DE4311432C2 - Taumelscheibenkompressor mit variabler Förderleistung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Taumelscheibenkompressor mit variabler Förderleistung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Insbesondere befaßt sich die Erfindung mit einer verbes­ serten Konstruktion eines sphärischen Gelenkmechanismus zum schwenkbaren Haltern einer Taumelscheibe im Inneren eines Taumelscheibenkompressors mit variabler Förderleistung.

Ein gattungsgemäßer Taumelscheibenkompressor ist aus der US-PS 5,051,067 bekannt. Gemäß der zitierten Druckschrift sind bei einem Taumelscheibenkompressor mit variabler Förder­ leistung eine Gelenkkugel und ein zylindrisches Element vor­ gesehen, welches der Taumelscheibenbasis gemäß der vorliegen­ den Anmeldung entspricht. Dabei kann das zylindrische Element Kippbewegungen bzw. Taumelbewegungen ausführen, wobei es durch die sphärische Oberfläche der Gelenkkugel geführt wird. Aus der zitierten US-PS 5,051,067 kann jedoch nicht entnommen werden, wie die Gelenkkugel und das zylindrische Element auf einfache Weise zusammengebaut werden könnten.

Aus der DE-AS 14 53 573 ist ferner eine hydraulische Nei­ gungsverstelleinrichtung für die Taumelscheibe einer Druck­ flüssigkeit-Axialkolbenmaschine bekannt. Bei der bekannten Maschine bzw. dem bekannten Kompressor wird in einem hohlzy­ lindrischen Element eine spezielle Anordnung von Führungen vorgesehen. Die Druckschrift vermittelt jedoch keine Anre­ gung, Führungsrinnen bei einer Taumelscheibenanordnung in de­ finierter Weise gegenüber dem oberen bzw. unteren Totpunkt der Taumelscheibe versetzt anzuordnen.

Schließlich beschreibt die DE-OS 27 04 729, welche der JP-OS 52-96407 entspricht einen Taumelscheibenkompressor mit variabler Förderleistung, welcher mit einem Gelenkkugelele­ ment, d. h. mit einem kugelförmigen Gelenkelement versehen ist, welches einander diametral gegenüberliegende sphärische äußere Bereiche aufweist, auf denen eine Taumelscheibenanord­ nung schwenkbar gehaltert ist. Der bekannte Kompressor ist mit einem Kompressorgehäuse versehen, in dem eine axial ver­ laufende Antriebswelle drehbar gelagert ist, die durch einen äußeren Antrieb, beispielsweise die Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs, antreibbar ist. Auf der Antriebswelle ist drehfest ein Stützelement montiert, welches einen bezüglich der Antriebswelle radial abstehenden Vorsprung bzw. Arm auf­ weist. Das drehfest auf der Antriebswelle montierte Stützele­ ment ist über einen weiteren Gelenkmechanismus mit einer Tau­ melscheibenbasis verbunden, an der eine nicht-drehbare Tau­ melscheibe mittels Druck- und Radiallagern gelagert ist.

In Fig. 6 der Zeichnung sind das Gelenkkugelelement 81 und die Taumelscheibenbasis 91 des bekannten Kompressors zum Zwecke einer näheren Erläuterung des Standes der Technik ge­ zeigt. Das Gelenkkugelelement 81 ist axial gleitverschieblich auf der Antriebswelle (in Fig. 6 nicht gezeigt) montiert und steht in Eingriff mit der Taumelscheibenbasis 91 derart, daß die Basis 91 um das Gelenkkugelelement 81 schwenken kann, um dadurch seinen Neigungswinkel gegenüber einer zur Achse der Antriebswelle senkrechten Ebene zu ändern. Im einzelnen be­ sitzt das Gelenkkugelelement 81 zwei sphärische äußere Ober­ flächenbereiche 83, die in Kontakt mit einem inneren sphäri­ schen Oberflächenbereich 93 der Taumelscheibenbasis 81 ste­ hen. Die nicht drehbare Taumelscheibe (in Fig. 6 nicht ge­ zeigt), die an der Basis 91 montiert ist, ist über Verbin­ dungsstangen mit mehreren hin- und herbeweglichen Kolben des Kompressors verbunden, und die einzelnen Kolben werden gleit­ verschieblich von entsprechenden Zylinderbohrungen aufgenom­ men, die in einem Zylinderblock ausgebildet sind, wobei die Zylinderbohrungen in gleichen Winkelabständen rings um die Achse der Antriebswelle und parallel zu dieser angeordnet sind. Die nicht drehbare Taumelscheibe pendelt während der Drehung der Antriebswelle und der Taumelscheibenbasis 91 der­ art, daß die betreffenden Kolben in den Zylinderbohrungen durch sie zu einer Hin- und Herbewegung angetrieben werden.

