DE4326407A1

DE4326407A1 - Hubkolben-Kühlmittelverdichter mit einer Drehschieberansaugvorrichtung

Info

Publication number: DE4326407A1
Application number: DE4326407A
Authority: DE
Inventors: Toshiro Jujii; Hiromi Kitayama; Koichi Ito; Kazuya Kimura; Hiroaki Kayukawa
Original assignee: Toyoda Jidoshokki Seisakusho KK; Toyoda Automatic Loom Works Ltd
Current assignee: Toyota Industries Corp
Priority date: 1992-08-07
Filing date: 1993-08-06
Publication date: 1994-02-10
Anticipated expiration: 2013-08-07
Also published as: KR940004210A; DE4326407C2; KR970001133B1

Description

Die Erfindung betrifft einen Hubkolben-Kühlmittelverdichter mit einer verbesserten Kühlmittelgasansaugung, so daß der Wirkungsgrad der volumentrischen Verdichtung verglichen mit konventionellen Hubkolben-Kühlmittelverdichtern verbessert ist, welche mit Klappenventilansaugvorrichtungen versehen sind. Insbesondere betrifft die Erfindung einen Hubkolben-Kühlmittelverdichter mit einem Drehschieberansaugmechanismus oder -mechanismen, welche auf einer Antriebswelle montiert sind, so daß sie zusammen mit der Antriebswelle rotieren und dabei das Ansaugen von Kühlmittelgas in jede aus der Vielzahl von Kompressionskammern in Abhängigkeit der Hubbewegung der Kolben erlaubt/erlauben.

Aus dem Stand der Technik sind verschiedene Hubkolben-Kühlmittelkompressoren, wie z . B. Taumelscheiben-Kühlmittelkompressoren mit nutierender Taumelscheibe und Taumelscheiben-Kompressoren mit rotierender Taumelscheibe bekannt.

Die JP-A-3-925587 offenbart einen herkömmlichen Taumelscheibenhubkolben-Kühlmittelverdichter, der einen Zylinderblock mit einer Vielzahl von axialen Zylinderbohrungen umfaßt, in welchen Kolben axial hin- und herbewegt werden, in Abhängigkeit der Nutation der Taumelscheibe um die Rotationsachse ihrer Antriebswelle. Die nutierende Taumelscheibe wird in einer Taumelscheibenkammer, die mittig im Zylinderblock ausgebildet ist, aufgenommen. Die Taumelscheibenkammer wird ebenfalls benutzt, um Kühlmittelgas aufzunehmen, wenn es vom externen Kühlmittelkreislauf zurückströmt.

Die oben genannten Verdichter sind ferner mit Klappen-Ansaugventilen ausgestattet, die zum Öffnen und Schließen der Ansaugöffnungen verwendet werden, welche zwischen den jeweiligen Kompressionskammern, welch letztere durch die Hubkolben in den Zylinderbohrungen gebildet werden, und einem Paar Ansaugkammern (vordere und hintere Ansaugkammer) zum Aufnehmen von Kühlmittelgas vor der Kompression vorgesehen sind und welche in Fließverbindung mit der zuvor genannten Taumelscheibenkammer über Saugkanäle stehen. Das Kühlmittelgas wird bevor es komprimiert wird, in die jeweiligen Kompressionskammern durch die Ansaugöffnungen über das Öffnen der Klappensaugventile während des Saughubes der entsprechenden Hubkolben bei der Bewegung vom oberen Totpunkt zum unteren Totpunkt angesaugt. Wenn die jeweiligen Hubkolben den Kompressions- und Ausstoßhub durch eine Bewegung vom unteren Totpunkt zum oberen Totpunkt in den Zylinderbohrungen ausführen, sind die Klappensaugventile geschlossen. Das Kühlmittelgas wird in den Kompressionskammern komprimiert und aus diesen in ein Paar von Ausstoßkammern über das Öffnen der Klappenausstoßventile ausgestoßen (die vordere und die hintere Ausstoßkammer), die so angeordnet sind, daß sie die Ausstoßöffnungen öffnen und schließen, welche zwischen den Kompressionskammern und den Ausstoßkammern ausgebildet sind.

Das Öffnen und Schließen der Klappen-Saugventile wird durch eine Druckdifferenz zwischen den Saugkammern und den jeweiligen Kompressionskammern in den Zylinderbohrungen bewirkt. Insbesondere, wenn der herrschende Druck in der Saugkammer höher ist als in der Kompressionskammer aufgrund des Ansaughubes der Hubkolben, werden die Saugklappenventile durch die Druckdifferenz gebogen und in deren Offenposition bewegt bei gleichzeitigem Öffnen der Ansaugöffnungen.

Da die Klappen-Saugventile aus elastischem Material hergestellt werden, um eine Nachgiebigkeit beim Verbiegen zu zeigen, wirkt diese Nachgiebigkeit der Klappensaugventile als ein elastischer Widerstand gegen die Bewegung der jeweiligen Saugventile. Dementsprechend erfolgt eine Öffnung der Klappensaugventile nicht bevor das zuvor erwähnte Druckdifferential zwischen der Saugkammer und der Kompressionskammer größer wird als ein vorgegebener Wert. Deshalb kann die Öffnungsbewegung der Klappenventile nicht so schnell erfolgen, um eine umgehende Ansaugung des Kühlmittelgases in die Kompressionskammern zu ermöglichen.

Ferner werden die oben beschriebenen Hubkolben-Kühlmittelverdichter im allgemeinen mit einem Schmieröl in Form von Ölnebel, suspendiert in dem Kühlmittelgas, versorgt, um die internen Bauteile des Verdichters zu schmieren. Auf diese Weise wird das in dem Kühlmittelgas suspendierte Schmieröl in vielen internen Teilbereichen des Verdichters mittels des gemeinsamen Stromes mit dem Kühlmittelgas verteilt. Im Ergebnis kann das Schmieröl, das in dem Kühlmittelgas als Ölnebel suspendiert ist, zu und gegen Oberflächen der Klappensaugventile gefördert werden, ebenso wie zu Wandungsbereichen, die die Ansaugöffnungen umgeben und die von den Klappensaugventilen berührt werden. Auf diese Weise benetzt das Schmieröl die Klappensaugventile und die Wandungsbereiche um die Ansaugöffnungen herum, und es ist so viskos, daß es eine schnelle Öffnung der Klappensaugventile verhindert, die in der geschlossenen Position mit den Wandungsbereichen in Berührung stehen. Dementsprechend wird ein schnelles Öffnen der Klappensaugventile durch das Anhaften des Schmieröls sowohl an den Klappen-Saugventilen als auch den Wandungsbereichen verhindert.

Da die Klappensaugventile der herkömmlichen Kühlmittelverdichter nicht schnell als Reaktion auf einen Druckunterschied zwischen den Saugkammern und den Kompressionskammern öffnen können, ist die Menge des Kühlmittelgasflusses von den Saugkammern in die Kompressionskammern vermindert, und dementsprechend ist der volumetrische Wirkungsgrad bei der Kompression des Kühlmittelgases bei den herkömmlichen Hubkolben-Kühlmittelverdichtern, welche Klappen-Saugventile verwenden, klein. Ferner wirkt die Nachgiebigkeit der Saugventile selbst, wenn die Klappen-Saugventile geöffnet werden und somit ein Ansaugen des Kühlmittelgases in die Kompressionskammern erlauben, als Widerstand gegen das Ansaugen des Kühlmittelgases, und deshalb wird die Menge an angesaugtem Kühlmittelgas weiter reduziert.

In den beschriebenen, herkömmlichen Taumelscheiben betriebenen Hubkolbenverdichtern ist eine Vielzahl an axialen Zylinderbohrungen des Zylinderblocks rund um die Drehachse der Antriebswelle angeordnet, und zwar mit einem gleichmäßigen Winkelabstand zwischen zwei benachbarten Zylinderbohrungen. Es ist aber, wenn der Winkelabstand zwischen zwei benachbarten Zylinderbohrungen klein gewählt wird, die Dicke der trennenden festen Bereiche zwischen zwei benachbarten Zylinderbohrungen vermindert, wobei die physikalische Festigkeit des Zylinderblockes geschwächt wird. Darüber hinaus wird die physikalische Festigkeit des Zylinderblocks weiter geschwächt durch die Bildung von Ansaugkanälen, wenn die Ansaugkanäle für den Kühlmittelgasfluß von der Taumelscheibenkammer zu den Ansaugkammern in getrennten festen Bereichen angeordnet sind, wie dies in der JP-A-3-92587 offenbart ist.

Wenn der Winkelabstand zwischen zwei benachbarten Zylinderbohrungen groß gewählt wird, um dicke, trennende feste Bereiche im Zylinderblock zu erhalten, müssen die jeweiligen Zylinderbohrungen entlang eines Kreisumfanges angeordnet sein, der einen relativ großen Radius von einem Zentrum aufweist, welches mit der Rotationsachse der Antriebswelle zusammenfällt. Deshalb führen solche großen Radien der Umfangskreise, entlang welcher die Zylinderbohrungen angeordnet sind, zu einer Vergrößerung der physikalischen Abmessungen der Verdichter.

