DE3812487A1 - Drehkolbenkompressor mit variabler verdraengung - Google Patents
Drehkolbenkompressor mit variabler verdraengungInfo
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- F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
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Description
Die Erfindung betrifft einen Drehkolbenkompressor mit
variabler Verdrängung für eine Fahrzeug-, insbesondere
eine Kraftfahrzeug-Klimaanlage.
Speziell betrifft die Erfindung einen Drehkolbenkompressor
mit variabler Verdrängung, welcher eine Zylinderanordnung
umfaßt, die einen Zylinderkörper aufweist, in dem eine
Bohrung vorgesehen ist, deren Enden durch Stirnwände ver
schlossen sind, die an dem Zylinderkörper befestigt sind.
In der Bohrung ist ein drehbarer Rotor angeordnet, welcher
zusammen mit der Bohrung mindestens eine halbmondförmige
Kammer definiert, der ein gasförmiges Kältemittel zuführbar
ist, wobei der Rotor mit mindestens einem Flügel versehen
ist, der ausfahrbar in den Rotor eingepaßt ist und dessen
freie Kante in Kontakt mit der inneren Umfangsfläche der
Bohrung steht, wenn sich der Rotor dreht. Dabei läuft der
Flügel durch die halbmondförmige Kammer und die Menge des
dabei komprimierten Kältemittels wird in Abhängigkeit von
der erforderlichen Kühlleistung der Klimaanlage variiert.
Üblicherweise wird ein Drehkolbenkompressor des vorstehend
beschriebenen Typs von der Brennkraftmaschine eines
Kraftfahrzeugs angetrieben, wobei die Temperatur für die
Fahrgastzelle des Kraftfahrzeugs auf einen Wert einstellbar
ist, bei dem sich der Fahrer und die Passagiere bei den
herrschenden Umgebungsbedingungen wohl fühlen. Wenn der
Kühlleistungsbedarf der Klimaanlage hoch wird, muß der
Kompressor mit maximaler Kühl- bzw. Förderleistung arbeiten,
während der Kompressor bei sinkendem Kühlleistungsbedarf
vorzugsweise mit niedrigerer Kühl- bzw. Förderleistung
arbeitet. Sobald die Temperatur des klimatisierten Raumes
einen angenehmen Wert erreicht, arbeitet der Kompressor vor
zugsweise mit der minimalen Förderleistung, bei der diese
angenehme Temperatur aufrechterhalten werden kann.
Die JP-OS 60-1 93 328, die auf einer Anmeldung der Anmelderin
basiert, beschreibt einen verbesserten Kompressor des vor
stehend beschriebenen Typs, bei dem die Kompressionsphase
durch den bzw. die Rotorflügel in Abhängigkeit vom Ansaug
druck des Kältemittels variabel ist, wobei dieser Ansaug
druck in einer Ansaugkammer des Kompressors wirksam ist,
die mit einem Verdampfer der Klimaanlage verbunden ist, so
daß die Menge des von dem Kompressor in den Kühlkreislauf
abgegebenen komprimierten Kältemittels in Abhängigkeit von
dem Kühlleistungsbedarf der Klimaanlage variabel ist. Im
einzelnen besitzt dieser bekannte Kompressor eine ringförmige
Platte, die drehbar zwischen einer der Stirnwände der
Zylinderanordnung und dem Zylinderkörper angeordnet ist.
Die drehbare Platte besitzt dabei einen bogenförmigen Schlitz,
der sich in Drehrichtung des Flügels erstreckt und sich zu
der halbmondförmigen Kammer öffnet. Der Flügel läuft durch
die halbmondförmige Kammer in der Weise hindurch, daß er
diese in einen vorderen und einen hinteren Teil unterteilt,
wobei das Volumen des vorderen Teils allmählich abnimmt,
während das Volumen des hinteren Teils allmählich zunimmt.
Während der Flügel längs des bogenförmigen Schlitzes in der
ringförmigen Platte vorrückt, kann ein Teil des im vorderen
Teil der halbmondförmigen Kammer befindlichen Kältemittels
über den bogenförmigen Schlitz in den hinteren Teil der
selben entweichen, so daß die eigentliche Kompressions
phase erst unmittelbar nach dem Zeitpunkt beginnt, zu dem
der Flügel den bogenförmigen Schlitz in der ringförmigen
Platte passiert hat. Aufgrund dieser Ausgestaltung ist es
möglich, die Dauer des Kompressionshubes und damit die
Förderleistung durch Verdrehen der ringförmigen Platte in
Drehrichtung des Flügels in Abhängigkeit vom Kältemittel
druck in der Ansaugkammer des Kompressors zu variieren.
Bei dem bekannten Kompressor wird das Verstellen der ring
förmigen Platte mit Hilfe eines Kolbens bewirkt, der gleit
verschieblich von einer zylindrischen Bohrung aufgenommen
wird. Der Kolben unterteilt die Bohrung dabei in zwei
Kammern, von denen die eine (eine erste Kammer) ständig
in Verbindung mit einer Auslaßkammer steht, welcher das
komprimierte Kältemittel aus der halbmondförmigen Kammer
zugeführt wird, während die andere (eine zweite Kammer) eine
Druckfeder aufnimmt, um den Kolben in Richtung auf die erste
Kammer vorzuspannen, wobei diese zweite Kammer außerdem mit
einem Ölvorrat in Verbindung steht, der unter einem Druck
steht, welcher dem Auslaßdruck des Kältemittels entspricht.
