DE4307745C2 - Kompressor mit veränderlicher Förderleistung - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Kompressor mit veränder­ licher Förderleistung und insbesondere auf einen Kompressor dieser Art, der zur Verwendung in einer in ein Fahrzeug eingebauten Klimaanlage geeignet ist.

Ein herkömmlicher Kompressor mit veränderlicher Förderlei­ stung, der im folgenden als "Verstellkompressor" bezeichnet wird, ist in der JP-Patent-OS Nr. 63 (1988)-1 34 895 offenbart. Bei diesem herkömmlichen Verstellkompressor ist, damit eine Förder- oder Ausstoßleistung in Übereinstimmung mit dem ge­ forderten Kühlvermögen verändert werden kann, ein Umgehungs­ ventil in einem Umgehungskanal, welcher so ausgebildet ist, daß er eine Fluidverbindung zwischen einer Kompressionskam­ mer und einer Ansaugkammer herstellt, angeordnet, um diesen Kanal zu öffnen und zu schließen. Am einen Ende des Umge­ hungsventils ist eine Regelkammer vorhanden, in die ein Druck eingeführt wird. Das andere Ende des Umgehungsventils wird durch eine Feder ständig zur Regelkammer hin belastet oder gedrückt. Auf diese Weise wird ein Differenzdruck über das Umgehungsventil hinweg für dessen Öffnen und Schließen einstellbar festgesetzt.

Die oben geschilderte Konstruktion eines Verstellkompressors bewirkt eine komplizierte Konstruktion der Vorrichtung an sich, was zu großen Abmessungen führt.

Es ist deshalb die Aufgabe dieser Erfindung, einen Verstellkompressor zu schaffen, der eine hohe Ansprechempfindlichkeit bei einfachem Aufbau aufweist.

Ein Ziel dieser Erfindung ist es hierbei auch, einen Verstellkom­ pressor anzugeben, der auch dann betrieben werden kann, wenn eine Maschine mit einer hohen Drehzahl läuft.

Um die Aufgabe zu lösen und die genannten Ziele zu errei­ chen, wird ein Kompressor mit veränderlicher Förderleistung geschaffen, der die Merkmale des Patentanspruchs 1 umfaßt. Vorteilhafte Weiterbildungen des Erfindungsgegenstandes sind Gegenstand der Unteransprüche.

Die Erfindung, mit ihren Merk­ malen und Vorteilen wird aus der folgenden, auf die Zeich­ nungen Bezug nehmenden Beschreibung einer bevorzugten, bei­ spielhaften Ausführungsform des Erfindungsgegenstandes deut­ lich. Es zeigt

Fig. 1 einen Axialschnitt eines erfindungsgemäßen Verstell­ kompressors;

Fig. 2 eine Ansicht zum inneren Aufbau eines erfindungsge­ mäßen Verstellkompressors;

Fig. 3 eine Darstellung zur Erläuterung der Anordnung einer Einrichtung zum Öffnen und Schließen eines Umgehungs­ kanals;

Fig. 4 einen Querschnitt der Einrichtung zum Öffnen und Schließen eines Umgehungskanals.

Gemäß den Fig. 1-4 besitzt ein Verstellkompressor 10 ein Gehäuse 11, das aus einem vorderen Gehäuseteil 12, einem mittigen Gehäuseteil 13 und einem hinteren Gehäuseteil 14 zusammengesetzt ist. Zwischen dem vorderen und mittigen Ge­ häuseteil 12 bzw. 13 ist eine Platte 15 angeordnet, wie auch zwischen dem hinteren und dem mittigen Gehäuseteil 14 bzw. 13 eine weitere solche Platte 15 angeordnet ist.

In dem Gehäuse 11 sind auf seiten des vorderen und hinteren Gehäuseteils 12 bzw. 14 jeweils Zylinderkammern 12a und 14a ausgebildet. In den Zylinderkammern 12a und 14a ist jeweils ein Rotor 16 bzw. 17 untergebracht, der auf einer Welle 18 exzentrisch zum Umlauf montiert ist. Zwischen den Rotoren 16 und 17 ist ein Phasenunterschied von 180° vorhanden.