Wenn andererseits der Radius des Umfangskreises, entlang welchem die Zylinderbohrungen angeordnet sind, klein gemacht wird, um den Durchmesser des Zylinderblockes zu vermindern, muß notwendigerweise der Bogenabstand zwischen zwei benachbarten Zylindern verringert werden, und dementsprechend wird die umfangsmäßige Dicke der entsprechenden festen Bereiche zwischen zwei benachbarten Zylinderbohrungen vermindert und dadurch die physikalische Festigkeit des Zylinderblocks wie zuvor beschrieben geschwächt. In der Konsequenz heißt dies, daß es schwierig ist, die Größe eines Verdichters zu reduzieren.

Außerdem ist das Vorsehen von Saugkanälen in den festen Bereichen zwischen zwei benachbarten Zylinderbohrungen im Zylinderblock dazu angetan, einen Druckabfall im komprimierten Kühlmittelgas herbeizuführen, und dementsprechend wird der Verdichtungswirkungsgrad des Verdichters weiter vermindert.

Ferner wird die Antriebswelle des Verdichters, wenn der Hubkolbenverdichter in ein Automobilkühlsystem eingebaut wird, durch den Motor des Fahrzeugs über Kraftübertragungsmittel, wie z. B. eine Magnetkupplung, übertragen. Wenn der Verdichter anfangs gestartet wird, werden die Kraftübertragungsmittel betätigt, um die Antriebswelle des Verdichters mit dem Fahrzeugmotor zu verbinden. Sobald der Fahrzeugmotor mit dem Verdichter verbunden ist, startet der Verdichter unmittelbar mit der Verdichtungsarbeit und deshalb wird eine große Last, bedingt durch den Betriebsbeginn des Verdichters, plötzlich auf den Fahrzeugmotor gegeben. Dementsprechend wird das Fahrzeug einer plötzlichen Änderung in der Antriebsleistung unterworfen, und der Fahrer und die Passagiere bemerken einen Stoß und Unbehagen. Darüber hinaus werden Geräusche verursacht.

Beim Start eines Kühlmittelverdichters nach einer langen Pause ist das Kühlmittelgas oft verflüssigt. Deshalb wird beim Betriebsbeginn des Verdichters zunächst verflüssigtes Kühlmittel im Anfangsstadium des Betriebs des Kompressors umgepumpt. Dieses Pumpen des verflüssigten Kühlmittels bringt eine große Last auf den Fahrzeugmotor.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Hubkolben-Kühlmittelverdichter mit großem volumenmäßigen Wirkungsgrad bei der Kompression des Kühlmittelgases zu schaffen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen Verdichter mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.

Ein besonderer Vorteil eines erfindungsgemäßen Verdichters liegt darin, daß ein Hubkolben-Kühlmittelverdichter geschaffen ist, bei dem der Durchmesser des Verdichterkörpers verringert werden kann.

Ferner ist bei dem erfindungsgemäßen Verdichter von Vorteil, daß bei diesem Hubkolben-Kühlmittelverdichter eine Drehschieberansaugung (oder -ansaugungen) verwendet werden kann, die die Nachteile, die bei den herkömmlichen Hubkolben-Kühlmittelverdichtern bestehen, die Klappenansaugventile verwenden, vermeidet.

Darüber hinaus ist es bei den erfindungsgemäßen Verdichtern von Vorteil, daß hier ein Hubkolben-Kühlmittelverdichter geschaffen ist, der Drehschieberansaugungen verwendet, durch die der anfängliche Stoß durch den Betriebsbeginn des Verdichters, wenn er in ein Fahrzeugkühlsystem eingebaut ist, vermieden werden kann.

Bei einer Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, daß der Hubkolben-Kühlmittelverdichter folgende Bauteile umfaßt:
ein einen Zylinderblock umfassendes Gehäuse,
eine axiale Antriebswelle, die drehbar in dem Gehäuse gelagert ist,
mindestens eine Gasaufnahmekammer, die in dem Gehäuse zur Aufnahme von Kühlmittelgas vor der Kompression ausgebildet ist,
mindestens eine Gasausstoßkammer, die in dem Gehäuse zur Aufnahme von komprimiertem Kühlmittelgas gebildet ist,
eine Vielzahl von axialen Zylinderbohrungen, welche in dem Zylinderblock des Gehäuses ausgebildet und um die Rotationsachse der Antriebswelle angeordnet sind,
und eine Vielzahl von Hubkolben, welche axial verschieblich in der Vielzahl von Zylinderbohrungen aufgenommen werden und entsprechend der Drehbewegung der Taumelscheibenantriebswelle eine Hubbewegung ausführen, wobei die Hubkolben Kompressionskammern in der Vielzahl von Zylinderbohrungen definieren.

Der Verdichter umfaßt ferner folgende Merkmale:
eine Drehschiebervorrichtung, die mit der Antriebswelle drehbar angeordnet ist und einen Ansaugkanal umfaßt, welcher die Ansaugung von Kühlmittelgas vor der Kompression aus der Gasaufnahmekammer in die entsprechenden Kompressionskammern in zeitlicher Übereinstimmung mit der Hubbewegung der Hubkolben während der Drehung der Drehschiebervorrichtung erlaubt;
ein Element zum Definieren einer rückspringenden Kammer in dem Gehäuse zur Dreh-Lagerung oder -Aufnahme der Drehschiebervorrichtung, wobei die rückspringende Kammer von einer inneren Wandung umgeben ist, welche axial geneigt ist und sich rings um die Drehachse der Antriebswelle erstreckt;
die Drehschiebervorrichtung ist mit einer äußeren Umfangswandung versehen, welche axial geneigt ist und zwei axial sich gegenüberliegende Endbereiche der Wandung mit großem und kleinem Durchmesser bildet, wobei die äußere Umfangswandung gleitend in die innere Wandung der rückspringenden Kammer paßt; und
eine Vorrichtung zum Erzeugen einer im wesentlichen axialen Kraft auf die Drehschiebervorrichtung, wobei die Drehschiebervorrichtung in der rückspringenden Kammer in eine Richtung gepreßt wird, so daß die äußere Umfangswandung der Drehschiebervorrichtung in dichtendem Kontakt mit der inneren Wandung der rückspringenden Kammer steht.

Vorzugsweise wird die Drehschiebervorrichtung mit zwei Druck aufnehmenden Enden versehen, welche an den Endbereichen der äußeren Umfangswandung mit großem und kleinem Durchmesser angeordnet sind, und es werden zwei unterschiedliche Drücke des Kühlmittelgases auf diese beiden Druck aufnehmenden Enden der Drehschiebervorrichtung angewandt. Ein Druckunterschied zwischen den beiden verschiedenen Drücken, die auf die beiden Druckaufnahmeenden angewandt werden, drückt die Drehschiebervorrichtung in eine Richtung, so daß die äußere Umfangswandung der Drehschiebervorrichtung in dichtendem Kontakt mit der inneren Wandung der rückspringenden Kammer steht.

Der Ansaugkanal der Drehschiebervorrichtung ist typischerweise in die äußere Umfangswandung eingeformt und weist eine Gaseinlaßöffnung gegenüber der Gasaufnahmekammer auf und eine Gasauslaßöffnung, die gegenüber jeder aus der Vielzahl der Kompressionskammern in der Vielzahl von Zylinderbohrungen in zeitlicher Abstimmung mit der Hubbewegung der Hubkolben geöffnet werden kann.

Die beiden unterschiedlichen Drücke des Kühlmittelgases sind Drücke des Kühlmittelgases in der Gasaufnahmekammer und des Kühlmittelgases in der Gasausstoßkammer.

Die Drehschiebervorrichtung wird axial verschieblich auf der Antriebswelle gehalten und eines der beiden Druckaufnahmeenden, welches an dem Endbereich mit dem kleineren Durchmesser der äußeren Umfangswandung der Drehschiebervorrichtung angeordnet ist, weist zu der Gasaufnahmekammer hin, und das andere der beiden Druck aufnehmenden Enden, welches an dem Endbereich der äußeren Umfangswandung der Drehschiebervorrichtung mit großem Durchmesser angeordnet ist, weist zu der Gasausstoßkammer hin.

Vorzugsweise wird der Hubkolben-Kühlmittelverdichter ferner mit einer elastischen Einheit zum Anwenden einer im wesentlichen axialen elastischen Kraft auf die Drehschiebervorrichtung versehen, welche in ihrer Richtung entgegen der zuvor erwähnten Axialkraft wirkt, welche durch die Vorrichtung zur Ausübung einer Axialkraft gegeben ist. Die elastische Axialkraft wirkt auf die äußere Umfangswandung, so daß diese sich weg von der inneren Wandung der rückspringenden Kammer bewegt, wenn die Druckdifferenz zwischen den beiden unterschiedlichen Drucken, die auf die beiden Druck aufnehmenden Enden der Drehschiebervorrichtung angewandt werden, kleiner ist als ein vorgegebener Wert.