Die Zufuhr von Drucköl zu der zweiten Kammer wird durch ein
Rückschlagventil gesteuert, welches in einem Ölkanal zwischen
dem Ölvorrat und der zweiten Kammer angeordnet ist. Das
Rückschlagventil wird in Abhängigkeit von Druckänderungen in
der Ansaugkammer derart betätigt, daß bei Absinken des An
saugdrucks eine größere Ölmenge zu der zweiten Kammer fließen
kann, während bei Ansteigen des Ansaugdrucks der Querschnitt
des Ölkanals verringert wird. Dabei wird der Kolben in der
Bohrung verlagert, bis ein dynamisches Gleichgewicht zwischen
den Drücken in den beiden Kammern erreicht ist, wobei die
ringförmige Platte in Abhängigkeit von der Bewegung des
Kolbens verstellt wird. Um die richtige Verstellung der
ringförmigen Platte zu erreichen, muß der Innendruck in der
ersten Kammer exakt auf einem Wert gehalten werden, der dem
Auslaßdruck entspricht. Das gasförmige Kältemittel, welches
der zweiten Kammer zugeführt wird, hat jedoch die Tendenz,
aus dieser in einen Bereich mit niedrigerem Druck zu ent
weichen, und zwar hauptsächlich aufgrund eines unvermeid
lichen Mikrospalts zwischen einer Oberfläche der ringförmigen
Platte und der angrenzenden Oberfläche der damit in Kontakt
stehenden Stirnwand. Der dynamische Druckausgleich zwischen
den beiden Kammern wird also erst dann erreicht, wenn der
Kolben weiter in Richtung auf die erste Kammer verschoben ist,
als dies den tatsächlichen Druckverhältnissen entsprechen
würde.
Ausgehend vom Stand der Technik und der vorstehend aufge
zeigten Problematik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde,
einen gattungsgemäßen Kompressor dahingehend zu verbessern,
daß die Kühl- bzw. Förderleistung exakt in Abhängigkeit von
dem Druck des gasförmigen Kältemittels in einer Ansaugkammer
des Kompressors steuerbar ist. Dabei wird gleichzeitig ange
strebt, eine wirksame Abdichtung zwischen einer drehbaren
ringförmigen Platte und einem Gegenelement zu schaffen, um
ein Lecken des Kältemittels aus einem Hochdruckbereich in
einen Niederdruckbereich zu vermeiden.
Die gestellte Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch einen
Kompressor mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.
In Ausgestaltung der Erfindung hat es sich als besonders
vorteilhaft erwiesen, wenn die Dichtungseinrichtungen einen
Dichtungsring umfassen, der in einer Ringnut angeordnet ist,
die in die Oberfläche der Stirnwand eingearbeitet ist, die
in Kontakt mit der ringförmigen Platte steht.
Weiterhin hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn die
Dichtungseinrichtungen so ausgebildet sind, daß sie den
mit der ringförmigen Platte fest verbundenen Zapfen zum
Verbinden der Platte mit dem Kolben umgeben.
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 Drehkolbenkompressors gemäß
der Erfindung;
Fig. 2 einen Querschnitt durch den Kompressor gemäß
Fig. 1 längs der Linie A-A in dieser Figur;
Fig. 3 einen Querschnitt durch den Kompressor gemäß
Fig. 1 längs der Linie B-B in dieser Figurf;
Fig. 4 einen Querschnitt durch den Kompressor gemäß
Fig. 1 längs der Linie C-C in dieser Figur und
Fig. 5 einen Teilquerschnitt zur Erläuterung einer
Ventilbetätigungsvorrichtung für den Kompressor
gemäß Fig. 1 bis 4.
Im einzelnen zeigt Fig. 1 einen Drehkolbenkompressor mit
variabler Verdrängung gemäß der Erfindung. Der Kompressor
umfaßt ein vorderes Gehäuse 1 und ein hinteres Gehäuse 2,
die mittels geeigneter Verbindungseinrichtung, wie z.B.
Schrauben und Muttern (nicht gezeigt) starr miteinander
verbunden sind. In einer durch die beiden miteinander ver
bundenen Gehäuse 1, 3 gebildeten inneren Kammer ist eine
Zylinderanordnung montiert, welche einen Zylinderkörper 3
umfaßt, der eine Bohrung in Form eines elliptischen Zylinders
aufweist, die an den Enden durch eine vordere Stirnwand 4 bzw.