Der bekannte Kompressor gemäß der zitierten japanischen Of­ fenlegungsschrift besitzt ferner eine Taumelscheibenkammer, die in dem Kompressorgehäuse ausgebildet ist und die in Fluidverbindung mit einer Ansaugkammer zur Aufnahme des gas­ förmigen Kältemittels vor dessen Kompression steht, und zwar über einen bohrungsförmigen Kanal, der in dem Zylinderblock ausgebildet ist. Die Fluidverbindung zwischen der Taumel­ scheibenkammer und der Ansaugkammer wird dabei durch ein Ven­ tilelement in dem Kanal gesteuert.

Wenn die Antriebswelle des bekannten Kompressors zusammen mit der Taumelscheibenbasis zu einer Drehbewegung angetrieben wird, die unter einem Neigungswinkel bezüglich einer zur Achse der Antriebswelle senkrechten Ebene angeordnet ist, dann führt die Drehung der Taumelscheibenbasis 91 zu einer Pendel- bzw. Taumelbewegung der Taumelscheibe. Diese Taumel­ bewegung der Taumelscheibe bewirkt eine Hin- und Herbewegung der Kolben in den Zylinderbohrungen, so daß diese gasförmiges Kältemittel aus der Ansaugkammer in die Zylinderbohrungen an­ saugen, das gasförmige Kältemittel komprimieren und das kom­ primierte gasförmige Kältemittel aus den Zylinderbohrungen in die Auslaßkammer ausstoßen.

Bei dem bekannten Taumelscheibenkompressor mit variabler För­ derleistung stehen die Taumelscheibenbasis 91 und die Gelenk­ kugel 81 in Gleitkontakt miteinander, und zwar über die sphärischen äußeren Oberflächenbereiche 83 der Gelenkkugel 81 einerseits und den sphärischen Oberflächenbereich 93 anderer­ seits, der im Inneren eines Flanschbereiches 92 der Taumel­ scheibenbasis vorgesehen ist. Der sphärische innere Ober­ flächenbereich 93 der Taumelscheibenbasis 91 ist als ringför­ mige Vertiefung an der Innenwand des Flanschbereichs 92 aus­ gebildet.

Die Gelenkkugel 81 ist, wie oben erwähnt, mit zwei einander diametral gegenüberliegenden sphärischen äußeren Oberflächen­ bereichen 83 und mit einer Mittelbohrung 82 versehen, die es gestattet, die Gelenkkugel gleitverschieblich auf der An­ triebswelle zu montieren. Außerdem sind zwischen den beiden sphärischen äußeren Oberflächenbereichen 83 zwei einander diametral gegenüberliegende zylindrische äußere Ober­ flächenbereiche 84 vorgesehen. Die beiden einander diametral gegenüberliegenden zylindrischen äußeren Oberflächenbereiche 84 des Gelenkkugelelements 81 dienen dem Einbau des Gelenkku­ gelelements 81 in den eine sphärische innere Oberfläche auf­ weisenden Bereich 93 der Taumelscheibenbasis 91. Beim Zusam­ menbau wird das Gelenkkugelelement 81 zunächst in eine hori­ zontale Position gebracht, wie dies in Fig. 6 durch ge­ strichelte Linien angedeutet ist, und dann derart in das In­ nere des Flanschteils 92 der Taumelscheibenbasis 91 einge­ setzt, das der Mittelpunkt der Bohrung 82 etwa mit der Mit­ telebene des sphärischen inneren Oberflächenbereichs 93 fluchtet. Anschließend wird das Gelenkkugelelement 81 in eine aufrechte Position geschwenkt, in der die beiden sphärischen äußeren Oberflächenbereiche 83 des Gelenkkugelelements 81 an dem sphärischen inneren Oberflächenbereich 93 der Taumel­ scheibenbasis 91 anliegen. Danach wird die Anordnung aus Tau­ melscheibenbasis 91 und Gelenkkugelelement 81 auf der An­ triebswelle montiert, indem die Welle durch die Mittelbohrung 82 des Gelenkkugelelements 81 geschoben wird.

Bei dem bekannten Kompressor muß das Gelenkkugelelement 81 mit zwei Typen von äußeren Oberflächenbereichen versehen wer­ den, nämlich mit den sphärischen äußeren Oberflächenbereichen 83 und den zylindrischen äußeren Oberflächenbereichen 84. Die Herstellung des Gelenkkugelelements bzw. der Gelenkkugel 81 ist daher sehr schwierig und mühsam, so das hohe Herstel­ lungskosten für das Gelenkkugelelement selbst und damit letztlich für den gesamten Kompressor nicht vermieden werden können.

Ausgehend vom Stand der Technik liegt der Erfindung die Auf­ gabe zugrunde, eine verbesserte Konstruktion für die Anord­ nung von Gelenkkugelelement und Taumelscheibenbasis für einen Kältemittelkompressor mit variabler Förderleistung an­ zugeben und dadurch die Herstellungskosten für einen derarti­ gen Kompressor zu senken.

Diese Aufgabe wird bei einem Taumelscheibenkompressor mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Patentanspruchs 1 durch die Merkmale des kennzeichnenden Teils des Patentanspruchs 1 ge­ löst.

