DE4035463C2 - Flügelzellenkompressor - Google Patents

Description

Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einem Flügelzellenkompressor, insbesondere für eine Fahrzeug-Klimaanlage, der im Oberbe­ griff des Anspruchs 1 definierten Gattung.

Solche Flügelzellenkompressoren oder Flügelzellenverdichter sind aus der DE 22 23 156 A1 bekannt. Die Flügel sind dabei in Radialschlitzen im Rotor verschieblich geführt und werden entweder durch Federdruck oder durch hydraulisch- pneumatischen Druck und Zentrifugalkräfte mit ihren Flüge­ lenden an die Innenwand des Stators angedrückt.

Aufgrund von zeitlich und örtlich großen Temperaturdifferen­ zen besteht die Gefahr, daß die Flügel in den Radialschlit­ zen ganz oder vorübergehend klemmen und damit nicht ausrei­ chend weit aus ihrer Führungsnut im Rotor austauchen und so von der Innenwand des Stators abheben. Bei vollständigem Klemmen der Flügel nimmt die Leistung des Kompressors dra­ stisch ab. Bei vorübergehendem Klemmen und damit einem zeit­ lich verzögerten Austauchen der Flügel treffen diese mit er­ höhter Geschwindigkeit auf die Innenwand des Stators auf, in welcher dann durch die höhere Belastung mit der Zeit Ratter­ marken entstehen, die zur Zerstörung der Innenwand des Sta­ tors, also der Lauffläche der Flügel, und zum Ausfall des Kompressors führen.

Aus der WO 94/09275 ist es bekannt, die Funktion (Normal­ funktion) einer Vakuumpumpe zu überwachen. Das bekannte Dia­ gnosesystem erfaßt jedoch nur die Fehlfunktion einer Belagbildung. Mittels Drucksensoren werden diverse Drücke erfaßt und mittels eines kapazitiven Sensors in der Wandung des Arbeitsraumes wird die Bildung des Belages festgestellt.

In der US-PS 4 502 853 ist ein Überwachungssystem für die Rotation eines Flügelkompressors beschrieben, das einen in einer Gehäusewand angeordneten, magnetempfindlichen Umdre­ hungsgeschwindigkeitssensor aufweist, der mit einem im Rotor angeordneten Magneten zusammenwirkt.

Vorteile der Erfindung

Der erfindungsgemäße Flügelzellenkompressor mit den kenn­ zeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 hat den Vorteil, daß mittels des erfindungsgemäßen Sensors ein Abheben der Flügel von ihrer Lauf- und Führungsfläche sofort erkannt wird. Mit­ tels einer Auswerteschaltung kann dies angezeigt oder Können sogleich entsprechende Schutzmaßnahmen, wie das Abschalten des Kompressors, automatisch eingeleitet werden.

Durch die in den weiteren Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des im Anspruch 1 angegebenen Flügelzellenkompressors möglich.

Wird gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung der Sensor als Signalgeber ausgebildet, der ein periodisches elektrisches Signal erzeugt, das abhängig ist von der Ent­ fernung der Flügelspitzen vom Stator und von der Umlaufge­ schwindigkeit der Flügel, kann zusätzlich die Drehzahl des Kompressors erfaßt werden. Zeigt die Drehzahl eine Differenz zu der Drehzahl des Antriebsmotors, z. B. wegen Durchrutschen des Antriebsriemens, so kann wiederum durch Abschalten des Antriebsmotors der Kompressor stillgesetzt und damit vor Schaden bewahrt werden.

Der elektrische Signalgeber kann in verschiedener Weise, z. B. als Hall-IC oder als Induktivgeber, ausgebildet werden. Die Flügel sind dabei aus Magnetwerkstoff oder aus magneti­ siertem Material hergestellt. Sie können aber auch aus ma­ gnetischem Werkstoff, z. B. Eisen, bestehen. Im letzten Fall muß das für die Funktion des Signalgebers erforderliche Ma­ gnetfeld vom Stator aus erzeugt werden, was mittels eines im Hall-IC integrierten Magneten oder mit einer gleichstrom­ durchflossenen Induktionsspule problemlos möglich ist.

Zeichnung

Die Erfindung ist anhand eines in der Zeichnung dargestell­ ten Ausführungsbeispiels in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen Querschnitt eines Flügelzellenkompressors

Fig. 2 eine Darstellung des Ausgangssignals eines elek­ trischen Signalgebers im Flügelzellenkompressors gemäß Fig. 1.