eine hintere Stirnwand 5 verschlossen ist. In der Zylinder
bohrung ist ein zylindrischer Rotor 6 angeordnet, der zu
einer Drehbewegung in Richtung des in Fig. 2 eingezeichneten
Pfeils - im Uhrzeigersinn - antreibbar ist. Der Rotor 6 besitzt
an seinen stirnseitigen Enden Achsstummel 6 a, 6 b, die mittels
zugehöriger Lager in den Stirnwänden 4, 5 gelagert sind. Der
Rotor 6 ist ferner mit mehreren Flügeln 7 versehen (beim
Ausführungsbeispiel vier Stück), welche radial verstellbar in
den Rotor 6 eingepaßt sind und bei umlaufenden Rotor 6 in
Kontakt mit der Innenfläche der zylindrischen Bohrung stehen,
während ihre Enden in engem Kontakt mit den Innenflächen der
Stirnwände 4 und 5 stehen. Wie Fig. 2 zeigt, ist der Rotor 6
mit vier Schlitzen 8 versehen, die in Umfangsrichtung in
gleichmäßigen Abständen voneinander angeordnet sind, wobei in
jeden Schlitz 8 einer der Flügel 7 gleitverschieblich einge
setzt ist.
Wie Fig. 2 ferner zeigt, besitzt jeder der Schlitze 8 am Boden
bzw. am inneren Ende einen verbreiterten Bereich, der als
Schmierölkanal dient, welchem das Schmieröl aus einer Ab
scheidekammer 2 a zuführbar ist. Jeder der Schlitze 8 steht
also mit einem Ölvorrat in einer Abscheidekammer 2 a in Ver
bindung, die in dem hinteren Gehäuse 2 ausgebildet ist, und
zwar über eine Ringnut 5 a, die in der hinteren Stirnwand 5
vorgesehen ist, über einen Lagerteil an dem Achsstummel 6 b
und über einen Kanal 22, der durch die hintere Stirnwand 5
hindurchgeführt ist. Da das Schmieröl in der Ölabscheide
kammer 2 a durch das komprimierte Kältemittel unter einem
Druck gehalten wird, werden die Flügel 7 durch das in die
Schlitze 8 eingeführte Schmieröl nach außen gedrückt. Diese
Auswärtsbewegung wird durch Zentrifugalkräfte unterstützt,
die bei rotierendem Rotor 6 an den Flügeln 7 wirksam sind.
Auf diese Weise kann ein ständiger Kontakt zwischen der
freien Außenkante der Flügel 7 und der Innenfläche der
Bohrung des Zylinderkörpers 3 aufrechterhalten werden, so
daß die durch die Bohrung definierte Kammer durch die Flügel 7
in halbmondförmige Kammern R 1 und R 2 unterteilt wird. Weiter
hin ist an der Innenseite der vorderen Stirnwand 4 eine Ring
nut 4 a vorgesehen, die an das innere Ende der Schlitze 8 an
grenzt, so daß das Schmieröl den Schlitzen 8 über die Ring
nut 4 a zuführbar ist.
Wie aus Fig. 1 und 2 deutlich wird, ist der zylindrische
Körper 3 mit einem Paar von Ansaugschlitzen 9, 10 versehen,
die in axialer Richtung des zylindrischen Körpers 3 ver
laufen. Ansaugöffnungen 11 und 12, die mit den Ansaugschlitzen
9 bzw. 10 in Verbindung stehen, sind bezüglich der Achse des
zylindrischen Körpers 3 symmetrisch zueinander angeordnet
und öffnen sich in die Bohrung des zylindrischen Körpers 3.
In der Nachbarschaft der Ansaugschlitze 9 und 10 sind längs
des Umfangs des zylindrischen Körpers 3 zwei symmetrisch
zueinander angeordnete Auslaßkammern 3 a und 3 b vorgesehen,
welche mit Auslaßöffnungen 13 bzw. 14 in Verbindung stehen.
Die Auslaßöffnungen 13 und 14 sind mittels Blattventilen 15
bzw. 16 verschließbar, die im Inneren der Auslaßkammern 3 a,
3 b angeordnet sind. Die Blattventile 15, 16 bestehen aus
elastischen Ventilblättern, deren Auslenkung durch Anschlag
platten 17 bzw. 18 begrenzt wird. Das Innere der beiden
Auslaßkammern 3 a und 3 b steht mit der Ölabscheidekammer 2 a
über Öffnungen 19 in Verbindung (in Fig. 1 ist nur eine
dieser Öffnungen gezeigt), die in der hinteren Stirnwand 5
vorgesehen sind. Die Abscheidekammer 2 a selbst steht mit den
übrigen Teilen einer Klimaanlage über eine Auslaßöffnung 20
in Verbindung.