Es ist ein besonderer Vorteil des Taumelscheiben- Kältemittelkompressors gemäß der Erfindung, daß das Gelenkku­ gelelement bzw. die Gelenkkugel wesentlich einfacher aufgebaut ist als gemäß dem Stande der Technik, so daß das Gelenkkug­ elelement selbst und damit der Kompressor insgesamt kosten­ günstiger hergestellt werden können.

Speziell erfolgt bei dem erfindungsgemäßen Kompressor der Einbau der Gelenkkugel in die Taumelscheibenanordnung bzw. deren hohlzylindrisches Element in der Weise, daß die ebenen Stirnflächen der Gelenkkugel mit Hilfe der Führungsrinnen in das Innere des hohlzylindrischen Elements eingeführt werden. Wenn dann die einzige durchgehende sphärische Außenfläche der Gelenkkugel dem sphärischen Wandbereich der Innenwand der Mittelbohrung des hohlzylindrischen Elements gegenüberliegt, dann wird die Gelenkkugel so geschwenkt, daß ihre sphärische Außenfläche in Eingriff mit dem sphärischen Wandbereich des hohlzylindrischen Elements der Taumelscheibenanordnung ge­ bracht wird.

Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung des Gelenkkugelele­ ments bzw. durch die Art der Montage desselben ergibt sich die vorteilhafte Möglichkeit, die Gelenkkugel auf einfache Weise, beispielsweise durch Drehen der sphärischen Außenfläche, herzustellen, so daß die Gelenkkugel insgesamt kostengünstig hergestellt werden kann. Andererseits lassen sich auch die Führungsrinnen in der Taumelscheibenanordnung bzw. der hohlzylindrischen Taumelscheibenbasis problemlos und kostengünstig herstellen

Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung werden nach­ stehend in Verbindung mit Zeichnungen anhand eines bevorzug­ ten Ausführungsbeispiels noch näher erläutert und/oder sind Gegenstand abhängiger Ansprüche. Es zeigen:

Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine bevorzugte Aus­ führungsform eines Taumelscheiben- Kältemittelkompressors mit variabler Förder­ leistung gemäß der Erfindung;

Fig. 2A eine Stirnansicht eines wichtigen Teils einer Taumelscheibenbasis für einen Kompressor ge­ mäß Fig. 1;

Fig. 2B eine der Darstellung gemäß Fig. 2A ähnliche Stirnansicht, in der die Taumelscheibenbasis bei eingebautem Gelenkkugelelement darge­ stellt ist;

Fig. 3 einen Teil-Querschnitt der Taumelscheiben­ basis längs der Linie III-III in Fig. 2A;

Fig. 4 eine perspektivische Darstellung eines Ge­ lenkkugelelements gemäß der Erfindung;

Fig. 5 einen Querschnitt durch das Gelenkkugelele­ ment gemäß Fig. 4 längs der Linie V-V in die­ ser Figur; und

Fig. 6 eine Explosionsdarstellung der wesentlichen Teile einer Taumelscheibenanordnung mit Ge­ lenkkugelelement gemäß dem Stande der Technik.

Im einzelnen zeigt Fig. 1 der Zeichnung einen Taumelschei­ ben-Kältemittelkompressor mit variabler Förderleistung für eine Kraftfahrzeugklimaanlage. Der Kompressor besitzt einen Zylinderblock 1 mit mehreren darin ausgebildeten axialen Zylinderbohrungen 1a.

Der Zylinderblock 1 ist mit einer darin ausgebildeten zylin­ drischen Taumelscheibenkammer 2a versehen; sein vorderes Ende ist dichtend durch ein vorderes Gehäuse 2 geschlossen, und sein hinteres Ende ist dichtend durch ein hinteres Gehäuse 3 geschlossen, wobei zwischen dem hinteren Gehäuse 3 und dem Zylinderblock 1 eine Ventilplatte 12 vorgesehen ist. Das hin­ tere Gehäuse 3 ist mit einer Ansaugkammer 3a versehen, der das zu komprimierende, gasförmige Kältemittel zuführbar ist, und mit einer Auslaßkammer 3b zum Aufnehmen des komprimier­ ten, gasförmigen Kältemittels. Die Ansaugkammer 3a und die Auslaßkammer 3b sind durch das Öffnen von Ansaug- bzw. Aus­ laßventilen mit den einzelnen Zylinderbohrungen 1a verbindbar.

Der Zylinderblock 1 ist außerdem mit einer axialen Mittelboh­ rung versehen, in der ein Ende einer Antriebswelle 4 mittels Radial- und Drucklagern gelagert ist. Die Antriebswelle 4 er­ streckt sich durch die Taumelscheibenkammer 2a und ist an ihrem anderen Ende in einer Mittelbohrung des vorderen Gehäu­ ses 2 mittels eines Radiallagers gelagert.