Vorzugsweise ist mindestens in einer der äußeren Umfangswandungen der Drehschiebervorrichtung und/oder der inneren Wandung der rückspringenden Kammer ein nutenartiger Rücksprung zur Versorgung der äußeren Umfangswandung und der inneren Wandung mit Schmieröl vorgesehen, welches in dem Kühlmittelgas vor der Kompression und im komprimierten Kühlmittelgas vorhanden ist.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist ein Hubkolben-Kompressor mit folgender Ausgestaltung vorgesehen:
ein einen Zylinderblock umfassendes Gehäuse, wobei der Zylinderblock eine Vielzahl von axialen Zylinderbohrungen, die darin angeformt sind, umfaßt, welche dabei so um die Rotationsachse einer Antriebswelle, welche drehbar in dem Gehäuse gelagert ist, angeordnet sind,
eine Taumelscheibe, die auf der Antriebswelle montiert ist und die mit derselben zusammen drehbar ist,
eine Vielzahl an doppelt wirkenden Hubkolben, welche axial verschieblich in der Vielzahl von Zylinderbohrungen aufgenommen werden und welche in Abhängigkeit der Drehung der Taumelscheibe sich hin- und herbewegen, wobei die doppelt wirkenden Hubkolben jeweils ein Paar von Kompressionskammern in jeder der Vielzahl von Zylinderbohrungen bilden,
eine Gasaufnahmekammer, welche in dem Gehäuse ausgebildet ist und welche Kühlmittelgas vor der Kompression aufnimmt,
axial beabstandete Ausstoßkammern, die in dem Gehäuse ausgebildet sind und jeweils komprimiertes Kühlmittelgas aufnehmen.

Der Kompressor umfaßt ferner folgende Bauteile:
Drehschieberelemente, welche in axial beabstandeten Positionen der axialen Antriebswelle montiert sind und zusammen mit der Antriebswelle drehbar sind, wobei jedes Drehschieberelement einen Saugkanal umfaßt, welcher die Ansaugung von Kühlmittelgas vor der Kompression aus der Gasaufnahmekammer in ein Paar der Kompressionskammern aus der Vielzahl von Zylinderbohrungen in zeitlicher Abstimmung mit der Hubbewegung der doppelt wirkenden Hubkolben während der Drehung der Drehschieberelemente erlaubt;
eine Einheit zum Definieren rückspringender Kammern in dem Gehäuse zur drehenden Aufnahme der Drehschieberelemente, wobei jede der rückspringenden Kammern von einer inneren, axial geneigten Wandung umgeben ist, die sich über den Kreisumfang um die Rotationsachse der Antriebswelle erstreckt;
jedes der Drehschieberelemente ist mit einer äußeren, axial geneigten Umfangswandung versehen, so daß axial gegenüberliegende Endbereiche der Umfangswandung mit kleinem und großem Durchmesser geschaffen sind, wobei die äußere Umfangswandung gleitend in die innere Wandung einer der rückspringenden Kammern paßt; und
eine Vorrichtung zum Anwenden des Drucks des Kühlmittelgases vor der Kompression auf den Endbereich mit kleinem Durchmesser von jedem der Drehschieberelemente und zum Anwenden des Drucks des komprimierten Kühlmittelgases auf den Endbereich mit großem Durchmesser eines jeden der Drehschieberelemente, um dadurch das Drehschieberelement in jeder der rückspringenden Kammern in eine Richtung zu drücken, so daß die äußere Umfangswandung des Drehschieberelements in dichtendem Kontakt mit der inneren Wandung der rückspringenden Kammer steht.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Neben- und Unteransprüchen.

Diese und weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich im folgenden anhand der Zeichnung und deren näheren Beschreibung. Es zeigen im einzelnen:

Fig. 1 einen Längsschnitt durch einen erfindungsgemäßen Hubkolbenverdichter entsprechend einer ersten Ausführungsform;

Fig. 2 eine teilweise Schnittansicht eines Teils des Verdichters aus Fig. 1, insbesondere zur Darstellung der Konstruktion eines Drehschieberelements in dem Verdichter;

Fig. 3 eine perspektivische Darstellung eines Drehschieberelements des Verdichters gemäß den Fig. 1 und 2;

Fig. 4 Schnittansicht durch den Verdichter in Fig. 1 längs Linie A-A;

Fig. 5 Schnittansicht durch den Verdichter von Fig. 1 entlang Linie B-B;

Fig. 6 Schnittansicht des Kompressors von Fig. 1 entlang Linie C-C;

Fig. 7 Schnittansicht des Verdichters von Fig. 1 längs der Linie D-D;

Fig. 8 Schnittansicht eines Hubkolbenverdichters gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 9 Schnittansicht durch den Kompressor aus Fig. 8 längs Linie E-E;

Fig. 10 perspektivische Ansicht eines Drehschieberelementes aus dem Verdichter von Fig. 8;

Fig. 11 einen Längsschnitt eines Hubkolbenverdichters entsprechend einer dritten Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 12 vergrößerte teilweise geschnittene Ansicht eines Drehschieberelements entsprechend der vorliegenden Erfindung; zur genaueren Darstellung eines Beispiel eines Schmiermittelsystems eines Drehschieberelementes im Unterschied zu der Ausführungsform von Fig. 11;

Fig. 13 Längsschnitt eines Hubkolbenverdichters entsprechend einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;

Fig. 14 teilweise vergrößerte und geschnittene Ansicht eines Teils des Verdichters von Fig. 1 zur Darstellung eines Drehschieberelements, welches in den Verdichter eingebaut ist und insbesondere in eine Stellung bewegt ist, in der eine äußere Umfangsfläche des Drehschieberelements getrennt ist von der inneren Wandung einer Drehschieberaufnahmekammer; und

Fig. 15 eine Schnittansicht ähnlich zu der in Fig. 14 zur Erläuterung des Drehschieberelements, welches in einer Position angeordnet ist, in der die äußere Umfangsfläche des Drehschieberelements in luftdichtem Kontakt mit der inneren Wandung der Drehschieber aufnehmenden Kammer steht.

Fig. 1 zeigt einen Hubkolbenverdichter mit einem Paar frontseitiger und rückwärtiger Zylinderblocks 1 und 2, die zusammengenommen den Hauptteil eines sich in axialer Richtung erstreckenden Verdichtergehäuses bilden. Die Zylinderblocks 1 und 2 des Gehäuses sind mittig mit später zu beschreibenden Ventilaufnahme-Kammern 1a und 2a in der Form von konisch rückspringenden durchgehenden Bohrungen versehen.

Die verbundenen Zylinderblocks 1 und 2 haben axial sich gegenüberliegende Enden, d. h. frontseitige und rückwärtige (in der Zeichnung links bzw. rechts liegend) Enden, mit welchen Front und rückwärtige Ventilplatten 3 und 4 luftdicht verbunden sind. Die front- und rückseitigen Ventilplatten 3 und 4 weisen mittig angeordnete vorspringende Teile auf, in denen Lagerbohrungen 3a und 4a in Form von durchgehenden Bohrungen aufgenommen sind. Die Ventilplatten 3 und 4 sind ebenfalls mittig mit ringförmigen Positionier- oder Zentriervorsprüngen 3b und 4b versehen, die axial nach innen vorstehen, so daß sie in die Lippe der Ventilaufnahme-Kammern 1a und 2a der frontseitigen bzw. rückwärtigen Zylinderblocks 1 und 2 eingreifen. Die ringförmigen Positioniervorsprünge 3b und 4b sind so ausgebildet, daß sie im wesentlichen koaxial mit den Lagerbohrungen 3a und 4b sind. Die Ventilplatten 3 und 4 sind an den Enden der miteinander verbundenen Zylinderblocks 1 und 2 durch die Stifte 5 und 6 befestigt, so daß die beiden Ventilplatten 3 und 4 gegenüber den Zylinderblocks 1 und 2 nicht drehbar sind.

Eine axiale Antriebswelle 7 erstreckt sich durch die Mitte der miteinander verbundenen Zylinderblocks 1 und 2 und wird drehbar mittels konischen Rollenlagern 8 und 9 gelagert, welch letztere in den vorstehend erwähnten Lagerbohrungen 3a und 4a der frontseitigen und rückwärtigen Ventilplatten 3 und 4 aufgenommen sind. Die konischen Rollenlager 8 und 9 sind mit äußeren Laufbahnen 8a und 9a, inneren Laufbahnen 8b und 9b sowie mit einer Vielzahl von konischen Rollen 8c und 9c ausgestattet und sind in der Lage sowohl radiale als auch Druckkräfte aufzunehmen.

Eine Taumelscheibe 10 ist fest auf der Antriebswelle 7 montiert, so daß die Taumelscheibe 10 zusammen mit der Antriebswelle 7 in einer Taumelscheibenkammer 11, die axial und mittig in den miteinander verbundenen Zylinderblocks 1 und 2 ausgebildet ist, gedreht wird. Die Zylinderblocks 1 und 2 sind außerdem mit Gaseinlaßöffnungen 12 in dem axial mittigen Bereich der Zylinderblocks 1 und 2 versehen, so daß sie mit der Taumelscheibenkammer 11 verbunden sind, und die Gaseinlaßöffnungen 12 sind zu einer Gaseinlaßleitung eines externen Kühlkreislaufes verbunden, wenn der Kompressor in ein Kühlsystem eingebaut ist.

