen Kanalabschnitt 28 b in dem Sitzelement 50 in die Taumelscheibenkammer 13. Es wird also verhindert, daß beim Umschalten der Fluidverbindung von dem Strömungskanal 28 auf den Strömungskanal 27 unter hohem Druck strömendes Gas in der Kammer 37 eingeschlossen wird. Wenn der Betrieb des Kompressors von kleiner Förder­ leistung bei kleinem Anstellwinkel der Taumelscheibe 21 auf große Förderleistung mit großem Anstellwinkel der Taumelscheibe 21 umgeschaltet wird, dann kann also das Ventilelement 39′ des Ventils 29 b problemlos aus der Niederdruckkammer 38 in Richtung auf die Hochdruckkammer 37 bewegt werden, ohne daß diese Bewegung gegen einen hohen Druck in der Hochdruckkammer 37 erfolgen müßte.

Wenn der Kompressor mit niedriger Förderleistung arbeitet während über den Strömungskanal 28 unter hohem Druck stehen­ des Gas aus der Auslaßkammer 7 in die Taumelscheibenkammer 13 strömt, und wenn der Druckpegel des Kältemittels selbst ab­ nimmt, um die Druckdifferenz zwischen dem Ansaugdruck und dem Auslaßdruck zu verringern, dann sorgt die Feder 40 in der Niederdruckkammer 38 dafür, daß eine der Druckdifferenz an­ gepaßte Federkraft erzeugt und das Ventilelement 39′ in eine Position bewegt wird, in der es beide Strömungskanäle 27 und 28 blockiert. Der Druckpegel in der Taumelscheiben­ kammer 13 wird dadurch auf einem Wert gehalten, der aus­ reicht, um für die Taumelscheibe 21 einen Anstellwinkel aufrechtzuerhalten, bei dem der Kompressor ständig mit minimaler Förderleistung arbeitet. Hierdurch ist gewähr­ leistet, daß eine Änderung des Taumelscheibenanstell­ winkels von minimaler Förderleistung zu maximaler Förder­ leistung sofort und ohne jeden Zeitverlust beginnt, wenn ein Signal erscheint, welches einen erhöhten Kühlleistungs­ bedarf anzeigt und die Umschaltung auf hohe Förderleistung auslöst.

Aus der vorstehenden Erläuterung der Ausführungsbeispiele der Erfindung wird deutlich, daß erfindungsgemäß aufgrund des Vorhandenseins einer Steuerventileinheit mit einem Magnetventil und einem damit zusammenwirkenden Federventil der Druckpegel in der Taumelscheibenkammer des mit vari­ abler Förderleistung arbeitenden Kompressors in Abhängig­ keit von einer Änderung des Kühlleistungsbedarfs schnell und gleichmäßig erhöht oder abgesenkt werden kann. Die Förderleistung des Kompressors kann also in Abhängigkeit von der erforderlichen Kühlleistung schnell und gleich­ mäßig verändert werden. Außerdem ist die erfindungsgemäße Steuerung gegenüber den bekannten Steuerungen mit Magnet­ ventilen deutlich vereinfacht.

Die Beschreibung zeigt ferner, daß das erfindungsgemäß vor­ gesehene Ventil mit federbelastetem Ventilkörper geeignet ist, einen schnellen und gleichmäßigen Übergang zwischen der Betriebsbedingung, bei der eine Fluidverbindung zwischen der Taumelscheibenkammer und der Auslaßkammer besteht und der Betriebsbedingung herbeizuführen, bei der eine Fluid­ verbindung zwischen der Taumelscheibenkammer und der Ansaug­ kammer besteht und umgekehrt. Dies ist auf das Vorhandensein einer Hochdruckkammer bzw. einer Niederdruckkammer an den beiden einander gegenüberliegenden Enden des Ventilelements zurückzuführen. Das Umschalten von einer kleinen Förder­ leistung auf eine hohe Förderleistung und umgekehrt kann somit schnell und gleichmäßig erfolgen.