Auf der Antriebswelle 4 ist drehfest ein Stützelement 5 mon­ tiert, welches axial durch ein Drucklager an der Innenfläche des vorderen Gehäuses 2 abgestützt wird. Das zu einer Drehbe­ wegung antreibbare Stützelement 5 ist mit einem Stützarm 6 versehen, der nach hinten - in Fig. 1 gesehen nach rechts - in die Taumelscheibenkammer 2a vorsteht und mit einer Taumel­ scheibenbasis 11 in Form eines hohlen Elements über einen Ge­ lenkmechanismus K verbunden ist. Im einzelnen ist der Stütz­ arm 6 des drehbaren Stützelements 5 mit einer darin ausgebil­ deten durchgehenden Öffnung 6a versehen, welche dazu dient, ein Fassungselement 8 fest aufzunehmen, welches eine innere kugelförmige Aussparung aufweist. Das Fassungselement 8 nimmt als Gleitlager eine Kugel 9 mit einer durchgehenden Bohrung 9a auf, in die ein Führungszapfen 10, der von der Taumelscheibenbasis 11 absteht, axial gleitverschieblich ein­ greift. Der Führungszapfen 10 ist dabei in einer Montageöff­ nung 11a der Basis 11 im Preßsitz festgelegt. Der Gelenkme­ chanismus K umfaßt also das Fassungselement 8, die Kugel 9 und den axial gleitverschieblich geführten Führungsstift 10.

Die Taumelscheibenbasis 11 hat die Form eines im wesentlichen zylindrischen Elements und ist mit einem hinteren Teil verse­ hen, an dem eine Taumelscheibe 15 mit Hilfe eines mit einem Gewinde versehenen Sicherungsringes 16 befestigt ist, der in ein Gegengewinde im hinteren Teil der Taumelscheibenbasis 11 eingreift. Die Basis 11 und die Taumelscheibe 15 bilden dabei eine Taumelscheibenanordnung M, die in dem Kompressor dazu dient, eine Drehbewegung in eine lineare Bewegung umzusetzen.

Die in Form einer runden Scheibe ausgebildete Taumelscheibe 15 ist an ihrem äußeren Umfang mit einem Paar von ringförmigen Stützschienen 15c versehen, die auf gegenüberliegenden Seiten der Taumelscheibe 15 ausgebildet sind. Die ringförmigen Stützschienen 15c der Taumelscheibe 15 sind konzentrisch zur Achse der Antriebswelle 4 angeordnet und kreisringförmig ausgebildet und stehen gleitend im Ein­ griff mit entsprechenden ringförmigen Nuten eines Paares von Schuhen 17, welche auf ihrer Außenseite im wesentlichen zy­ lindrisch ausgebildet sind. Durch die Stützschienen 15c sind die Schuhe 17 in radialer Richtung auf den zugeordneten Flächen der Taumelscheibe 15 bezüglich des Mittelpunkts der­ selben festgelegt. Die Schuhe 17 stehen gleitend in Eingriff mit Fassungen 18, welche jeweils eine zylindrische Innenfläche aufweisen. Jede Fassung 18 besitzt eine zylindrische Augen­ fläche, welche bezüglich der Achse der Antriebswelle 4 radial verläuft. Die beiden Fassungen 18 für die Schuhe 17 stehen radial gleitverschieblich in Eingriff mit radial verlaufenden zylindrischen Aussparungen in einander gegenüberliegenden Oberflächen eines Einschnitts 19a, der in einem Endbereich jedes der Kolben 19 vorgesehen ist, die gleitverschieblich in den Zylinderbohrungen 1a angeordnet sind. Der Einschnitt 19a ist vorgesehen, um ein Hindurchlaufen des äußeren Randes der Taumelscheibe 15 während der Drehbewegung der Taumelscheiben­ anordnung M zu ermöglichen. Die Taumelscheibenanordnung M steht also über die Schuhe 17 und deren zugeordnete Fassungen 18 in Antriebsverbindung mit mehreren Kolben 19, so daß eine Drehung der Taumelscheibe 15 der Taumelscheibenanordnung M eine Hin- und Herbewegung der Kolben 19 in ihren zugeordneten Zylinderbohrungen 1a bewirkt.

Die hohle Taumelscheibenbasis 11 der Taumelscheibenanordnung M ist ferner mit einer groben Mittelbohrung 11b versehen, durch die die Antriebswelle 4 axial hindurchgreift, wobei die Innenseite der die Mittelbohrung 11b umgebenden Wand der Taumelscheibenbasis 11 einen hinteren Bereich aufweist, der als sphärischer Wandbereich 11c zur Aufnahme einer weiter un­ ten noch näher zu beschreibenden Gelenkkugel 13 ausgebildet ist. Außerdem ist ein konischer Wandbereich 11d vorgesehen, der sich ausgehend von dem Wandbereich 11c nach hinten bis zum hintersten Ende der Taumelscheibenbasis 11 erstreckt. Der sphärische Wandbereich 11c der Innenseite der Wand der Tau­ melscheibenbasis 11 besitzt einen vorgegebenen Durchmesser, der im wesentlichen demjenigen der Gelenkkugel 13 entspricht, und grenzt an den konischen Wandbereich 11d an.