Der frontseitige Zylinderblock 1 ist mit einer Vielzahl von Zylinderbohrungen 13 versehen, und der rückwärtige Zylinderblock 2 ist mit einer Vielzahl von Zylinderbohrungen 14 ausgerüstet. Die Zylinderbohrungen 13 und 14 sind axial aufeinander ausgerichtet, um so eine Vielzahl von Paaren (fünf Paaren in dem gezeigten Ausführungsbeispiel) zu bilden, und die Vielzahl von Paaren an Zylinderbohrungen 13 und 14 sind in gleichen Winkelabständen rund um die Rotationsachse der Antriebswelle 7 angeordnet, wie dies am besten in den Fig. 4 und 5 zu sehen ist. Es sei hier darauf hingewiesen, daß die Zylinderbohrungen außer den Zylinderbohrungen 13 und 14, die in Fig. 1 gezeigt sind und die in den Fig. 4 und 5 zusätzlich zu sehen sind, im einzelnen mit Bezugszeichen 13A bzw. 14A bezeichnet sind.

In jedem der Paare an Zylinderbohrungen 13, 14, 13A und 14A ist jeweils ein hin- und herbewegbarer doppelt wirkender Kolben 15 aufgenommen (der Kolben in den Zylinderbohrungen 13A und 14A ist mit dem Bezugszeichen 15A versehen), so daß er in einer hin- und hergehenden Weise bewegt werden kann. Jeder der doppelt wirkenden Kolben 15, 15A wird mittig auf beiden Seiten der Taumelscheibe 10 über ein Paar von halb-sphärischen Schuhen 16 und 17 getragen, und dementsprechend wird, wenn die Taumelscheibe 10 zusammen mit der Antriebswelle 7 gedreht werden, die Kolben 15, 15A axial in den entsprechenden Zylinderbohrungen 13, 14, 13A und 14A hin- und herbewegt.

Ein frontseitiges Gehäuse 18 wird luftdicht an der nach außen weisenden Fläche der frontseitigen Ventilplatte 3 befestigt, und ein rückwärtiges Gehäuse 19 wird luftdicht an die nach außen liegende Seite der rückwärtigen Ventilplatte 4 befestigt.

Die frontseitigen und rückwärtigen Gehäuse 18 und 19 sind mit einer Vielzahl an Stützvorsprüngen 18A und 19A ausgestattet, welche nach innen von den jeweiligen inneren Oberflächen der beiden Gehäuse 18 und 19 vorstehen. Diese Anordnung der Stützvorsprünge 18a und 19a ist am besten in den Fig. 6 bzw. 7 zu sehen.

Die Stützvorsprünge 18a des frontseitigen Gehäuses 18 tragen in axialer Richtung die äußere Laufbahn 8a des frontseitigen konischen Rollenlagers 8 über eine ringförmige Blattfeder 20, welche eine Vorspannung auf die äußere Laufbahn 8a des Lagers 8 aufbringt. Die Stützvorsprünge 19a des rückwärtigen Gehäuses 19 sind in direktem Kontakt mit der äußeren Laufbahn 9a des rückwärtigen konischen Rollenlagers 9.

Die inneren Laufbahnen 8b und 9b der konischen Rollenlager 8 und 9 stützen sich gegen Schultern der ringförmig vorstehenden Teile 7a und 7b der Antriebswelle 7.

Der frontseitige Zylinderblock 1, die frontseitige Ventilplatte 3 und das frontseitige Gehäuse 18 sind sehr fest miteinander über die Schraubenbolzen 21 verbunden. Wenn die Schraubenbolzen 21 eingeschraubt werden, wird die Blattfeder 20 gespannt, um dadurch die Vorspannung auf das frontseitige konische Rollenlager 8 auszuüben, und dementsprechend wird die Vorspannung zu dem rückwärtigen konischen Rollenlager 9 über die Antriebswelle 7 übermittelt; d. h. die Antriebswelle 7 kann wegen der Stützung durch beide konischen Rollenlager 8 und 9 stabil drehen.

Die frontseitigen und rückwärtigen Zylinderblocks 1 und 2, die rückwärtige Ventilplatte 4 und das rückwärtige Gehäuse 19 sind fest miteinander durch lange Schraubenbolzen 22 verbunden. Damit bilden die frontseitigen und rückwärtigen Zylinderblocks 1 und 2, die frontseitigen und rückwärtigen Ventilplatten 3 und 4 und die frontseitigen und rückwärtigen Gehäuse 18 und 19 das gesamte Gehäuse des Verdichters.

Die frontseitigen und rückwärtigen Gehäuse 18 und 19 des Verdichterkörpers sind innen mit Ausstoßkammern 23 bzw. 24 versehen. Die Ausstoßkammern 23 und 24 stehen mit den Kompressionskammern Pa und Pb, die in den jeweiligen Paaren von Zylinderbohrungen 13 und 14, 13A und 14A gebildet werden, über Ausstoßöffnungen 3c und 4c, die in den frontseitigen und rückwärtigen Ventilplatten 3 und 4 vorgesehen sind, in Fließverbindung. Die Kompressionskammern Pa und Pb eines jeden Paars von Zylinderbohrungen 13 und 14, beispielsweise 13A und 14A, werden durch die doppelt wirkenden Kolben 15, z. B. 15A (Fig. 1), als Kammern mit variablem Volumen in den Zylinderbohrungen 13A und 14A definiert und sind axial ausgerichtet auf die Ausstoßöffnungen 3c und 4c. Deshalb sind in der ersten Ausführungsform, die in den Fig. 1 bis 7 gezeigt ist, fünf frontseitige und fünf rückwärtige Ausstoßöffnungen 3c bzw. 4c in der frontseitigen bzw. rückwärtigen Ventilplatte 3 bzw. 4 vorgesehen. Diese Ausstoßöffnungen 3c und 4c werden durch Klappen-Ausstoßventile 31 und 32 geschlossen, welche aber durch einen hohen Druck des komprimierten Kühlmittelgases im Endstadium der Kompression des Kühlmittelgases durch die doppelt wirkenden Kolben 15, 15A geöffnet werden. Die Ausstoßventile 31 und 32 werden durch Rückhalteelemente 33 und 34 jeweils aufgedrückt, welche den Grad der Öffnung der Klappen-Ausstoßventile 31 und 32 bestimmen. Die Ausstoßventile 31 und 32 und die Rückhalteelemente 33 und 34 sind durch Schraubenbolzen 35 und 36 (Fig. 6 und 7) an den frontseitigen bzw. rückwärtigen Ventilplatten 3 und 4 befestigt. Wie in Fig. 1 gezeigt, kommuniziert die frontseitige Ausstoßkammer 23 mit dem externen Kühlkreislauf über eine Auslaßöffnung 25, die in dem frontseitigen Gehäuse 18 eingeformt ist.

Das Bauteil, das mit dem Bezugszeichen 26 versehen ist, ist eine Dichtungslippe, welche rund um den frontseitigen Bereich der Antriebswelle 7 angeordnet ist, um so ein Ausströmen von komprimiertem Kühlmittelgas aus der Ausstoßkammer 23 zur Außenseite des Verdichters zu verhindern.

Ein Paar Drehschieberelemente 27 und 28 sind auf der Antriebswelle 7 auf ringförmig erweiterten Bereichen 7a und 7b der Welle befestigt, so daß sie zusammen mit der Antriebswelle 7 innerhalb der zuvor erwähnten Ventilaufnahmekammern 1a und 2a in eine Richtung Q drehen, wie dies in den Fig. 4 und 5 gezeigt ist. Die Drehschieberelemente 27 und 28 dürfen sich also leicht auf der Antriebswelle 7 in axialer Richtung bewegen.

Dichtungsringe 39 und 40 sind zwischen den mittigen inneren Bohrungen 27f und 28f der jeweiligen Drehschieberelemente 27 und 28 und dem äußeren Umfang der erweiterten Bereiche 7a und 7b der Antriebswelle 7 angeordnet, so daß sich hierzwischen eine luftdichte Abdichtung ergibt.

Wie typischerweise in Fig. 2 gezeigt ist, ist die Ventilaufnahme-Kammer 1a des frontseitigen Zylinderblocks 1 als eine axial geneigte oder konische Bohrung mit einer zylindrischen inneren Wandung ausgebildet, welche axial konvergiert vom linker Hand gezeigten Ende des Zylinderblocks 1 in Richtung zur Mitte des Verdichtergehäuses. Die Ventilaufnahme-Kammer 2a des rückwärtigen Zylinderblocks 2 weist eine ähnliche Konstruktion zu der zuvor genannten Ventilaufnahme-Kammer 1a auf.

Die Drehscheibenelemente 27 und 28 sind mit konischen Außenumfangsflächen 27c und 28c ausgestattet, welche komplementär in die konvergierenden inneren Wandungen der Ventilaufnahme-Kammern 1a und 2a passen. Wie aus Fig. 2 deutlich wird, wird insbesondere eines der Drehschieberelemente 27 bzw. 28, beispielsweise das Drehschieberelement 27, in einer solchen Art und Weise angeordnet, daß ein Ende 27a eines Bereichs mit großem Durchmesser in Richtung zur frontseitigen Ausstoßkammer 23a weist und ein Ende 27b eines Bereichs mit kleinem Durchmesser in Richtung zu der Taumelscheibenkammer 11 weist. Es versteht sich, daß das Drehschieberelement 28 vergleichbar angeordnet ist. So wird an einem Ende 28a eines Bereichs mit großem Durchmesser das Drehschieberelement 28 auf die rückwärtige Ausstoßkammer 24 ausgerichtet, und ein Ende 28b eines Bereichs mit kleinem Durchmesser des Drehschieberelements 28 ist in Richtung zu der Taumelscheibenkammer 11 ausgerichtet.