Das mittige Gehäuseteil 13 ist mit einem Trennelement 20 in Gestalt einer flachen Platte versehen. Dieses Trennelement 20 erstreckt sich so in die Zylinderkammer 12a, daß ein Teil zwischen einer Innenfläche dieser Kammer 12a und einer Außenfläche des Rotors 16 in eine Ansaugkammer 21 und eine Kompressionskammer 22 geteilt wird. Die Ansaugkammer 21 ist dazu vorgesehen, ein Fluid durch eine Ansaugöffnung 33 an­ zusaugen. Die Kompressionskammer 22 dient dazu, das Fluid auf einen Druck zu bringen, und das komprimierte Fluid wird in einen Ausstoßraum 35 über eine Ausstoßöffnung 34 ausge­ fördert. Es ist zu bemerken, daß das Trennelement 20 dazu dient, eine Drehung des Rotors 16 zu verhindern. Darüber hinaus ist die Ansaugkammer 21 mit einem Innenteil 16a des Rotors 16 über eine auf der Seite der Ansaugkammer 21 ausgebildete Abstufung 16c des Rotors 16 in Fluidverbindung.

Ein erster Umgehungskanal 26a, der die Gestalt eines bogenförmi­ gen Schlitzes hat, ist in der Platte 15 sowie dem mittigen Gehäuseteil 13 längs der Umfangsrichtung des Rotors 16 an­ geordnet. Der erste Umgehungskanal 26a verläuft rechtwinklig zu einer Expansionsrichtung eines ersten Faltenbalgs 28a oder einer Bewegungsrichtung eines Ventilschiebers 29a.

Ein zweiter Umgehungskanal 26b in Gestalt eines flachen Dreiecks ist in der Platte 15 sowie dem mittigen Gehäuseteil 13 längs der Umfangsrichtung des Rotors 16 ausgestaltet. Die Querschnittsfläche des Umgehungskanals 26b wird zu seinem Endabschnitt hin geringer. Der zweite Umgehungskanal 26b ist so an­ geordnet und ausgelegt, daß eine Fluidverbindung mit dem Innenteil 16a des Rotors 16, welches zu einem Ein­ tritt des Ausstoßdrucks in die Ansaugkammer 21 durch das Innenteil 16a hindurch führt, verhindert ist.

Gemäß der Fig. 4 ist der Faltenbalg 28a in einer Regelkam­ mer 13b aufgenommen, die im mittigen Gehäuseteil 13 ausge­ bildet ist. Entgegengesetzte Enden oder Stirnseiten des Fal­ tenbalgs 28a sind fluiddicht abgeschlossen, wobei innerhalb des Faltenbalgs 28a ein Vakuumzustand herrscht. Im Falten­ balg 28a ist eine Schraubenfeder 27a gehalten. Die Regel­ kammer 13b ist im mittigen Teil der Kammer 12a mit der An­ saugkammer 21 durch jedes Innenteil 16a und eine Abstufung 16c in Fluidverbindung. Ein fluiddichter Abschluß an einer Öffnung der Regelkammer 13b wird durch einen Stopfen 30 bewerkstelligt. Die Federkonstante der Schraubenfeder 27a wird im Hinblick auf eine axiale Verformung des Faltenbalgs 28a, in Abhängigkeit eines gewissen Ansaugdruckwertes in der Regelkammer 13b, bestimmt. Somit hängt die Federkonstante des Faltenbalgs 28a an sich von der Steifigkeit des Falten­ balgs 28a selbst, der Anzahl der Falten dieses Faltenbalgs, der gesamten Gestaltung des Faltenbalgs 28a und der Schrau­ benfeder 27a ab. An der unteren Seite des Faltenbalgs 28a ist ein erster Führungsstift 36 fest angebracht, der in der Achsrichtung des Faltenbalgs sich auswärts erstreckt und mit einem zweiten Führungsstift 37 verbunden ist, der rechtwinklig zum ersten Führungsstift 36 verläuft. Der zwei­ te Führungsstift 37 ist mit dem Ventilschieber 29a verbun­ den, der mittels einer (nicht dargestellten) Führungsein­ richtung an den Platten 15 gleitet. In Übereinstimmung mit der Expansion oder Kontraktion des Faltenbalgs 28a wird folg­ lich der Ventilschieber 29a in vertikaler Richtung bewegt, so daß der Umgehungskanal 26a geschlossen oder geöffnet wird.