Wie aus Fig. 2A und 3 deutlich wird, sind der sphärische Wandbereich 11c und der konische Wandbereich 11d der Taumel­ scheibenbasis 11 jeweils mit einem Paar von einander diame­ tral gegenüberliegenden Führungsrinnen 11e versehen, die der­ art ausgebildet sind, das sie das Einsetzen der Gelenkkugel 11 in die Mittelöffnung 11b der Taumelscheibenbasis 11 ermög­ lichen. Im einzelnen ist eine der Führungsrinnen des Paares von einander gegenüberliegenden Führungsrinnen 11e, wie dies am besten aus Fig. 2A deutlich wird, gegenüber der dem oberen Totpunkt TDC entsprechenden Position der Taumelscheibe 15 entgegengesetzt zu der durch den Pfeil P angedeuteten Dreh­ richtung der Taumelscheibe 15 um 90° versetzt, während die andere Führungsrinne um 90° gegenüber der dem unteren Tot­ punkt BDC entsprechenden Position der Taumelscheibe 15 entge­ gengesetzt zur Drehrichtung versetzt ist. Die Führungsrinnen 11e sind ferner so ausgebildet, daß sie sich in axialer Rich­ tung vom hintersten Ende der Taumelscheibenbasis 11 in Rich­ tung auf das Innere der Mittelbohrung 11b erstrecken, wobei die Führungsrinnen jeweils eine Breite haben, die der Dicke der Gelenkkugel 13 entspricht (Fig. 4). Die Führungsrinnen 11e sind ferner so ausgebildet, daß sie in radialer Richtung eine solche Tiefe haben, daß der Boden der Führungsrinnen auf einer zylindrischen Fläche liegt, deren Durchmesser gleich dem Durchmesser der Gelenkkugel 13 ist. Wie aus der Darstel­ lung gemäß Fig. 3 deutlich wird, enden die axial am weitesten innen liegenden Enden der Führungsrinnen 11e in der Mitte des sphärischen Wandbereichs 11c der Innenwand der Taumelschei­ benbasis 11.

Nachstehend soll nunmehr das Verfahren zum Einsetzen der Ge­ lenkkugel 13 in die Taumelscheibenbasis 11 unter Bezugnahme auf Fig. 2B beschrieben werden, welche einen Zustand zeigt, in dem die Gelenkkugel 13 in die Taumelscheibenbasis 11 ein­ gesetzt ist und in dem sphärischen Wandbereich 11c der Innen­ wand der Taumelscheibenbasis 11 sitzt.

Gemäß Fig. 1 ist die Gelenkkugel 13 derart auf der Antriebs­ welle 4 montiert, daß sie radial zwischen der Antriebswelle 4 und der Taumelscheibenbasis 11 liegt. Die Gelenkkugel 13 ist mit einer axial durchgehenden Bohrung 13b versehen, die durch ihre Mitte hindurchgeht, derart, daß die Antriebswelle 4 die Gelenkkugel 13 durchgreifen kann. Wie besonders aus Fig. 4 deutlich wird, ist die Gelenkkugel 13 außerdem mit einem Paar von einander gegenüberliegenden ebenen Stirnflächen 13c ver­ sehen, die symmetrisch bezüglich einer Ebene angeordnet sind, welche senkrecht zur Achse der axial durchgehenden Bohrung 13b verläuft und durch die Mitte der sphärischen Außenfläche 13a der Gelenkkugel 13 hindurchgeht. Die Stirnflächen 13c sind also im gleichen Abstand von der vorstehend definierten Mittelebene angeordnet, welche durch die sphärische Augen­ fläche 13a hindurchgeht.

Die Gelenkkugel 13 ist axial gleitverschieblich auf die An­ triebswelle 4 aufsetzbar und ständig elastischen Kräften von Federn 20, 21 unterworfen, die zu beiden Seiten der Gelenkku­ gel 13 angeordnet sind.

Wenn die Gelenkkugel 13 in der Taumelscheibenbasis 11 ange­ ordnet werden soll, dann muß die Gelenkkugel gemäß Fig. 2A und 2B vor dem Einsetzen derselben in die Mittelbohrung 11b der Taumelscheibenbasis 11 zunächst in eine Position gebracht werden, in der die durchgehende Bohrung 13b der Gelenkkugel 13 mit der Mittelbohrung der Taumelscheibenbasis 11 einen rechten Winkel einschließt. Anschließend wird die Gelenkkugel 13 dann vom hintersten Ende der Taumelscheibenbasis her der­ art in dieselbe eingeführt, daß die ebenen Stirnflächen 13c der Gelenkkugel 13 von den Führungsrinnen 11e geführt werden. Wenn die Gelenkkugel 13 im Verlauf dieser Vorschubbewegung eine Position erreicht, in der ihre sphärische Außenfläche 13a dem sphärischen Wandbereich 11c der Mittelbohrung 11b der Taumelscheibenbasis 11 gegenüberliegt, wird sie um eine zur Achse ihrer Mittelbohrung 13b senkrechte Achse um etwa 90° gedreht bis sie aufgestellt ist und an dem sphärischen Wand­ bereich 11c anliegt. Auf diese Weise wird die Gelenkkugel 13 in die Taumelscheibenbasis 11 eingebaut. Fig. 2B zeigt die Gelenkkugel 13 im eingebauten Zustand in der Taumelscheiben­ basis 11, wobei die sphärische Außenfläche 13a der Gelenkku­ gel 13 in Kontakt mit der sphärischen Wandfläche 11c der Tau­ melscheibenbasis 11 steht. Das Einsetzen der Antriebswelle 4 in die Mittelbohrung 13b der Gelenkkugel 13 erfolgt nach dem Zusammenbau der Gelenkkugel 13 und der Taumelscheibenbasis 11.