Claims (7)

1. Taumelscheibenkompressor mit variabler Förderleistung für eine Klimaanlage, mit einem Gehäuseelement, in dem eine Ansaugkammer für ein zu komprimierendes Kältemittel und eine Auslaßkammer für ein komprimiertes Kältemittel vorgesehen sind, mit einem Zylinderblock, in dem mehrere Zylinderbohrungen vorgesehen sind, in denen zugeordnete Kolben hin- und her beweglich derart angeordnet sind, daß sie Kältemittel aus der Ansaugkammer ansaugen und das komprimierte Kältemittel in die Auslaßkammer drücken, mit einem geschlossenen Taumelscheibengehäuse mit einer Taumelscheibenkammer zur Aufnahme einer Anordnung mit einer Antriebsplatte und einer Taumelscheibe zum Antreiben der Kolben zu einer Hin- und Herbewegung und mit Steuer­ einrichtungen zum Ändern des Anstellwinkels der Taumel­ scheibe in Abhängigkeit von einer Änderung der erforder­ lichen Kühlleistung für die Klimaanlage und damit zur Änderung der Förderleistung des Kompressors, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtungen folgende Elemente umfassen:
einen ersten Strömungskanal (28) zum Herstellen einer Fluidverbindung zwischen der Taumelscheibenkammer (13) und der Auslaßkammer (7);
eine als Hochdruckkammer (37) dienende erste Kammer, die im Zuge des ersten Strömungskanals (28) angeordnet ist, und der unter Druck stehendes komprimiertes Kälte­ mittel zuführbar ist;
es ist ein Magnetventil (29 a) vorgesehen, welches in dem ersten Strömungskanal (28) angeordnet ist, um die Ver­ bindung zwischen der Hochdruckkammer (37) und der Aus­ laßkammer (7) in Abhängigkeit von der erforderlichen Kühlleistung zu steuern, und welches einen Elektro­ magneten (30 a, 31) aufweist, welcher in Abhängigkeit von einem Signal erregbar und entregbar ist, welches die Änderung der erforderlichen Kühlleistung anzeigt, wobei das Magnetventil (29 a) ein längliches Ventilelement (33) aufweist, welches durch den Elektromagneten (30 a, 31) magnetisch zwischen einer ersten Position und einer zweiten Position bewegbar ist, wobei in der ersten Position des Ventilelements (33) zwischen der Auslaß­ kammer (7) und der Hochdruckkammer (37) eine Verbindung besteht, die in der zweiten Position des Ventilelements (33) unterbrochen ist;
es ist ein zweiter Strömungskanal (27) zum Herstellen einer Fluidverbindung zwischen der Taumelscheibenkammer (13) und der Ansaugkammer (6) vorgesehen;
in dem zweiten Strömungskanal (27) ist eine Niederdruck­ kammer (38) vorgesehen, welcher der Druck des Kältemittels in der Ansaugkammer (6) zuführbar ist;
es ist ein Federventil (29 b) mit einem federbelasteten Ventilelement (39, 39′) vorgesehen, um im Zusammenwirken mit dem Magnetventil (29 a) eine Verbindung sowohl des ersten wie auch des zweiten Strömungskanals (28 bzw. 27) zu steuern, wobei das Federventil (29 b) ein Ventil­ gehäuse aufweist, in dem eine Ventilkammer (36) ausge­ bildet ist, die sich von der Hochdruckkammer (37) des ersten Strömungskanals (28) bis zu der Niederdruckkammer (38) des zweiten Strömungskanals (27) erstreckt, und in der das Ventilelement (39, 39′) gleitverschieblich ange­ ordnet und zwischen einer ersten und einer zweiten Position beweglich ist, wobei in der ersten Position des Ventilelements (39, 39′) eine Verbindung zwischen der Taumelscheibenkammer (13) und der Ansaugkammer (6) besteht, während die Verbindung zwischen der Taumel­ scheibenkammer (13) und der Auslaßkammer (7) unter­ brochen ist, und wobei in der zweiten Position des Ventilelements (39, 39′) eine Verbindung zwischen der Taumelscheibenkammer (13) und der Auslaßkammer (7) besteht, während die Verbindung zwischen der Taumel­ scheibenkammer (13) und der Ansaugkammer (6) unter­ brochen ist, und wobei das Federventil (29 b) ein Feder­ element (40) umfaßt, welches in der Niederdruckkammer (38) angeordnet ist, um das Ventilelement (39, 39′) ent­ gegen dem Druck in der Hochdruckkammer (37) in seine erste Position vorzuspannen; und
es sind Einrichtungen (28 B, 50) vorgesehen, um die Bewegung des federbelasteten Ventilelements (39, 39′) des Federventils (29 b) mit einer Bewegung des Ventil­ elements (33) des Magnetventils (29 a) zu verknüpfen.