Eine Innenfläche des Ventilschiebers 29a ist an dessen obe­ rem Teil mit einem sich verjüngenden Abschnitt 39 versehen, der dazu bestimmt ist, mit einem Paar von Anschlägen 38 in Anlage gebracht zu werden. Der sich verjüngende Abschnitt 39 ist so gestaltet, daß eine allmähliche Abnahme eines Abstan­ des zwischen dem sich verjüngenden Abschnitt 39 und den An­ schlägen 38 während der Schließbewegung des Ventilschiebers 29a bewerkstelligt wird. Wenn der Ventilschieber 29a den Umgehungskanal 26a schließt, wird somit eine fluiddichte Trennung zwischen der Ansaugkammer 21 und der Kompressions­ kammer 22 erzielt. Der Winkel, den der sich verjüngende Ab­ schnitt 39 mit der Bewegungsrichtung des Ventilschiebers 29a bildet, wird auf der Basis bestimmt, daß eine abwärts gerichtete Komponente der Kraft, die vom Anschlag 38 auf den Ventilschieber 29a ausgeübt wird, nicht ausreicht, eine Kraft für eine Expansion oder Kontraktion des Faltenbalgs 28a zu über­ treffen. Die durch den sich verjüngenden Abschnitt 39 gebildete Keilfläche wird somit durch den Anschlag 38 gegen die Platte 15 gedrückt, um ein ausreichendes Abdichtvermögen des Ventilschiebers 29a mit Bezug zum Umgehungskanal 26a zu gewährleisten.

Ein zweiter Faltenbalg 28b ist identisch zum ersten Faltenbalg 28a ausge­ legt und gestaltet mit der Ausnahme, daß die Federkonstante des zweiten größer als diejenige des ersten ist, und insofern soll eine weitergehende einzelne Be­ schreibung des Faltenbalgs 28b unterbleiben.

Wenn im Betrieb von einem (nicht dargestellten) Fahrzeugmo­ tor dem Rotor 16 eine Drehkraft vermittelt wird, wird der Rotor zu seinem Umlauf gebracht, wobei er durch das Trenn­ element 20 an einem Drehen gehindert ist. Als Ergebnis des Umlaufs wird die Kompressionskammer 22 wiederholt in ihrem Umlauf vergrößert und verkleinert. Während des Ansaugvor­ gangs, der stattfindet, wenn die Kompressionskammer 22 in ihrem Volumen vergrößert wird, wird ein Arbeitsmedium bei niedrigen Temperaturen und geringem Druck in die Kompressionskammer 22 eingesaugt.

Das angesaugte Gas wird anschließend verdichtet und wenn der Druck des Kompressionsgases einen gewissen Wert übersteigt, wird das Gas zum Austreten durch die Ausstoßöffnung 34 in die Ausstoßkammer 35 gebracht.

Es ist zu bemerken, daß das Fördervermögen des Verstellkompressors 10 sich automatisch an den Zustand des Kühlkreislaufs der Fahrzeug-Klimaanlage anpaßt. Wenn das Fördervermögen im Übermaß vorhanden ist, ist die Kühlleistung am Verdampfer der Klimaanlage übermäßig, was zu einer Druckverminderung des in den Verstellkompres­ sor 10 eingesaugten Gases führt. Das bedeutet, daß un­ ter dem im Übermaß vorhandenen Fördervermögen des Verstell­ kompressors 10 der Druck in der Ansaugkammer 21 ebenfalls vermindert wird. Der Druck in der Ansaugkammer 21 wird in die Regelkammer 13b durch die Abstufung 16c und das Innenteil 16a eingeführt, und wenn der Druck in der Regelkammer 13b einen gewissen Wert erreicht, wird der Faltenbalg 28a zur Expansion gebracht. Durch diese re­ sultierende Expansion des Faltenbalgs 28a wird der Ventilschieber 29a zu einem Öffnen des Umgehungskanals 26a veran­ laßt, so daß das Gas in der Kompressionskammer 22 zu einem Abfluß über das Innenteil 16a sowie die Abstufung 16c in die Ansaug­ kammer 21 freigegeben wird.

Steigt der Ansaugdruck wieder, folgt daraus, daß sich der Faltenbalg 28b zusammenzieht, und damit der Umgehungskanal 26b geschlossen wird.

Analoges gilt für die Betätigung des zweiten Ventilschiebers. Wenn die zweite (nicht dargestellte) Regelkammer mit dem Druck von der Ansaugkammer 21 über den Absatz 16c und das Innenteil 16a gespeist wird, wird der Faltenbalg 28b zum Expandieren gebracht, was dazu führt, daß der mit dem Faltenbalg 28b verbundene Ventilschiebers 29b beginnt, den Umgehungska­ nal 26b zu öffnen. Dann wird das Gas in der Kompressionskam­ mer 22 über die Regelkammer, das Innenteil 16a und den Ab­ satz 16c in die Ansaugkammer 21 freigegeben, bis der Umge­ hungskanal 26b wieder gänzlich durch den Rotor 16 geschlossen wird.