Zwischen der vorderen Stirnwand 4 und dem Rotor 6 ist eine
ringförmige Platte 21 angeordnet. Die ringförmige Platte 21
wird von einer ringförmigen Aussparung 35 in der Innenfläche
der vorderen Stirnwand 4 aufgenommen und läßt sich mit Hilfe
eines nachstehend noch zu beschreibenden Antriebsmechanismus
in der einen oder anderen Richtung bezüglich des Achsstummels
6 a verdrehen. Die ringförmige Platte 21 besitzt ferner zwei
bogenförmige Schlitze 21 a und 21 b, die symmetrisch zur Achse
des zylindrischen Körpers 3 angeordnet sind. Die bogenförmigen
Schlitze 21 a, 21 b können sowohl mit den Ansaugschlitzen 9
und 10 als auch mit den Kammern R 1 und R 2 über einen Bereich
in Verbindung stehen, innerhalb dessen die ringförmige Platte
21 bezüglich des Achsstummels 6 a verdrehbar ist. Was die
Positionen der ringförmigen Platte 21 anbelangt, so wird
diejenige Position, in der die bogenförmigen Schlitze 21 a und
21 b den Ansaugschlitzen 9, 10 am nächsten benachbart sind,
als erste Position bezeichnet, während diejenige Position, in
der die bogenförmigen Schlitze 21 a und 21 b von den Ansaug
schlitzen 9 und 10 am weitesten entfernt sind, als zweite
Position bezeichnet wird. Wie Fig. 4 zeigt, sind in der vor
deren Stirnwand 4 Einlaßöffnungen 23 und 24 vorgesehen, die
den Ansaugschlitzen 9, 10 zugeordnet sind. In dem vorderen
Gehäuse 1 ist eine Ansaugkammer 1 a ausgebildet, welche über
eine Einlaßöffnung 41 mit den übrigen Teilen der Klimaanlage
in Verbindung steht und über die Einlaßöffnungen 23 und
sowie die bogenförmigen Schlitze 21 a und 21 b mit den Ansaug
schlitzen 9 und 10 und den halbmondförmigen Kammern R 1 und
R 2 verbunden ist.
Nachstehend soll nunmehr unter Bezugnahme auf Fig. 1 und 4
ein Antriebsmechanismus für die ringförmige Platte 21 näher
erläutert werden. Im einzelnen ist in einer Bohrung 25 a der
vorderen Stirnwand 4 angrenzend an die ringförmige Platte 21
ein Kolben 25 angeordnet. Der Kolben 25 ist in
der Bohrung 25 a in axialer Richtung, nämlich im wesentlichen
tangential zu der ringförmigen Platte 21 gleitverschieblich.
Ein an der ringförmigen Platte 21 befestigter Zapfen 26 greift
locker durch einen bogenförmigen Schlitz 27 in der vorderen
Stirnwand 4 hindurch in eine Öffnung des Kolbens 25 ein.
Die Bohrung 25 a ist durch den Kolben 25 in eine erste
Kammer S 1 und eine zweite Kammer S 2 unterteilt. Der Kolben 25
ist dabei mittels einer Druckfeder 28 in Richtung auf die
erste Kammer S 1 vorgespannt. Die Druckfeder 28 befindet sich
in der zweiten Kammer S 2. Wie Fig. 1 und 2 zeigen, steht die
erste Kammer S 1 über einen Kanal 29 mit einer der Auslaß
kammern 3 b in Verbindung, während aus Fig. 1 und 5 deutlich
wird, daß die zweite Kammer S 2 mit dem Ölvorrat in der Ab
scheidekammer 2 a über einen Kanal 30 in Verbindung steht.
Die zweite Kammer S 2 steht außerdem über eine Öffnung 31 mit
der Ansaugkammer 1 a in Verbindung.
Wie Fig. 5 zeigt, ist im Inneren der Ansaugkammer 1 a ein
Ventil-Betätigungsmechanismus vorgesehen, der aus einem Rück
schlagventil 32 und einem Kolben 33 besteht. Die eine Seite
des Kolbens 33 steht unter der Wirkung einer Druckfeder 34.
Auf dieser Seite des Kolbens 33 ist außerdem der Atmosphären
druck wirksam. Die Summe der Kraft aufgrund des Atmosphären
drucks und der Druckfeder 34 wirkt derart auf die eine Stirn
fläche des Kolbens 33 ein, daß dieser die Tendenz hat, das
Rückschlagventil 32 zum Öffnen des Kanals 30 zu betätigen.
Auf das andere Ende des Kolbens 33 wirken in der entgegen
gesetzten Richtung die Kräfte ein, die sich aufgrund des
Druckes in der Ansaugkammer 1 a (Ansaugdruck) und der Druckes
in der Abscheidekammer 2 a (Auslaßdruck) ergeben. Diese Kräfte
versuchen den Kolben 33 derart zu verstellen, daß das Rück
schlagventil 32 den Kanal 30 schließt. Aufgrund des beschrie
benen Aufbaus kann eine gesteuerte Drosselwirkung für den
Kanal 30 erreicht werden, und zwar aufgrund einer dynamischen
Balance zwischen den entgegengesetzt gerichteten Kräften bzw.
Drücken an den beiden Enden des Kolbens 33.
Wie Fig. 3 zeigt, ist im Boden der Aussparung 35, die zur Auf
nahme der ringförmigen Platte 21 in der vorderen Stirnwand 4
ausgebildet ist, eine Ringnut 35 a ausgebildet, welche den
Achsstummel 6 a und den bogenförmigen Schlitz 27 umgibt. In
die Ringnut 35 a ist ein Dichtring 36 eingelegt, um eine
fluiddichte Trennung zwischen dem Hochdruckbereich und dem
Niederdruckbereich herbeizuführen. In der vorderen Stirnwand 4
ist ferner ein Zwischenkanal 37 ausgebildet, welcher mit der
Ringnut 35 a über mehrere Kanäle 38 kommuniziert. Der Zwischen
kanal 37 kommuniziert mit dem Ölvorrat in der Abscheidekammer
2 a über Kanäle 39 und 40, die in der vorderen Stirnwand 4 und
in dem zylindrischen Körper 3 ausgebildet sind, so daß das Öl
aus dem Ölvorrat der Ringnut 35 a zugeführt wird. Die exakte
Funktion der Dichtungseinrichtungen wird weiter unten noch
näher erläutert.