Wie in den Fig. 1 und 2 gezeigt, sind die Drehschieberelemente 27 und 28 mit Saugkanälen 29 und 30 versehen, welche Einlässe 29a und 30a aufweisen, die gegen die Enden 27b bzw. 28b mit dem kleinen Durchmesser sich öffnen und Auslässe 29b und 30b, die sich jeweils in den äußeren Umfängen 27c und 28c öffnen.

Beispielhaft wird in Fig. 3 eines der beiden Drehschieberelemente 27 und 28 gezeigt, d. h. hier das Drehschieberelement 27, das zusätzlich mit einem ersten Schmiermittelkanal 27d, ausgebildet als L-förmige Nut, welche durch den Endbereich des Bereichs mit großem Durchmesser 27a verläuft und der konischen äußeren Umfangsfläche 27c, ausgebildet ist. Die konische äußere Umfangsfläche 27c des Drehschieberelements 27 ist außerdem mit einem zweiten Schmiermittelkanal 27e ausgestattet, in Form einer sich linear erstreckenden Nut. Der erste Schmiermittelkanal 27d in der konischen äußeren Umfangsfläche 27c weist ein Ende auf, welches benachbart zu einem Ende des Saugkanals 29 angeordnet ist, wie dies insbesondere aus Fig. 3 entnommen werden kann. Das heißt, der erste Schmiermittelkanal 27d kann einen Teil des Kühlmittelgases, welches aus der Ausstoßkammer 23 fließt, einfangen und die konische äußere Umfangsfläche 27c mit dem nebelförmigen oder flüssigen Schmieröl, das von dem Kühlmittelgas mitgeführt wird, schmieren. Deshalb wird, wenn das Drehschieberelement 27 in engem Kontakt mit der konischen inneren Wandung der Ventilaufnahme-Kammer steht, der Kontaktbereich der konischen äußeren Umfangsfläche 27c des Drehschieberelements 27 und die innere Wandung der Ventilaufnahme-Kammer 1a konstant geschmiert.

Ein zweiter Schmiermittelkanal 27e des Drehschieberelements 27 ist vorgesehen, um eine Verbindung zwischen dem Ende 27b mit kleinem Durchmesser, welches gegen die Taumelscheibenkammer 11 liegt, und dem Auslaß 29b des Saugkanals 29 zu schaffen. Deshalb wird ein Teil des Kühlmittelgases in der Taumelscheibenkammer 11 in den zweiten Schmiermittelkanal 27e eingeführt. Entsprechend wird nebelförmiges oder flüssiges Öl, welches in dem Kühlmittelgas enthalten ist, ebenso konstant die konische äußere Umfangsfläche 27c des Drehschieberelements 27 während der Drehbewegung des Drehschieberelements 27 in der Ventilaufnahme-Kammer 1a schmieren. Dadurch kann das Drehschieberelement 27 ruhig in der Ventilaufnahme-Kammer 1a drehen, während trotzdem ein enger Kontakt zwischen der inneren Wandung der Ventilaufnahme-Kammer 1a aufrechterhalten wird. In der Konsequenz kann eine lange Betriebslebensdauer des Ventils selbst als auch der Ventilaufnahme-Kammer 1a gesichert werden. Es sei jedoch betont, daß das Vorsehen der ersten und der zweiten Schmiermittelkanäle 27d und 27e so gewählt ist, daß keine direkte Verbindung zwischen der Taumelscheibenkammer 11 und der Ausstoßkammer 23 geschaffen wird, welche voneinander während des Betriebs des Verdichters gasdicht isoliert sein müssen.

Das Drehschieberelement 28 ist auf der rückwärtigen Seite des Verdichters angeordnet und ist ebenso mit identischen ersten und zweiten Schmiermittelkanälen 28d und 28e ausgerüstet (Fig. 1), um dadurch die konische äußere Umfangsfläche 28c und das Drehschieberelement 28 während des Betriebs des Verdichters zu schmieren, und dementsprechend kann das Drehschieberelement 28 ruhig in der Ventilaufnahme-Kammer 2a drehen.

Bezugnehmend insbesondere auf die Fig. 1 und 4 ist darauf hinzuweisen, daß die innere Wandung der Ventilaufnahme-Kammer 1a mit Ansaugöffnungen 1b versehen ist, deren Zahl identisch ist mit der Zahl der frontseitigen Zylinderbohrungen 13, 13A. Die Ansaugöffnungen 1b sind in gleichen Winkelabständen angeordnet, so daß jeweils eine der Ansaugöffnungen 1b gegen eine der frontseitigen Zylinderbohrungen 13, 13A öffnet und so daß die jeweiligen Ansaugöffnungen 1b sukzessive mit dem Auslaß 29b des Ansaugkanals 29 des Drehschieberelements 27 in Abhängigkeit der Drehbewegung des Drehschieberelements 27 verbunden werden.

Ähnlich gilt dies, wie in den Fig. 1 und 5 gezeigt ist, für die innere Wandung der Ventilaufnahme-Kammer 2a, welche mit den Ansaugöffnungen 2b versehen ist, deren Zahl identisch mit der Zahl der rückwärtigen Zylinderbohrungen 14, 14A ist. Die Ansaugöffnungen 2b sind in gleichen Winkelabständen angeordnet, so daß jeweils einer der Ansaugöffnungen 2b zu einer der rückwärtigen Zylinderbohrungen 14, 14A öffnet, so daß jeweils die Ansaugöffnung 2b sukzessive mit dem Auslaß 39 b des Ansaugkanals 30 des Drehschieberventils 28 in Abhängigkeit der Drehung des Drehschieberelements 28 verbunden wird.

Der Verdichter, wie er in den Fig. 1, 4 und 5 gezeigt ist, ist in einem Zustand, in dem eine Vielzahl von doppelt wirkenden Hubkolben 15, d. h. hier der Kolben 15A, in eine Stellung bewegt ist, welche dem oberen Totpunkt desselben entspricht mit Bezug zu der frontseitigen Zylinderbohrung 13A und dementsprechend beim unteren Totpunkt mit Bezug auf die rückwärtige Zylinderbohrung 14A. Wenn der doppelt wirkende Kolben 15A eine Hubbewegung ausführt, um sich von dem gezeigten oberen Totpunkt gegen den unteren Totpunkt zu bewegen und dabei einen Saughub ausführt betreffend die Zylinderbohrung 13A, wird das Drehschieberelement 27 in eine Position gedreht, wo der Saugkanal 29 des Drehschieberelements 27 mit der Kompressionskammer Pa der Zylinderbohrung 13A in Verbindung steht. Dementsprechend wird das Kühlmittelgas, das im Zustand vor der Kompression sich in der Taumelscheibenkammer 11 befindet, in die Kompressionskammer Pa der Zylinderbohrung 13A über den Saugkanal 29 eingesogen.

Während der doppelt wirkende Hubkolben 15A den Saughub bezüglich der frontseitigen Zylinderbohrung 13A ausführt, führt derselbe Kolben 15A einen Ausstoßhub aus mit Bezug auf die rückwärtige Zylinderbohrung 14A, wobei er sich vom unteren Totpunkt zum oberen Totpunkt betreffend die Zylinderbohrung 14A bewegt. Während dem Ausstoßhub des doppelt wirkenden Kolbens 15A mit Bezug auf die rückwärtige Zylinderbohrung 14A wird das Drehschieberelement 28 in eine Stellung gedreht, in der der Saugkanal 30 des Drehschieberelements 28 von der Kompressionskammer Pb der Zylinderbohrung 14A isoliert ist. Dementsprechend wird komprimiertes Kühlmittelgas in der Kompressionskammer Pb der Zylinderbohrung 14A das Ausstoßventil 23a in die Offenstellung bewegen und sich dadurch in die Ausstoßkammer 24 des rückwärtigen Gehäuses über die Ausstoßöffnung 4c entladen.

Die zuvor beschriebenen Saug- und Ausstoßbetriebsabläufe für das Kühlmittelgas werden durch den doppelt wirkenden Hubkolben 15A gemeinsam mit den Drehschieberelementen 27 und 28 für das eine Paar an Zylinderbohrungen 13A und 14A ausgeführt, wie das in identischer Weise bei den anderen jeweiligen doppelt wirkenden Hubkolben 15 für die Kompressionskammern P der Paare an Zylinderbohrungen 13 und 14 gemeinsam mit den Drehschieberelementen 27 und 28 der Fall ist.