2. Taumelscheibenkompressor nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Magnetventil (29 a) ein stationäres elektromagnetisches Kernelement (30 a) aufweist, dessen eines Ende dem Ventilelement (33) zugewandt ist, welches bei Erregung des Elektromagneten (30 a, 31) magnetisch in seine erste Position bewegbar ist, daß ein Ventil­ sitzelement (50) vorgesehen ist, welches die zweite Position für das Ventilelement (33) vorgibt und daß zwischen dem stationären Kernelement (30 a) und dem Ventilelement (33) ein Federelement (34) angeordnet ist, durch welches das Ventilelement (33) bei entregtem Elektromagneten (30 a, 31) in seine zweite Position an dem Ventilsitzelement (50) vorgespannt ist.

3. Taumelscheibenkompressor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtungen zum Verknüpfen der Bewegung der Ventilelemente (33, 39, 39′) der bei­ den Ventile (29 a, 29 b) einen kurzen Kanalabschnitt (28 B) umfassen, der Bestandteil des ersten Strömungskanals (28) ist und in dem Ventilsitzelement (50) ausgebildet ist und über den der hohe Druck des komprimierten Kälte­ mittels in der Auslaßkammer (7) auf das Ventilelement (39) des Federventils (29 b) ausübbar ist, um dieses ent­ gegen der an ihm angreifenden Federkraft in seine zweite Position zu bewegen.

4. Taumelscheibenkompressor nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Ventilelement (39′) des Federventils (29 b) als längliches stabförmiges Ventilelement (39′) ausgebildet und gleitverschieblich in die Ventilkammer (36) eingepaßt ist, wobei das eine Ende des Ventilelements (39′) die Verbindung zwischen der Taumelscheibenkammer (13) und der Auslaßkammer (7) unterbricht, wenn das Ventil­ element (39′) in seine erste Position bewegt wird und wobei das andere Ende des Ventilelements (39′) die Verbindung zwischen der Taumelscheibenkammer (13) und der Ansaugkammer (6) unterbricht, wenn das Ventilelement (39′) in seine zweite Position bewegt wird,und wobei das eine Ende des Ventilelements (39′) der Hochdruckkammer (37) zugewandt ist, während das andere Ende der Nieder­ druckkammer (38) zugewandt ist.

5. Taumelscheibenkompressor nach Anspruch 4, dadurch ge­ kennzeichnet, daß in dem einen Ende des Ventilelements (39′) ein Hilfskanal (41) vorgesehen ist, über den das unter hohem Druck stehende Kältemittel aus der Druckkammer (37) in die Taumelscheibenkammer (13) ableitbar ist, wenn das Ventilelement in seine erste Position bewegt wird und daß am anderen Ende des Ventilelements (39′) ein zweiter Hilfskanal (42) vorgesehen ist, über den unter einem überhöhten Druck stehendes Kältemittel aus der Taumel­ scheibenkammer (13) in die Ansaugkammer (6) ableitbar ist, wenn das Ventilelement (39′) in seine zweite Position bewegt wird.

6. Taumelscheibenkompressor nach Anspruch 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Hilfskanäle (41, 42) Öffnungen und Nuten in dem stabförmigen Ventilelement (39′) umfassen.

7. Taumelscheibenkompressor nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Federelement (40) des Federventils (29 b) eine Schraubenfeder umfaßt, mit deren Hilfe eine solche Federkraft erzeugbar ist, daß das Ventilelement (39, 39′) dieses Ventils bei Entregung des Magnetventils (29 a) aus seiner zweiten in seine erste Position bewegbar ist.