Während einer Anfangsphase des Betriebes des Kompressors sind
der Ansaugdruck in der Ansaugkammer 1 a und der Auslaßdruck in
den Auslaßkammern 3 a bzw. 3 b gleich. Kurz nachdem der Kom
pressor gestartet ist, wird der Kanal 30 durch Betätigung des
Rückschlagventils 32 mit der zweiten Kammer S 2 verbunden, da
der Druck in der Ansaugkammer 1 a niedrig ist. Der Kolben 25
nimmt dabei eine Position ein, in der das eine Ende des Kol
bens 25 in Kontakt mit dem inneren Ende der ersten Kammer S 1
steht, und zwar aufgrund einer ausgewählten Federwirkung der
Druckfeder 28. Unter diesen Bedingungen bzw. Voraussetzungen
nimmt die ringförmige Platte 21 die oben definierte erste
Stellung ein, in der die bogenförmigen Schlitze 21 a und 21 b
in Drehrichtung des Rotors 6 stärker gegen die Einlaßöffnungen
23 und 24 und den Ansaugschlitzen 9 und 10 versetzt sind.
Das gasförmige Kältemittel strömt aus der Ansaugkammer 1 a
in die halbmondförmige Kammer R 1, deren Größe während dieser
Phase zunimmt. Diese halbmondförmige Kammer R 1 gelangt beim
Weiterdrehen des Rotors 6 allmählich in den Kompressions
betrieb. Während eines gewissen Zeitintervalls, nachdem
die Kammer R 1 in den Kompressionsbetrieb gelangt ist, stehen
die bogenförmigen Schlitze 21 a und 21 b noch in Verbindung mit
der halbmondförmigen Kammer, wodurch für dieses Zeitintervall
ein ins Gewicht fallender Druckanstieg des gasförmigen Kälte
mittels verhindert wird. Mit anderen Worten wird also das
Anfangsvolumen der halbmondförmigen Kammer R 1, wenn diese
vollständig geschlossen wird, auf einen Minimalwert begrenzt,
so daß der Kompressor mit minimaler Kühlleistung bzw. Förder
leistung arbeitet. Folglich wird die Belastung einer Brenn
kraftmaschine, welche den Kompressor antreibt, während einer
Anfangsphase des Betriebes verringert.
Aufgrund eines kontinuierlichen Betriebes des Kompressors
mit minimaler Förderleistung ändert sich die dynamische Druck
differenz über dem Rückschlagventil 32 derart, daß dieses
in eine Stellung bewegt wird, in der es den Kanal 30 schließt.
Hierdurch wird die Zufuhr von Schmieröl zu der zweiten Kammer
S 2 durch den Kanal 30 gesperrt und der Kolben 25 wird in
Richtung auf die zweite Kammer verschoben, so daß ein neues
dynamisches Druckgleichgewicht zwischen der ersten Kammer S 1,
die mit der Auslaßkammer 3 b über den Kanal 29 in Verbindung
steht, und der zweiten Kammer S 2 geschaffen wird, aus der
das eingeströmte Schmieröl allmählich über die Öffnung 31
in die Ansaugkammer 1 a abfließt, wie dies in Fig. 4 gezeigt ist.
Aufgrund dieser Verlagerung des Kolbens 25 dreht sich die
ringförmige Platte 21 im Uhrzeigersinn - in Fig. 4 - in ihre
zweite Stellung, so daß wesentliche Teile der bogenförmigen
Schlitze 21 a, 21 b mit den Einlaßöffnungen 23 und 24 und den
Ansaugkanälen 9 und 10 fluchten. Aus diesem Grund wird die
Verbindung zwischen den bogenförmigen Schlitzen 21 a und 21 b
einerseits und der halbmondförmigen Kammer R 1 unmittelbar
nach dem Zeitpunkt gesperrt, in dem die Kammer R 1 von der
Expansionsphase in die Kompressionsphase gelangt ist, so
daß das gasförmige Kältemittel in der halbmondförmigen Kammer
R 1 sofort komprimiert wird. Mit anderen Worten wird das
Volumen der geschlossenen halbmondförmigen Kammer R 1 also
auf den Maximalwert erhöht, so daß der Kompressor nunmehr
mit maximaler Förderleistung arbeiten kann.