Die Antriebswelle 7 weist ein Ende (ein frontseitiges Ende) auf, welches nach außen aus dem frontseitigen Gehäuse 18 vorsteht und das andere Ende (ein rückwärtiges Ende) erstreckt sich in die rückwärtige Ausstoßkammer 24 des rückwärtigen Gehäuses 19. Die Antriebswelle ist mittig mit einem axialen Ausstoßkanal 37 versehen, der sich zu der Ausstoßkammer 24 hin öffnet. Der axiale Ausstoßkanal 37 erstreckt sich mittig von dem frontseitigen Ende aus und steht in Verbindung mit der frontseitigen Ausstoßkammer 23 über Verbindungsöffnungen 38. So werden die frontseitigen und rückwärtigen Ausstoßkammern 23 und 24 gegenseitig über den Ausstoßkanal 37 und die Verbindungsöffnungen 38 miteinander verbunden. Als Folge davon strömt komprimiertes Kühlmittelgas, welches in die Ausstoßkammer 24 gelangt, kontinuierlich in die Ausstoßkammer 23.

Aus der vorhergehenden Beschreibung wird deutlich, daß die Drehschieberelemente 27 und 28, welche mit der Antriebswelle 7 drehen, in der Lage sind, nacheinander eine Vielzahl an Paaren von Zylinderbohrungen 13, 14, 13A und 14A mit dem Kühlmittelgas vor der Kompression zu versorgen, ohne daß vorstehend beschriebene Probleme mit den herkömmlichen Klappen-Saugventilen auftreten. Insbesondere werden die Probleme mit der Verzögerung der Öffnung der Klappen-Saugventile, die negativ von dem Schmiermittelöl, was an den Ventilen hängt, beeinflußt wird und das ungenügende Ausmaß an Saugleistung für das Kühlmittelgas durch die Nachgiebigkeit der Klappenventile durch den Einsatz der Drehschieberelemente 27 und 28 vermieden. Die Drehschieberelemente 27 und 28 sind in der Lage, das Kühlmittelgas vor der Kompression unmittelbar in die Kompressionskammern Pa und Pb einströmen zu lassen, sobald der Druckwert in den Kompressionskammern Pa und Pb unterhalb des in der Taumelscheibenkammer 11 herrschenden Druckes liegt als Folge der Hin- und Herbewegung des doppelt wirkenden Kolbens 15. Dementsprechend wird der Hubkolben-Kühlmittelverdichter nach einer ersten Ausführungsform der Erfindung mit den Drehschieberelementen 27 und 28 ausgerüstet und ist in der Lage, einen verbesserten volumetrischen Kompressionswirkungsgrad, verglichen mit den herkömmlichen Verdichtern, die mit Klappen-Saugventilen ausgerüstet sind, zu zeigen.

Ferner brauchen die frontseitigen und rückwärtigen Zylinderblocks 1 und 2, da das Kühlmittelgas vor der Kompression in der Taumelscheibenkammer 11 in die Kompressionskammern P (Pa und Pb) in den jeweiligen Paaren von Zylinderbohrungen 13, 14, 13A und 14A durch die Saugkanäle 29 und 23 der Drehschieberelemente 27 und 28 eingesogen wird, keine Saugkanäle aufzuweisen, wie dies bei den Zylinderblocks der herkömmlichen Hubkolbenverdichter der Fall ist. Darüber hinaus gilt, da das komprimierte Kühlmittelgas in der rückwärtigen Ausstoßkammer 24 des Verdichters der vorliegenden Ausführungsform gesammelt und in die frontseitige Ausstoßkammer 23 über den axialen Ausstoßkanal 37 der Antriebswelle 7 geleitet wird und zu dem externen Kühlmittelkreislauf über die Auslaßöffnung 25 gegeben wird, daß die frontseitigen und rückwärtigen Zylinderblocks 1 und 2 keine Ausstoßkanäle aufweisen.

Die zuvor erwähnte Vermeidung der Ansaug- und Ausstoßkanäle in den frontseitigen und rückwärtigen Zylinderblocks 1 und 2 erlaubt einen verminderten Winkelabstand zwischen zwei im Kreisumfang benachbarten Zylinderbohrungen der Vielzahl an Paaren von Zylinderbohrungen 13 und 14 in den frontseitigen und rückwärtigen Zylinderblocks 1 und 2. Dadurch wird es möglich, den Durchmesser eines Kreises, entlang welchem die Zylinderbohrungen angeordnet sind, zu vermindern, ohne den Bohrungsdurchmesser der entsprechenden Zylinderbohrungen 13, 14, 13A und 14A zu vermindern. Folglich können die Durchmesser der Zylinderblocks 1 und 2 vermindert werden, was in einer Verminderung des Durchmessers und des Gewichts des gesamten Verdichters resultiert.

Darüber hinaus kann bei dem Verdichter gemäß dem ersten erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel das Kühlmittelgas vor der Kompression sehr schnell in die Kompressionskammern Pa und Pb der Paare an Zylinderbohrungen 13, 14, 13A und 14A eingesaugt werden, sobald das Druckniveau in den Kompressionskammern während der Hin- und Herbewegung der doppelt wirkenden Hubkolben 15, 15A, kleiner wird als das in der Taumelscheibenkammer herrschende, und zwar über die kürzeren Ansaugkanäle 29 und 30 der Drehschieberelemente 27 und 28, verglichen mit den herkömmlichen Verdichtern. Deshalb wird der Fließwiderstand, dem das Kühlmittelgas vor der Kompression während des Ansaugvorgangs ausgesetzt ist, klein gehalten werden. Dementsprechend wird der Druckverlust während des Ansaugvorgangs des Kühlmittelgases deutlich verringert werden, was in einer Verbesserung des Kompressionswirkungsgrades des Verdichters resultiert.

Darüber hinaus kann das Kühlmittelgas, das unter hohem Druck steht, da die Drehschieberelemente 27 und 28 mit den konischen äußeren Umfangsflächen 27c und 28c in der Lage sind, in sehr engem Kontakt mit der geneigten inneren Wandung der Ventilaufnahme-Kammern 1a und 2a zu verweilen, nicht aus den Ausstoßkammern 23 und 24 in die Taumelscheibenkammer 11 durch zwischen den konischen äußeren Umfangsflächen 27c und 28c und den inneren Wandungen der Ventilaufnahme-Kammern 1a und 2a während des Betriebs des Verdichters strömen. Insbesondere sind die Endbereiche 27a und 28a mit großem Durchmesser der Drehschieberelemente 27 und 28 den Ausstoßkammern 23 und 24 ausgesetzt, d. h. den Bereichen, in denen ein hoher Druck des komprimierten Kühlmittelgases herrscht, und die Endbereiche 27b und 28b mit kleinem Durchmesser der Drehschieberelemente 27 und 28 sind direkt in Verbindung mit der Taumelscheibenkammer 11, in der ein niedriger Druck des Kühlmittelgases vor der Kompression herrscht. Dadurch werden beide Drehschieberelemente 27 und 28, die in den Ventilaufnahmekammern 1a und 2a drehen, konstant gegen die jeweiligen Stellungen, in denen die konischen äußeren Umfangsflächen 27c und 28c in luftdichtem Kontakt mit den konischen inneren Wandungen der Ventilaufnahmekammern 1a und 2a stehen, während des Betriebs des Kompressors gedrückt. Deshalb kommt kein Lecken des komprimierten Kühlmittelgases zwischen den konischen äußeren Umfangsflächen 27c und 28c und den inneren Wandungen der Ventilaufnahmekammern 1a und 2a vor.

Die Dichtungsringe 39 und 40 sind in der Lage zu verhindern, daß das komprimierte Kühlmittelgas durch zwischen den mittigen, inneren Bohrungen 27f und 28f der Drehschieberelemente 27 und 28 und der äußeren Oberfläche der Antriebswelle 7 leckt. In diesem Zustand werden die Drehschieberelemente 27 und 28 und die Antriebswelle 7 immer zusammen gedreht und dementsprechend werden die Dichtungsringe 29 und 40 nicht relativ zu den Drehschieberelementen 27 und 28 und der Antriebswelle 7 gedreht. Dadurch findet kein Abrieb der Dichtungsringe 39 und 40 statt.

Aus dem Vorhergehenden wird verständlich, daß, weil die Drehschieberelemente 27 und 28 vollständig ein Lecken des komprimierten Gases aus den Hochdruckbereichen, d. h. den Ausstoßkammern 23 und 24, in Richtung einer Region mit niedrigem Druck, d. h. der Taumelscheibenkammer 11, verhindern können, der volumetrische Wirkungsgrad bei der Kompression des Kühlmittelgases bei einem Verdichter gemäß den Fig. 1-7 verbessert wird.

Es sei betont, daß die Drehschieberelemente 27 und 28 in den Verdichter eingebaut werden, indem sie lediglich auf die erweiterten Bereiche 7a und 7b der Antriebswelle 7 aufgesetzt werden, und der Zusammenbau der Drehschieberelemente kann einfacher erfolgen als im Fall der konventionellen Klappenventile, was den Ablauf des Zusammenbaus der kompletten Verdichter vereinfacht.