Beschreibung des Ausführungsbeispiels

Der in Fig. 1 im Querschnitt zu sehende zweiflutige Flügel­ zellenkompressor für eine Klimaanlage in einem Kraftfahrzeug weist einen Stator 10 und einen im Stator 10 umlaufenden zy­ lindrischen Rotor 11 auf, der beispielsweise von der Brenn­ kraftmaschine des Kraftfahrzeugs angetrieben wird. Zwischen dem Stator 10 und dem Rotor 11 sind zwei Arbeitsräume 12, 13 eingeschlossen, die in Drehrichtung des Rotors 11 hinterein­ ander angeordnet sind. Die Drehrichtung des Rotors 11 ist in Fig. 1 durch den Pfeil 14 gekennzeichnet. Die beiden Ar­ beitsräume 12, 13 sind identisch ausgebildet und weisen eine über den Umfang sich verändernde radiale Breite auf, wobei diese in Rotationsrichtung 14 des Rotors 11 gesehen vom Ar­ beitsraumanfang zur Arbeitsraummitte zunimmt und von der Ar­ beitsmitte zum Arbeitsraumende hin wieder abnimmt. Die ra­ diale Breite der Arbeitsräume 12, 13 wird dabei durch die Innenwand 15 des Stators, auch Hubkurve genannt, festge­ legt, die im Bereich der Arbeitsräume 12, 13 bezüglich der Rotorachse 16 trochoidenartig verläuft. Die beiden Arbeits­ räume 12, 13 sind durch zwei Dichtleisten 17, 18 voneinander getrennt, die im Stator 10 eingelegt sind und im Bereich des kleinsten Spaltes zwischen Stator 10 und Rotor 11 an letzte­ rem anliegen.

Der zylinderförmige Rotor 11 trägt insgesamt fünf Flügel 20, die in parallel zur Rotorachse 16 sich erstreckenden und bis zum Umfang des Rotors 11 reichenden Längsschlitzen 21 glei­ tend einliegen. Dabei sind die nach außen verlaufenden Mit­ telebenen der Längsschlitze 21 um einen konstanten Betrag aus der Rotorachse 16 querverschoben, so daß sie sich nicht in zur Rotorachse 16 schneiden, sondern ihre Schnittpunkte ein zur Rotorachse 16 konzentrisches Fünfeck bilden. Das zum Nutgrund weisende Ende der Flügel 20 begrenzt in jedem Längsschlitz 21 einen Druckraum 22, der mit Kältemittel ge­ füllt ist, das unter einem vorgegebenen Druck steht, der größer als der Ansaugdruck und kleiner als der Kompressions­ druck des Kältemittels ist. Unter Wirkung dieses Drucks lie­ gen die mit ihren Längsachsen parallel zur Rotorachse 16 ausgerichteten und in Radialrichtung verschieblichen Flügel 20 mit ihren aus den Längsschlitzen 21 vorstehenden freien Enden, den sog. Flügelkuppen, an der Innenwand 15 des Sta­ tors 10 an und unterteilen bei der Rotation des Rotors 11 die Arbeitsräume 12, 13 in Ansaugzellen 121 bzw. 131 und Kompressionszellen 122 bzw. 132 mit veränderlichem Volumen.

Jeder Arbeitsraum 12 bzw. 13 besitzt am Arbeitsraumeingang einen Fluideinlaß, der im Querschnitt der Fig. 1 nicht zu sehen ist, und am Arbeitsraumende einen Fluidauslaß, von dem nur der Fluidauslaß 23 des Arbeitsraum 12 zu sehen ist. Je­ der Fluidauslaß 23 ist mit einem Druckventil 24 versehen, die hier als Zungenventile ausgebildet sind. Sie stellen ei­ ne Verbindung zu einem Druckkanal 25 her, der zu einem hier nicht zu sehenden Druckanschlußstutzen führt. Über diesen Druckanschlußstutzen wird das komprimierte Kaltmittel abge­ führt.

Zum Schutz des Kompressors gegen sog. Flügelrattern und Flü­ gelklemmen und damit verbundener Schädigung ist im Stator 10 ein elektrischer Signalgeber 26 angeordnet, der den Abstand der Flügelkuppen der Flügel 20 vom Stator 10 mißt. Die Ein­ bringungsstelle des Signalgebers 26 liegt im Drehwinkelbe­ reich mit maximalem Ausschiebehub der Flügel 20 innerhalb der Arbeitskammer 12, hier kurz vor der größten Exzentrität der Innenwand 15 des Stators 10. Der Signalgeber 26 gene­ riert ein elektrisches Signal, dessen Periodendauer von der Umlaufgeschwindigkeit des Rotors 11 und dessen Amplitude von dem Abstand zwischen den Flügelkuppen der Flügel 20 und der Innenwand 15 des Stators 10 abhängt.