Sobald die Raumtemperatur in dem zu kühlenden Raum (beispiels
weise der Fahrgastzelle) sich dem vorgegebenen gewünschten
Wert aufgrund dieses Betriebes mit maximaler Förderleistung
nähert, sinkt der Druck in der Ansaugkammer 1 a wegen der
Abnahme der erforderlichen Kühlleistung ab und das Rückschlag
ventil 32 öffnet daraufhin den Kanal 30 in dem entsprechenden
Maße. Dies hat zur Folge, daß das Schmieröl aus der Abscheide
kammer 2 a in die zweite Kammer S 2 fließt und einen Druck auf
das betreffende Ende des Kolbens 25 ausübt. Da die Menge des
in die zweite Kammer S 2 einfließenden Öls größer ist als
die als Leckstrom durch die Öffnung 31 abfließende Ölmenge,
verschiebt sich der Kolben 25 in Richtung auf die erste
Kammer S 1 bis ein anderes dynamisches Druckgleichgewicht
geschaffen ist, wobei die ringförmige Platte 21 in eine
Zwischenstellung zwischen ihren beiden Endstellungen bewegt
wird, so daß der Kompressor mit einer entsprechend verringerten
mittleren Förderleistung arbeitet. Die Klimaanlage arbeitet
daher insgesamt mit mittlerer Kühlleistung.
Wie oben ausgeführt, kann die Förderleistung des Kompressors
durch Steuerung des dynamischen Gleichgewichts zwischen den
Drücken in den beiden Kammern S 1 und S 2 in Abhängigkeit von
Änderungen des Ansaugdruckes in der Ansaugkammer 1 a ge
ändert werden, wobei dieser Ansaugdruck im wesentlichen
der Temperatur des zu kühlenden Raums entspricht.
Es ist zu beachten, daß unter hohem Druck stehendes gas
förmiges Kältemittel, welches in die erste Kammer S 1 einge
leitet wird, die Tendenz haben dürfte, von dort in einen
Niederdruckbereich zu entweichen, wie z.B. zu den bogen
förmigen Schlitzen 21 a und 21 b, und zwar über einen unver
meidlichen Mikrospalt zwischen den Oberflächen der ring
förmigen Platte 21 und der vorderen Stirnwand 4, die in
engem Kontakt miteinander stehen. Diese Leckströmung des
gasförmigen Kältemittels bewirkt einen Druckabfall in der
ersten Kammer S 1, welcher eine übermäßige Verlagerung des
Kolbens 25 in Richtung auf diese erste Kammer S 1 zur Folge
hat. Weiterhin wird dadurch die ringförmige Platte 21 über
mäßig verdreht, was zu einem unerwünschten Absinken der
Förderleistung des Kompressors führt. Um diese Nachteile
zu vermeiden, wird erfindungsgemäß Schmieröl, welches unter
einem Druck steht, der dem Druck in der Auslaßkammer 3 a ent
spricht, direkt zu den Dichtungseinrichtungen geleitet, welche
die Ringnut 35 a und den darin befindlichen Dichtring 36 um
fassen, wobei die Druckölzufuhr über die Kanäle 40 und 39,
den Zwischenkanal 37 und die Kanäle 38 erfolgt. Aufgrund der
Wirkung dieser "Öldichtung" können die Dichtungseinrichtungen
das Lecken von unter hohem Druck stehenden gasförmigem Kälte
mittel aus der ersten Kammer S 1 zuverlässig verhindern. In
diesem Zusammenhang ist anzumerken, daß der Dichtring 36 und
die Ringnut 35 a vorzugsweise so angeordnet sind, daß sie den
Zapfen 26 umgeben, der in den Kolben 25 eingreift, da
das Lecken des gasförmigen Kältemittels aus der ersten
Kammer S 1 wahrscheinlich in diesem Bereich auftritt.
Abschließend sei noch darauf hingewiesen, daß die vor
liegende Erfindung nicht auf das vorstehend beschriebene
Ausführungsbeispiel beschränkt ist. Beispielsweise kann die
ringförmige Aussparung 4 a in der vorderen Stirnwand 4 mit der
Nut 35 a in Verbindung stehen, so daß das unter hohem Druck
stehende Schmieröl dem Dichtring 36 über den Kanal 22, die
Ringnut 5 a in der hinteren Stirnwand 5, den inneren Teil der
Schlitze 8 und die ringförmige Aussparung 4 a zugeführt wird.