Ferner sind die Drehschieberelemente 27 und 28 mit den konischen äußeren Umfangsflächen 27c und 28c versehen, welche konstant in luftdichtem Kontakt mit den Ventilaufnahme-Kammern 1a und 2a stehen, welche mit den komplementären konischen inneren Wandungen ausgestattet sind, unter Ausnutzung des Druckunterschiedes zwischen den Drücken des komprimierten Kühlmittelgases und des Kühlmittelgases vor der Kompression. Dadurch wird, sogar wenn die konischen äußeren Umfangsflächen 27c und 28c und die komplementären konischen inneren Wandungen der Ventilaufnahme-Kammern durch Reibung während einer langen Betriebsdauer des Verdichters abgenutzt sind, ein luftdichter Kontakt zwischen den konischen äußeren Umfangsflächen 27c und 28c der Drehschieberelemente 27 und 28 und den konischen inneren Wandungen der Ventilaufnahme-Kammern 1a und 2a nicht verändert. Der unveränderte luftdichte Kontakt zwischen den beiden Drehschieberelementen und den korrespondierenden Kammern kann erhalten werden, auch wenn der Koeffizient der linearen Ausdehnung der Drehschieberelemente 27 und 28 unterschiedlich ist von dem der Zylinderblocks 1 und 2. Somit können die Drehschieberelemente 27 und 28 eine gasdichte Isolierung des hohen Drucks der Ausstoßkammern 23, 24 von dem niedrigeren Druck der Taumelscheibenkammer 11 garantieren. Eine Änderung der Temperatur innerhalb des Verdichters beeinflußt ebenfalls die luftdichte Abdichtfunktion der Drehschieberelemente 27 und 28 nicht negativ, und gegebenenfalls können die Drehschieberelemente 27 und 28 aus einer Vielzahl von bekannten Kunststoffmaterialien hergestellt sein.

Die Fig. 8-10 zeigen eine zweite Ausführungsform der Erfindung, bei der der Hubkolben-Kühlmittelverdichter ein Verdichter mit einer in ihrer Neigung einstellbaren Taumelscheibe und mit einer Vielzahl an Hubkolben ist.

Der in Fig. 8 gezeigte Verdichter umfaßt einen Verdichterkörper, der durch einen Zylinderblock 41 und durch ein frontseitiges und rückwärtiges Gehäuse 42 und 43 gebildet wird und eine axiale Antriebswelle 44, die über konische Rollenlager 56a und 56b drehbar gelagert in dem Zylinderblock 41 und dem frontseitigen Gehäuse 42 des Kompressorkörpers gehalten ist.

Ein Drehlagerelement 45 ist fest auf der Antriebswelle 44 befestigt und ist mit dem drehbaren Antriebselement 46 über einen Arm 45a verbunden, welcher ein durchgehendes Langloch 45b aufweist, in welchem ein Stift 47 mittels des drehbaren Antriebselements 46 beweglich gehalten wird. Das drehbare Antriebsteil 46 ist neigbar verschwenkbar über Lagerstifte 48a gehalten, welche seitlich aus einer Führungsbuchse 48 hervorstehen, welch letztere auf der Antriebswelle 44 axial verschieblich gehalten ist. Das drehbare Antriebsteil 46 stützt eine nicht drehbare Taumelscheibe 49 über ein Drucklager und ein ringförmiges Gleitlager, welches auf einem zylindrischen Flanschbereich des Antriebsteils 46 eingepaßt ist.

Die Taumelscheibe 49 ist kraftschlüssig verbunden mit einer Vielzahl von einfach wirkenden Hubkolben 50, 50A und 50B, welche verschieblich in einer korrespondierenden Anzahl von Zylinderbohrungen 41a (sechs Bohrungen in dem gezeigten Ausführungsbeispiel) über jeweilige Verbindungsstangen 50A verbunden.

Die Drehbewegung der Antriebswelle 44 wird in eine nutierende Bewegung der Taumelscheibe 49 über die Lagerstifte 48a, über das Drehlager und die Antriebsteile 45 und 46 übertragen. Auf diese Weise veranlaßt die Nutation der Taumelscheibe 49 eine Hubbewegung der Vielzahl an einfach wirkenden Kolben 50, 50A, 50B in den jeweiligen Zylinderbohrungen 41a.

Eine Ventilplatte 51, eine ein Ventil bildende Platte 52 und eine Rückhalteplatte 53a sind zwischen dem rückwärtigen Ende des Zylinderblocks 41 und einem rückwärtigen Gehäuse 43 fest miteinander verbunden. Das rückwärtige Gehäuse 43 weist eine sich ringförmig erstreckende Ausstoßkammer 43a auf und steht über Ausstoßöffnungen 51a, welche in der Ventilplatte 51 vorhanden sind, in Fließverbindung mit den Kompressionskammern P, P1, P2, die in den jeweiligen Zylinderbohrungen 41a ausgebildet sind. Blatt-Ausstoßventile 52a sind in der Ventile bildenden Platte 52 so angeordnet, daß sie offenbar die Ausstoßöffnungen 51a auf der zur Ausstoßkammer 43a hinweisenden Seite verschließen. Die Rückhalteplatte 53a ist so angeordnet, um das Ausmaß der Öffnung der Blatt-Ausstoßventile 52a zu definieren.

Das zuvor beschriebene Verdichtergehäuse weist eine Ventilaufnahme-Kammer Rc auf, die durch zwei aneinander angrenzende bohrungsähnliche Kammern 41b und 43b gebildet wird. Die erstere Kammer 41b ist mittig in dem rückwärtigen Endbereich des Zylinderblocks 41 ausgebildet, und die letztere Kammer 43b ist mittig in dem Endbereich des rückwärtigen Gehäuses 43 ausgebildet. Ein rückwärtiges Ende 44a der Antriebswelle 44 erstreckt sich in die Kammer 41b der Ventilaufnahme-Kammer Rc.

Die Ventilaufnahme-Kammer Rc ist im wesentlichen als eine axial konvergierende, konische Kammer ausgebildet, welche einen Bereich mit kleinem Durchmesser am hintersten Ende der Kammer 43b aufweist und einen Bereich mit großem Durchmesser an dem vordersten Ende der Kammer 41b. Innerhalb der Ventilaufnahme-Kammer Rc ist ein Drehschieberelement 54 angeordnet, welches eine sich konisch verjüngende äußere Umfangsfläche 54c aufweist, welche komplementär mit der inneren konischen Wandung der Ventilaufnahme-Kammer Rc ist.

Wie deutlich in Fig. 8 gezeigt wird, liegt ein rückwärtiges Ende 54a mit kleinem Durchmesser des Drehschieberelements 54 gegenüber dem rückwärtigen Ende der konischen Kammer 43b, wobei ein geringer Zwischenraum dazwischen verbleibt. Ein Ende 54b mit großem Durchmesser des Drehschieberelements 54 ist mit dem rückwärtigen Ende 44a der Antriebswelle 44 über ein Kopplungsglied 55 verbunden, welches in ein mittiges Loch am Ende 54b mit großem Durchmesser eingepaßt ist. Das rückwärtige Ende 44a der Antriebswelle 44 ist in das Kopplungselement 55 in nicht drehbarer Weise aber axial verschieblich eingepaßt. Das Drehschieberelement 54 kann in der Ventilaufnahme-Kammer Rc in einer vorgegebenen Richtung, wie sie durch den Pfeil R in Fig. 9 gezeigt ist, drehen.

Das Drehschieberelement 54 ist mit einem vertiefungsartigen Saugkanal 57 versehen, welcher einen Einlaß 57a aufweist, der am Endbereich 54a mit kleinem Durchmesser angeordnet ist und der in der Kammer 43b des rückwärtigen Gehäuses 43 angeordnet ist und einen Auslaß 57b, der in die konische äußere Umfangswandung 54c an einer Stelle benachbart zum Ende 54b mit großem Durchmesser eingeformt ist. Der Einlaß 57a des Saugkanals 57 ist mit einer Einlaßöffnung 43c des rückwärtigen Gehäuses 43 verbunden zur Schaffung eines Einlasses für Kühlmittelgas von einem externen Kühlmittelkreislauf. Die Einlaßöffnung 43c in Form einer axialen Bohrung, die mittig im rückwärtigen Gehäuse 43 vorgesehen ist, ist so gewählt, daß sie an die Kammer 43b der Ventilaufnahme-Kammer Rc grenzt. Dadurch wird das Kühlmittelgas, das von dem externen Kühlmittelkreislauf zurückkehrt, konstant in die Saugkammer 57 des Drehschieberelements 54 eingeführt. Der Auslaß 57b des Saugkanals 57 hat die Form einer umfangsmäßigen Öffnung, wie dies am besten aus Fig. 10 deutlich wird.

Eine Vielzahl von Ansaugöffnungen 41c, deren Zahl identisch ist mit der der Zylinderbohrungen 41a, sind in dem Zylinderblock 41 vorgesehen und rings um die Kammer 41b der Ventilaufnahme-Kammer Rc angeordnet, so daß sich ein gleichmäßiger Winkelabstand zwischen ihnen ergibt. Jede der Ansaugöffnungen 41c erstreckt sich in radialer Richtung und weist eine Öffnung am inneren Ende in der inneren Wandung der Ventilaufnahme-Kammer Rc auf und ist in der Lage, zyklisch mit dem Saugkanal 57 über den kreisumfangsmäßigen Auslaß 57b verbunden zu werden.