Die Taumelscheibe 15 der mit der Antriebswelle 4 rotierenden Taumelscheibenanordnung kann ihren Neigungswinkel bezüglich einer zur Achse der Antriebswelle 4 senkrechten Ebene auf­ grund der beschriebenen Anordnung der Gelenkkugel 13 und auf­ grund des Vorhandenseins des beschriebenen Gelenkmechanismus K ändern.

Gemäß Fig. 1 nimmt das hintere Gehäuse 3 des Kompressors ein Steuerventil 22 zur Steuerung des Druckpegels in der Taumel­ scheibenkammer 2a auf. Aufbau und Arbeitsweise des Steuerven­ tils 22 sind bekannt und beispielsweise in der US-PS 4, 729,719 beschrieben.

Nachstehend soll nunmehr kurz die Arbeitsweise des als Aus­ führungsbeispiel betrachteten Taumelscheibenkompressors mit variabler Förderleistung beschrieben werden.

Wenn sich die Antriebswelle 4 gemeinsam mit der Taumelschei­ benanordnung M dreht, dann dreht sich die Taumelscheibe 15 um die Achse der Antriebswelle 4, wobei die Kolben 19 in ihren Zylinderbohrungen 1a durch ihr Zusammenwirken mit der Taumel­ scheibe 15 über die Schuhe 17 und die Fassungen 18 zu einer Hin- und Herbewegung angetrieben werden. Dabei wird gasförmi­ ges Kältemittel aus der Ansaugkammer 3a im hinteren Gehäuse 3 in die betreffenden Zylinderbohrungen 1a gesaugt und dann darin durch die Kolben 19 komprimiert. Das komprimierte gas­ förmige Kältemittel wird während des Auslaßhubes der einzel­ nen Kolben 19 aus den Zylinderbohrungen in die Auslaßkammer 3b ausgestoßen. Die Förderleistung, d. h. die Menge des aus den Zylinderbohrungen 1a in die Auslaßkammer 3b ausgestoßenen komprimierten gasförmigen Kältemittels wird durch den Druck­ pegel in der Taumelscheibenkammer 2a gesteuert, wobei dieser Druck wiederum mit Hilfe des Steuerventils 22 gesteuert wird.

Wenn beispielsweise in der Taumelscheibenkammer 2a durch Be­ tätigung des Steuerventils 22 ein vorgegebener niedriger Druck eingestellt wird, dann ist der Gegendruck, der auf die äußeren Enden der Kolben 19 wirkt, niedrig, so das folglich der Neigungswinkel der Taumelscheibe 15 der Taumelscheiben­ anordnung M zunimmt. Wenn der auf die Kolben 19 wirkende Gegendruck niedrig ist, dann wird nämlich die Kugel 9 in der Fassung 8 verschoben, so daß der Führungszapfen 10 im wesent­ lichen nach vorn verlagert wird. Die Taumelscheibenbasis 11 wird folglich im Uhrzeigersinn - in Fig. 1 - um die Gelenkku­ gel geschwenkt. Gleichzeitig wird die Gelenkkugel 13 entgegen der Federkraft der Feder 21 nach vorn verschoben, die zwi­ schen der Gelenkkugel 13 und dem drehbaren Stützelement ange­ ordnet ist. Der Führungszapfen 10 des Gelenkmechanismus K wird demgemäß in der Bohrung 9a der Kugel 9 derart bewegt das er weiter über den Stützarm 6 vorsteht. Der Neigungswin­ kel der Taumelscheibe 15 nimmt folglich zu, und die mit den zylindrischen Schuhen 17 in Eingriff stehenden Fassungen 18 werden folglich in den Einschnitten 19a der Kolben 19 radial derart bewegt, das der Hub der Hin- und Herbewegung der Kol­ ben 19 erhöht wird. Folglich wird die Förderleistung des Kom­ pressors erhöht.