Claims (3)
1. Drehkolbenkompressor mit variabler Verdrängung für eine
Fahrzeug-, insbesondere eine Kraftfahrzeug-Klimaanlage,
gekennzeichnet durch folgende
Merkmale:
Es ist eine Zylinderanordnung vorgesehen, welche einen Zylinderkörper (3) umfaßt, der eine Bohrung besitzt, die an den einander gegenüberliegenden Enden des Zylinder körpers (3) durch Stirnwände (4,5) verschlossen ist;
es ist ein Rotor (6) vorgesehen, der in der Bohrung des Zylinderkörpers (3) angeordnet ist und in der Bohrung mindestens eine halbmondförmige Kammer (R 1, R 2) zur Auf nahme eines gasförmigen Kältemittels definiert, wobei der Rotor (6) mindestens einen Flügel (7) aufweist, der aus fahrbar in den Rotor (6) eingepaßt ist, derart, daß eine freie Kante des Flügels (7) bei umlaufendem Rotor in Kontakt mit der Innenwand der Bohrung steht, so daß das Kältemittel in der halbmondförmigen Kammer (R 1, R 2) durch den Flügel (7) komprimierbar ist;
die Zylinderanordnung umfaßt eine Auslaßkammer (3 a, 3 b) zur Aufnahme des komprimierten, aus der halbmondförmigen Kammer (R 1, R 2) austretenden Kältemittels und eine Ansaug kammer (1 a) zur Aufnahme des aus dem Kreislauf der Klima anlage zurückfließenden Kältemittels vor dem Einführen desselben in die halbmondförmige Kammer (R 1, R 2);
es ist eine ringförmige Platte (21) vorgesehen, welche zwischen einer der Stirnwände (4) und dem angrenzenden Ende des Zylinderkörpers (3) derart angeordnet ist, daß eine Oberfläche der ringförmigen Platte (21) in engem Kontakt mit der zugeordneten Oberfläche der Stirnwand (4) steht, wobei die ringförmige Platte (21) gegenüber der zugeordneten Oberfläche dieser Stirnwand (4) gleitver schieblich zwischen einer ersten und einer zweiten Stellung verdrehbar ist;
die ringförmige Platte (21) besitzt einen bogenförmigen Schlitz (21 a, 21 b) zum Einstellen des maximalen Volumens der halbmondförmigen Kammer (R 1, R 2) für den Zeitpunkt des Beginns der Kompression des in der halbmondförmigen Kammer (R 1, R 2) befindlichen Kältemittels durch den Drosseleffekt des Schlitzes (21 a, 21 b), der sich ent sprechend der Winkelposition der ringförmigen Platte (21) zwischen deren erster und deren zweiter Position ändert;
es sind Antriebseinrichtungen (25 bis 27) vorgesehen, mit deren Hilfe die ringförmige Platte (21) in Abhängigkeit von einer Änderung der erforderlichen Kühlleistung der Klimaanlage verstellbar ist und die eine hydraulische Betätigungsanordnung mit einem Kolben (25) umfassen, der gleitverschieblich in einer Zylinderbohrung (25 a) angeord net ist und diese in eine erste Zylinderkammer (S 1) und eine zweite Zylinderkammer (S 2) unterteilt, wobei die erste Zylinderkammer (S 1) in Verbindung mit der Auslaß kammer (3 a, 3 b) steht, die mit dem komprimierten Kälte mittel aus der halbmondförmigen Kammer (R 1, R 2) gefüllt ist, und wobei die zweite Zylinderkammer (S 2) in Ver bindung mit einem unter Druck stehenden Schmierölvorrat steht, dessen Druck dem Auslaßdruck des Kältemittels aus der halbmondförmigen Kammer (R 1, R 2) entspricht, wobei der Kolben (25) mit der ringförmigen Platte (21) über einen an dieser befestigten Zapfen (26) verbunden ist, so daß die Bewegung des Kolbens (25) auf die ringförmige Platte (21) übertragen wird und ein Schwenken derselben zwischen ihrer ersten und ihrer zweiten Stellung bewirkt;
es ist eine Ventileinrichtung (32) vorgesehen, mit deren Hilfe die Ölmenge steuerbar ist, die über einen Ölkanal (30) aus dem Ölvorrat in die zweite Zylinderkammer (S 2) einleitbar ist;
es ist eine Ventilbetätigungsvorrichtung (33, 34) vorge sehen, mit deren Hilfe die Ventileinrichtung (32) betätig bar ist und die einen Kolben (33) umfaßt, dessen eines Ende dem Ansaugdruck für das aus der Klimaanlage in die Ansaugkammer (1 a) zurückfließende Kältemittel ausgesetzt ist, derart daß die Ventileinrichtung (32) in Abhängigkeit von einer Änderung des Kältemitteldrucks betätigbar ist;
es sind Dichtungseinrichtungen (35 a, 36) vorgesehen, um Hochdruck- und Niederdruckbereiche des Kompressors fluid dicht zu trennen, wobei die Dichtungseinrichtungen (35 a, 36) zwischen den Oberflächen der ringförmigen Platte (21) und der Stirnwand (4) vorgesehen sind, die in Kontakt miteinander stehen; und
es sind Ölversorgungseinrichtungen (37 bis 40) vorgesehen, mit deren Hilfe Öl aus dem Ölvorrat, welcher unter dem Auslaßdruck des Kältemittels aus der halbmondförmigen Kammer (R 1, R 2) steht, den Dichtungseinrichtungen (35 a, 36) zuführbar ist.