In Fig. 2 ist ein solches Signal beispielhaft dargestellt. Entsprechend den fünf vorhandenen Flügeln 20 treten in einer Periodendauer T_K des Signals fünf Spannungsspitzen auf. Die­ se Spannungsspitzen erreichen ein Maximum, wenn der jeweili­ ge Flügel 20 an der Innenwand 15 des Stators 10 anliegt. Bildet sich zwischen Flügelspitze und Innenwand 15 hingegen ein Spalt, so sinkt die Amplitude der Spannungsspitzen mit der Breite des Spalts ab. Im Beispiel der Fig. 2 liegt ein Flügel 20 nicht an der Innenwand 15 des Stators 10 an. Die Amplitude der diesem Flügel 20 zugeordneten Spannungsspitze ist um mehr als die Hälfte reduziert. Die Periodendauer des Signals ist durch eine vollständige Umdrehung des Rotors 11 bestimmt. Entsprechend den fünf vorhandenen Flügeln 20 ist die Periode festgelegt durch die fünf Spannungsspitzen. Aus der Periodendauer bzw. aus der Frequenz des Ausgangssignals läßt sich die Drehzahl des Rotors ermitteln. Vergleicht man diese mit der ebenfalls gemessenen Drehzahl des Antriebsmo­ tors, so kann ein ggf. vorhandener Schlupf zwischen Kompres­ sor und Antriebsmotor festgestellt und der Antriebsmotor zur Vermeidung von Schäden vorsorglich abgeschaltet werden. Dies ist auch dann der Fall, wenn einer der Flügel 20 in seinem Längs- oder Führungsschlitz 21 klemmt und deshalb das ent­ sprechende Signal nicht mehr seine normale Größe erreicht (Fig. 2).

Als elektrischer Signalgeber 26 können verschiedene bekannte Signalgeber verwendet werden, die auf Induktionsbasis oder auf Basis des Halleffekts arbeiten. Das erforderliche Ma­ gnetfeld kann entweder an jedem Flügel 20 erzeugt werden oder muß im Stator 10 am Ort des Signalgebers 26 generiert werden, das dann durch das Hindurchlaufen der Flügel 20 eine Änderung erfährt. Hierzu können zum einen die Flügel 20 aus magnetisiertem Werkstoff bestehen, so daß sie ein Magnetfeld erzeugen, das sich über den Stator 10 schließt. Der Signal­ geber 26 wird dann von einem Induktivgeber oder einem Hall- IC gebildet. Die Flügel können aber auch aus magnetisierba­ rem Werkstoff 20, z. B. Eisen, bestehen, wobei hier der Si­ gnalgeber 26 wiederum als Induktivgeber oder als Hall-IC mit integriertem Magnet ausgebildet ist. Solche Signalgeber sind bekannt, so daß sie hier nicht näher beschrieben werden müs­ sen. Ein Beispiel für einen Induktivgeber findet sich in der US-PS 4 502 853. Dieser Induktivgeber ist ebenfalls in einem Kompressor für eine Fahrzeug-Klimaanlage verwendet, dient aber zur Ermittlung der Kompressordrehzahl.

Die Erfindung ist nicht auf einen zweiflutigen Flügelkom­ pressor mit fünf Flügeln beschränkt. In gleicher Weise kann der Signalgeber auch bei einem ein- oder mehrflutigen Flü­ gelkompressor mit einer gerad- oder ungeradzahligen Anzahl von Flügeln eingesetzt werden. In allen Fällen genügt ein einziger Signalgeber, der im Bereich der größten Exzentrität eines Arbeitsraums angeordnet ist.

Claims (4)

1. Flügelzellenkompressor, insbesondere für eine Fahrzeug- Klimaanlage, mit einem Stator und einem Rotor, die zwischen sich mindestens einen Arbeitsraum einschließen, dessen radiale Breite in Drehrichtung vom Raumanfang zur Raummitte hin zunimmt und von Raummitte zum Raumende hin abnimmt, mit mehreren sich im Rotor parallel zur Rotorachse erstreckenden, aus dem Rotor radial ausschiebbar gehaltenen Flügeln, die mit ihrem freien Flügelende unter Druck an der Innenwand des Stators anliegen und den mindestens einen Arbeitsraum in Ansaug- und Kompressionszellen unterteilen, dadurch gekennzeich­ net, daß im Drehwinkelbereich zwischen maximalem und mini­ malem Hub der Flügel (20) innerhalb des Arbeitsraums (12) ein den Abstand des freien Flügelendes von der Innenwand (15) des Stators (10) erfassender Sensor (26) angeordnet ist.

2. Kompressor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor (26) ein elektrisches Signal generiert, dessen Periodendauer von der Umlaufgeschwindigkeit des Rotors (11) und dessen Amplitude von dem Abstand zwischen Flügelende und Innenwand (15) des Stators (10) abhängig ist.

3. Kompressor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Flügel (20) magnetisiert sind und der Signalgeber (26) als Hall-IC-Aufnehmer oder Induktivgeber ausgebildet ist.

4. Kompressor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Flügel (20) aus magnetisierbarem Material bestehen und der Sensor (26) als Induktivgeber oder als Hall-IC- Aufnehmer mit integriertem Magneten ausgebildet ist.