Wenn andererseits das Steuerventil 22 eine Fluidverbindung zwischen der Ansaugkammer 3a und der Taumelscheibenkammer 2a unterbricht, dann wird der Druckpegel 2a aufgrund von Leck­ gasströmen aus den Zylinderbohrungen 1a erhöht. Auf die Rück­ seite der Kolben 19 wirkt folglich ein hoher Gegendruck, der die Tendenz hat, den Neigungswinkel der Taumelscheibe 15 zu verringern. Im einzelnen wird in dem Gelenkmechanismus K die Kugel 9 in der Fassung 8 derart bewegt, daß der Führungszap­ fen 10 im wesentlichen nach hinten verstellt wird. Dement­ sprechend wird die Taumelscheibenbasis 1 im Gegenuhrzeiger- Sinn - in Fig. 1 - um die Gelenkkugel 13 geschwenkt. Gleich­ zeitig wird die Gelenkkugel 13 auf der Antriebswelle 4 entge­ gen der Federkraft der Feder 20 nach hinten verschoben, die zwischen der Gelenkkugel 13 und der Mittelbohrung des Zylin­ derblockes 1 angeordnet ist. Dementsprechend wird der Füh­ rungszapfen 10 des Gelenkmechanismus K in der Führungsbohrung 9a derart bewegt, daß das Ausmaß, in dem er über den Stütz­ arm 6 vorsteht, reduziert wird. Im Ergebnis wird der Nei­ gungswinkel der Taumelscheibe 15 reduziert, so daß die mit den Schuhen 17 zusammenwirkenden Fassungen in den Einschnit­ ten 19a der Kolben 19 radial derart bewegt werden, daß der Hub der Hin- und Herbewegung der Kolben reduziert wird. Dem­ entsprechend wird die Förderleistung des Kompressors verrin­ gert.

Bei dem als Ausführungsbeispiel betrachteten Kompressor gemäß der Erfindung besitzt die Gelenkkugel 13 eine einzige sphäri­ sche Außenfläche 13a, und die Herstellung der Gelenkkugel 13 ist folglich sehr einfach im Vergleich zur Herstellung einer konventionellen Gelenkkugel mit sphärischen und zylindrischen Außenflächen, wie dies in Fig. 6 gezeigt ist. Daher sind die Produktionskosten der Gelenkkugel bei dem erfindungsgemäßen Kompressor geringer als bei der konventionellen Gelenkkugel gemäß Fig. 6.

Weiterhin wird die Anordnung der Führungsrinnen 11e der Tau­ melscheibenbasis 11 so gewählt, daß diese um 90° gegenüber denjenigen Positionen der Taumelscheibe 15 versetzt sind, die dem oberen bzw. dem unteren Totpunkt entsprechen, und zwar entgegengesetzt zur Drehrichtung der Taumelscheibe 15 im Be­ trieb. Dabei ist die dem oberen Totpunkt der Taumelscheibe 15 entsprechende Position diejenige Position, in der die Taumel­ scheibe 15 die betreffenden Kolben 19 in die Endposition ihres Kompressionshubes bewegen kann.

Wenn der obere Totpunkt der Taumelscheibe 15 der Taumelschei­ benanordnung M in eine Position gedreht wird, in der er exakt mit einer der Zylinderbohrungen Ia fluchtet, ist die Kompres­ sion des Kältemittels in der betreffenden Zylinderbohrung 1a und das Austreiben des Kältemittels in die Auslaßkammer 3b abgeschlossen. Der Saughub für das Ansaugen des Kältemittels beginnt kurz danach. Obwohl die Taumelscheibe 15 ständig ver­ schiedenen Reaktionskräften unterworfen ist, die durch die einzelnen Kolben 19 erzeugt werden, ist der jeweils in der oberen Totpunktposition befindliche Punkt der Taumelscheibe 15 nicht der größten Kraft ausgesetzt. Zu diesem Zeitpunkt be­ stehen die oben erwähnten verschiedenen Reaktionskräfte aus einer Kombination der Gaskompressions-Reaktionskraft und der Gasansaug-Reaktionskraft. Die größte Reaktionskraft wirkt auf die Taumelscheibe 15 stets in der Position, die entgegenge­ setzt zur Drehrichtung der Taumelscheibe 15 um einige Winkel­ grade von der dem oberen Totpunkt entsprechenden Position entfernt ist.

Bei dem betrachteten Ausführungsbeispiel der Erfindung ist die Lage der Führungsrinnen 1e in der Taumelscheibenbasis 11 so gewählt, daß sie von der vorstehend angesprochenen Position der Taumelscheibe 15 verschieden ist, in der diese der größ­ ten Reaktionskraft ausgesetzt ist. Demgemäß können die in Eingriff miteinander stehenden sphärischen Flächen der Ge­ lenkkugel 13 und der Taumelscheibenbasis 11 gewährleisten, daß die größten Reaktionskräfte, die über die Taumelscheibe 15 auf die Taumelscheibenanordnung M einwirken, von der sphä­ rischen Außenfläche 13a der Gelenkkugel 13 aufgenommen werden können. Das Vorhandensein der Führungsrinnen 11e in der Tau­ melscheibenbasis 11 beeinträchtigt nämlich die Stützfunktion der Gelenkkugel 13 nicht. Dementsprechend entsteht im Betrieb des Kompressors, wenn überhaupt, nur ein geringes Geräusch.