Es ist eine Zylinderanordnung vorgesehen, welche einen Zylinderkörper (3) umfaßt, der eine Bohrung besitzt, die an den einander gegenüberliegenden Enden des Zylinder körpers (3) durch Stirnwände (4,5) verschlossen ist;
es ist ein Rotor (6) vorgesehen, der in der Bohrung des Zylinderkörpers (3) angeordnet ist und in der Bohrung mindestens eine halbmondförmige Kammer (R 1, R 2) zur Auf nahme eines gasförmigen Kältemittels definiert, wobei der Rotor (6) mindestens einen Flügel (7) aufweist, der aus fahrbar in den Rotor (6) eingepaßt ist, derart, daß eine freie Kante des Flügels (7) bei umlaufendem Rotor in Kontakt mit der Innenwand der Bohrung steht, so daß das Kältemittel in der halbmondförmigen Kammer (R 1, R 2) durch den Flügel (7) komprimierbar ist;
die Zylinderanordnung umfaßt eine Auslaßkammer (3 a, 3 b) zur Aufnahme des komprimierten, aus der halbmondförmigen Kammer (R 1, R 2) austretenden Kältemittels und eine Ansaug kammer (1 a) zur Aufnahme des aus dem Kreislauf der Klima anlage zurückfließenden Kältemittels vor dem Einführen desselben in die halbmondförmige Kammer (R 1, R 2);
es ist eine ringförmige Platte (21) vorgesehen, welche zwischen einer der Stirnwände (4) und dem angrenzenden Ende des Zylinderkörpers (3) derart angeordnet ist, daß eine Oberfläche der ringförmigen Platte (21) in engem Kontakt mit der zugeordneten Oberfläche der Stirnwand (4) steht, wobei die ringförmige Platte (21) gegenüber der zugeordneten Oberfläche dieser Stirnwand (4) gleitver schieblich zwischen einer ersten und einer zweiten Stellung verdrehbar ist;
die ringförmige Platte (21) besitzt einen bogenförmigen Schlitz (21 a, 21 b) zum Einstellen des maximalen Volumens der halbmondförmigen Kammer (R 1, R 2) für den Zeitpunkt des Beginns der Kompression des in der halbmondförmigen Kammer (R 1, R 2) befindlichen Kältemittels durch den Drosseleffekt des Schlitzes (21 a, 21 b), der sich ent sprechend der Winkelposition der ringförmigen Platte (21) zwischen deren erster und deren zweiter Position ändert;
es sind Antriebseinrichtungen (25 bis 27) vorgesehen, mit deren Hilfe die ringförmige Platte (21) in Abhängigkeit von einer Änderung der erforderlichen Kühlleistung der Klimaanlage verstellbar ist und die eine hydraulische Betätigungsanordnung mit einem Kolben (25) umfassen, der gleitverschieblich in einer Zylinderbohrung (25 a) angeord net ist und diese in eine erste Zylinderkammer (S 1) und eine zweite Zylinderkammer (S 2) unterteilt, wobei die erste Zylinderkammer (S 1) in Verbindung mit der Auslaß kammer (3 a, 3 b) steht, die mit dem komprimierten Kälte mittel aus der halbmondförmigen Kammer (R 1, R 2) gefüllt ist, und wobei die zweite Zylinderkammer (S 2) in Ver bindung mit einem unter Druck stehenden Schmierölvorrat steht, dessen Druck dem Auslaßdruck des Kältemittels aus der halbmondförmigen Kammer (R 1, R 2) entspricht, wobei der Kolben (25) mit der ringförmigen Platte (21) über einen an dieser befestigten Zapfen (26) verbunden ist, so daß die Bewegung des Kolbens (25) auf die ringförmige Platte (21) übertragen wird und ein Schwenken derselben zwischen ihrer ersten und ihrer zweiten Stellung bewirkt;
es ist eine Ventileinrichtung (32) vorgesehen, mit deren Hilfe die Ölmenge steuerbar ist, die über einen Ölkanal (30) aus dem Ölvorrat in die zweite Zylinderkammer (S 2) einleitbar ist;
es ist eine Ventilbetätigungsvorrichtung (33, 34) vorge sehen, mit deren Hilfe die Ventileinrichtung (32) betätig bar ist und die einen Kolben (33) umfaßt, dessen eines Ende dem Ansaugdruck für das aus der Klimaanlage in die Ansaugkammer (1 a) zurückfließende Kältemittel ausgesetzt ist, derart daß die Ventileinrichtung (32) in Abhängigkeit von einer Änderung des Kältemitteldrucks betätigbar ist;
es sind Dichtungseinrichtungen (35 a, 36) vorgesehen, um Hochdruck- und Niederdruckbereiche des Kompressors fluid dicht zu trennen, wobei die Dichtungseinrichtungen (35 a, 36) zwischen den Oberflächen der ringförmigen Platte (21) und der Stirnwand (4) vorgesehen sind, die in Kontakt miteinander stehen; und
es sind Ölversorgungseinrichtungen (37 bis 40) vorgesehen, mit deren Hilfe Öl aus dem Ölvorrat, welcher unter dem Auslaßdruck des Kältemittels aus der halbmondförmigen Kammer (R 1, R 2) steht, den Dichtungseinrichtungen (35 a, 36) zuführbar ist.
2. Kompressor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
die Dichtungseinrichtungen einen Dichtring (36) umfassen,
der in einer Ringnut (35 a) angeordnet ist, die in einer
der miteinander in Kontakt stehenden Oberflächen der
Stirnwand (4) und der ringförmigen Platte (21) vorgesehen
ist.
3. Kompressor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,
daß die Dichtungseinrichtungen (35 a, 36) derart ausge
bildet sind, daß sie den an der ringförmigen Platte (21)
befestigten Zapfen (26) umschließen, der zum Verbinden
des Kolbens (25) der Antriebseinrichtungen mit der
ringförmigen Platte (21) dient.
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