Darüber hinaus bildet bei dem Erfindungsgegenstand der Ro­ tor 16, wenn er die Umgehungskanäle 26a und 26b schließt, einen Winkel von 90° mit Bezug zur Längsrichtung eines je­ den der Umgehungskanäle 26a und 26b, was eine Einstellung eines Arbeitsvolumens in der Kammer 12a auf einfache Weise ermög­ licht.

Die oben im einzelnen beschriebene Erfindung bietet die fol­ genden praktischen Vorteile.

Der Umgehungskanal wird zu einem Schlitz ausgebildet, der sich zur Bewegungsrichtung des genannten Ventilschiebers rechtwinklig erstreckt, was zu einer Verminderung in der Bewegungsstrecke der genannten Einrichtung führt, wenn sie den Umgehungskanal öffnet oder schließt. Da der Umgehungskanal die Gestalt eines Schlitzes hat, kann auch eine Querschnittsfläche des Umge­ hungskanals vergrößert werden, ohne das Volumen des Kompres­ sors selbst zu vergrößern, und dessen Regelbarkeit kann auch dann aufrechterhalten werden, wenn der antreiben­ de Motor mit hohen Drehzahlen läuft. Je kürzer die Bewe­ gungsstrecke der den Umgehungskanal öffnenden und schließen­ den Einrichtung ist, desto mehr wird eine hohe Ansprech­ empfindlichkeit der Vorrichtung gewährleistet. Da ferner der sich verjüngende Abschnitt des Ventilschiebers, dazu ausgebildet ist, mit dem Anschlag in Anlage zu kommen, in der Richtung seines Abschließens einem Druck unterliegt, kann als Ergebnis ein hohes Abdichtvermögen erzielt werden, das die Leckage des auszustoßenden Gases zur Ansaugkammer hin verhindert. Ferner befindet sich die Schraubenfeder innerhalb des evakuierten Faltenbalgs, was die Bewegung des Faltenbalgs frei von Einflüssen einer Umge­ bungstemperatur ermöglicht.

Claims (7)

1. Kompressor mit veränderlicher Förderleistung mit einem einen Raum (12a) bildenden Gehäuse (11),
einen exzentrisch in dem Raum (12a) angeordneten und eine Ansaugkammer (21) und eine Kompressionskammer (22) bestimmenden Rotor (16),
wobei in dem Gehäuse (11) ein Umgehungskanal (26a) ausgebildet ist, mit dem eine Fluidverbindung zwischen der Kompressionskammer (22) und der Ansaugkammer (21) herstellbar ist, die mit einem Ventilschieber (29a, 29b) in Abhängigkeit von einem Druck in der Ansaugkammer (21) öffenbar und schließbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß eine Mündung des Umgehungskanals (26a) die Gestalt eines Schlitzes hat, dessen Längsachse etwa quer zur Öffnungs- bzw. Schließbewegungsrichtung des Ventilschiebers (29a, 29b) verläuft.

2. Kompressor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Verstellung des Ventilschiebers (28a) ein Faltenbalg (28a), dessen einander entgegengesetzten Stirnseiten geschlossen sind, und ein innerhalb des Faltenbalgs aufgenommenes druckerzeugendes Element (27a), das eine Kraft in einer auswärtigen Richtung ausübt, um gegen den Druck in der Ansaugkammer (21) einen Ausgleich zu erzielen, vorgesehen ist.

3. Kompressor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein innerer Raum des Faltenbalgs (28a) in einem Vakuumzustand ist.

4. Kompressor nach einen der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilschieber (29a) mit einem sich verjüngendem Abschnitt (39) versehen ist, der während der Schließbewegung allmählich an Anschlägen (38) zur Abdichtung des Umgehungskanals (26a) zur Anlage kommt.

5. Kompressor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilschieber in einem mittigen Gehäuseteil (13) eines zweistufigen Kompressors vorgesehen ist, in dessen vorderen und hinteren Gehäuseteilen (12; 14) jeweils Zylinderkammern (12a; 14a) ausgebildet sind.

6. Kompressor gemäß dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilschieber (29a) als Doppelventilschieber für beide Verdichterstufen ausgebildet ist.

7. Kompressor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Ansaugkammer (21) bei geöffnetem Umgehungskanal (26a) über den Rotor (16) mit der Kompressionskammer (22) in Verbindung steht.