Aus der vorstehenden Beschreibung des bevorzugten Aus­ führungsbeispiels der vorliegenden Erfindung wird deutlich, daß ein erfindungsgemäßer Taumelscheibenkompressor mit variabler Förderleistung preisgünstig hergestellt werden kann, da eine billige Gelenkkugel verwendet wird, die eine einzige sphärische Außenfläche hat, während die Taumelschei­ benbasis ein Paar von Führungsrinnen aufweist, die einen ein­ fachen Einbau der Gelenkkugel in die Taumelscheibenanordnung ermöglichen.

Claims (3)

1. Taumelscheiben-Kältemittelkompressor mit variabler För­ derleistung, umfassend:
Kompressor-Gehäuseeinrichtungen mit einer Ansaugkammer für ein zu komprimierendes gasförmiges Kältemittel, mit einer Auslaßkammer zum Aufnehmen des komprimierten gas­ förmigen Kältemittels, mit einer als Förderleistungs- Steuerkammer dienenden Taumelscheibenkammer und mit meh­ reren Zylinderbohrungen;
mehrere von den Zylinderbohrungen hin- und herbeweglich aufgenommene Kolben, deren eines Ende als Kompressions­ kopf dient und deren anderes Ende dem Kompressionskopf in axialer Richtung gegenüberliegt;
eine axiale Antriebswelle, die in den Gehäuseeinrich­ tungen drehbar gelagert ist und sich durch die Taumel­ scheibenkammer hindurch erstreckt;
drehfest mit der Antriebswelle verbundene Stützeinrich­ tungen in der Taumelscheibenkammer, die mit einem Stütz­ arm versehen sind;
eine Gelenkkugel, die axial gleitverschieblich auf der Antriebswelle montiert ist und die mit einer einzigen durchgehenden sphärischen Außenfläche versehen ist, die eine Mittelbohrung zur gleitverschieblichen Aufnahme der Antriebswelle aufweist und die ein Paar von einander axial gegenüberliegenden flachen Stirnflächen aufweist, die symmetrisch zu einer Ebene angeordnet sind, die senkrecht zur Achse der Mittelbohrung und durch die Mittelebene der sphärischen Außenfläche verläuft;
eine Taumelscheibenanordnung mit einem die Antriebswelle umgebenden, im wesentlichen hohlzylindrischen Element, welches mit dem Stützarm der Stützeinrichtungen schwenk­ bar verbunden ist, wobei das hohlzylindrische Element eine Mittelbohrung aufweist, die von einer axial verlau­ fenden Innenwandfläche umgeben ist, welche mindestens einen sphärischen Bereich aufweist, welcher derart in Eingriff mit der sphärischen Außenfläche der Gelenkkugel bringbar ist, daß der Neigungswinkel der Taumelscheiben­ anordnung bezüglich einer zur Achse der Antriebswelle senkrechten Ebene variabel ist und wobei die Taumel­ scheibenanordnung eine scheibenförmige Taumelscheibe um­ faßt, die in Antriebsverbindung mit den Kolben steht, um diese in Abhängigkeit von einer Drehung der Antriebswel­ le in ihren Zylinderbohrungen zu einer Hin- und Herbewe­ gung anzutreiben; und
Steuereinrichtungen zum Steuern des Druckes in der Tau­ melscheibenkammer zur Änderung des Neigungswinkels der Taumelscheibenanordnung und damit der Förderleistung des Kompressors,
dadurch gekennzeichnet, daß das hohlzylindrische Element (11) ein Paar von Führungsrinnen (11e) aufweist, die es ermöglichen, daß die Gelenkkugel (13) in die Mittelboh­ rung des hohlzylindrischen Elements (11), ausgehend von einem Ende desselben, derart einführbar ist, daß die ebenen Stirnflächen (13c) von den Führungsrinnen (11e) gleitverschieblich geführt werden, wenn die Gelenkkugel (13) in die Taumelscheibenanordnung (M) eingebaut wird, und daß die Führungsrinnen (11e) der Taumelscheiben­ anordnung (M) derart angeordnet sind, daß sie entgegen­ gesetzt zu der betriebsmäßigen Drehrichtung der Taumel­ scheibenanordnung (M) jeweils um 90° gegenüber der dem oberen bzw. unteren Totpunkt entsprechenden Position der Taumelscheibe (15) versetzt sind.

2. Kältemittelkompressor nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Führungsrinnen (11e) derart ausgebil­ det sind, daß sie sich, ausgehend von einem Ende der Taumelscheibenanordnung (M), in axialer Richtung bis zur Mitte des sphärischen Wandbereichs (11c) der Taumel­ scheibenanordnung (M) erstrecken und daß die Breite der Führungsrinnen (11e) im wesentlichen gleich der Dicke der Gelenkkugel (13) zwischen deren Stirnflächen (13c) ist.

3. Kältemittelkompressor nach Anspruch 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Führungsrinnen (11e) der Taumelschei­ benanordnung (M) mit einem zylindrischen Boden versehen sind und daß die Böden der Führungsrinnen (11e) auf einem Kreis liegen, dessen Durchmesser im wesentlichen dem Durchmesser der sphärischen Außenfläche (13a) der Gelenkkugel (13) entspricht.