In den Fig. 8 und 9 ist der Kolben 50A in eine Position bewegt dargestellt, die dem oberen Totpunkt in der korrespondierenden einen Zylinderbohrung 41a entspricht, und der Kolben 50B ist davon in einem Winkelabstand von 180° vom Kolben 50A angeordnet und ist in einer Position entsprechend dem unteren Totpunkt in einer der entsprechenden Zylinderbohrungen 41a dargestellt. Wenn das Kühlmittelgas in die Kompressionskammern P, P1, P2 eingesaugt wird, wird es in den jeweiligen Zylinderbohrungen 41a durch die Kolben 50, 50A, 50B während des Kompressionshubes der Kolben komprimiert, welche sich vom unteren Totpunkt zum oberen Totpunkt bewegen. Das komprimierte Kühlmittelgas wird aus den Kompressionskammern P, P1, P2 in die Ausstoßkammer 43a des rückwärtigen Gehäuses 43 im letzten Stadium des Kompressionshubes des jeweiligen Hubkolbens 50, 50A, 50B ausgestoßen.

Bekanntlich wird bei den Taumelscheiben-Kühlmittelverdichtern mit variablem Hub das Ausmaß des Hubs der jeweiligen Kolben 50, 50A, 50B in Abhängigkeit der Veränderung des Differenzdrucks zwischen dem Druck der in einem Kurbelgehäuse 42a des frontseitigen Gehäuses 42 herrscht und dem Druck, der in der Ausstoßkammer 43a des rückwärtigen Gehäuses 43 herrscht, bestimmt und verändert. Die Änderung in dem Ausmaß des Hubs der jeweiligen Kolben 50, 50A, 50B bewirkt eine Änderung in dem Anstellwinkel der Taumelscheibe 49 bezüglich einer Ebene, die senkrecht zur Drehachse der Antriebswelle 44 steht, und dementsprechend wird der Hub des Verdichters verändert. Wenn der Druckwert in dem Kurbelgehäuse 42a geregelt bzw. gesteuert wird, kann die Veränderung in dem zuvor beschriebenen Hub des Verdichters zum Anpassen geändert werden und die Steuerung bzw. Regelung des Druckwertes in dem Kurbelgehäuse 42a kann durch Zuführen von Hochdruck-Kühlmittelgas in das Kurbelgehäuse 42a und durch geeignetes Entfernen von Kühlmittelgas aus dem Kurbelgehäuse 42a in Richtung zum Ansaugdruckbereich erreicht werden, d. h. einer Region, die direkt mit den Einlaßöffnungen 43c über einen bekannten Hubsteuerungsmechanismus (nicht gezeigt in den Fig. 8-10) kommuniziert.

Das Kurbelgehäuse 42a des frontseitigen Gehäuses 42 ist konstant auf einem Druckwert gehalten, welcher höher ist als der in dem Ansaugdruckbereich.

Während des Betriebs des Verdichters wirkt der Druck, der im Kurbelgehäuse 42a herrscht, auf das Ende 54b mit großem Durchmesser des Drehschieberelements 54 und der Druck, der an der Einlaßöffnung 43c herrscht, wirkt auf das Ende 54a mit dem kleinen Durchmesser des selben Elements 54. Deshalb wird das Drehschieberelement 54, das in der Ventilaufnahme-Kammer Rc sich dreht, in axialer Richtung gedrückt und in der Ventilaufnahme-Kammer Rc gegen das rückwärtige Ende des Kompressorgehäuses bewegt. Dementsprechend wird die konische äußere Umfangsfläche 54c des Drehschieberelements 54 gegen die konische innere Wandung der Ventilaufnahme-Kammer Rc gedrückt, d. h. die konische innere Wandung der Kammern 41b und 43b. Dadurch kommt ein Lecken des Kühlmittelgases von dem Hochdruckbereich des Kurbelgehäuses 42a in Richtung zu der Einlaßöffnung 43c mit niedrigem Druck nicht vor.

Wie deutlich in Fig. 10 gezeigt ist, ist das Drehschieberelement 54 mit einem ersten und einem zweiten Schmiermittelkanal 54d und 54e versehen, ähnlich den ersten und zweiten Schmiermittelkanälen 27d und 27e des Drehschieberelements 27 (Fig. 2) des zuvor beschriebenen ersten Ausführungsbeispiels. Der erste Schmiermittelkanal 54d ist vorgesehen, um eine Fluidverbindung mit dem Auslaß 57b des Ansaugkanals 57 des Drehschieberelements 54 zu schaffen. In dieser Weise sind der erste und der zweite Schmiermittelkanal 54d und 54e in der Lage, nebelförmiges oder flüssiges Öl, das in dem Kühlmittelgas enthalten ist, zu der sich konisch verjüngenden äußeren Umfangsfläche 54c des Drehschieberelements 54 und der konischen inneren Wandung der konischen Kammern 41b und 43b zu bringen. Deshalb ist nicht nur eine ruhige Drehbewegung des Drehschieberelements 54 sichergestellt, sondern ebenso eine Abrasion der äußeren Umfangsfläche desselben Elements 54 und der inneren Wandung der Ventilaufnahme-Kammer Rc verhindert.

Aus den Fig. 8 und 10 kann ersehen werden, daß der erste und zweite Schmiermittelkanal 54d und 54e des Drehschieberelements 54 so ausgebildet sind, daß sie konstant eine begrenzte Fließverbindung zwischen dem Kurbelgehäuse 42a und dem Ansaugdruckbereich, wie z. B. der Einlaßöffnung 43c des rückwärtigen Gehäuses 43, herstellen. Deshalb sind der erste und zweite Schmiermittelkanal 54d und 54e in der Lage, als Kanäle für einen Nebenschlußfluß des Gases aus dem Kurbelgehäuse 42 zu fungieren, welches in den Bereich des Ansaugdruckes zurückgeleitet wird.

Eine Beschreibung einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird im folgenden anhand der Fig. 11 vorgenommen, in der die einzelnen Teile und Elemente, die im wesentlichen identisch sind mit denen der ersten Ausführungsform, mit denselben Bezugszeichen und Buchstaben versehen sind wie bei der ersten Ausführungsform.

In Fig. 11 ist ein Hubkolben-Kühlmittelverdichter gezeigt, der als Taumelscheibenkompressor ausgebildet ist, dessen innerer Aufbau im wesentlichen derselbe ist wie bei dem Verdichter der Fig. 1. D. h. der Verdichter in der dritten Ausführungsform ist mit einer Vielzahl von doppelt wirkenden Hubkolben 15A ausgestattet, einer entsprechenden Zahl von Paaren von frontseitigen und rückwärtigen Zylinderbohrungen 13A, 14A zur Aufnahme der doppelt wirkenden Kolben 15A und einer Taumelscheibe 10, welche auf einer drehbaren Antriebswelle 7 befestigt ist, so daß sie in der Taumelscheibenkammer 11 rotiert, welche zur Aufnahme von Kühlmittelgas fungiert, welches von einem externen Kühlmittelkreislauf über eine Einlaßöffnung 12 eingeführt wird. Der Verdichter ist außerdem mit einem Paar von frontseitigen und rückwärtigen Drehschieberelementen 58 und 59 mit konischen äußeren Umfangsflächen 58c bzw. 59c versehen. Die Drehschieberelemente 58 und 59 sind auf erweiterten Bereichen 7a und 7b der Antriebswelle 7 montiert, so daß sie sich mit dieser zusammen drehen und werden in bohrungsähnlichen Ventilaufnahmekammern 1a und 2a der frontseitigen bzw. rückwärtigen Zylinderblocks 1 bzw. 2 aufgenommen.

Die Ventilaufnahmekammern 1a und 2a sind jedoch mit einer konischen inneren Wandung versehen, die sich axial gesehen nach außen verjüngt. D. h. in Richtung der Neigung der Ventilaufnahme-Kammern 1a und 2a und damit entgegengesetzt zu der im ersten Ausführungsbeispiel der Fig. 1 gezeigten. Deshalb wirkt ein Druck des Kühlmittelgases, welcher in dem Saugdruckbereich herrscht, d. h. in der Taumelscheibenkammer 11, auf die Enden 58a und 59a mit großem Durchmesser der jeweiligen Drehschieberelemente 58 und 59 und der Druck des Kühlmittelgases in der frontseitigen und rückwärtigen Ausstoßkammer 23 und 24 wirkt auf die Enden 58b und 59b mit kleinem Durchmesser.

In der dritten Ausführungsform ist ein Paar Federn 60 und 61 jeweils in die Drehschieberelemente eingebaut, welche die Drehschieberelemente 58 und 59 mit einem Druck beaufschlagen, der diese Elemente in axialer Richtung nach außen drückt. D. h. die Federn 60 und 61 drücken konstant beide Drehschieberelemente 58 und 59 in ihren Positionen in dichtenden Kontakt mit den inneren Wandungen der Ventilaufnahme-Kammern 1a und 2a.

Die geneigten äußeren Umfangsflächen 58c und 59c der Drehschieberelemente 58 und 59 sind mit ersten Schmiermittelkanälen 58d und 59d und mit zweiten Schmiermittelkanälen 58e und 59e jeweils ausgerüstet, die in die Elemente als Nuten, ähnlich zu den als Nuten ausgebildeten ersten und zweiten Schmiermittelkanälen 27d, 28d, 27e und 28e der Drehschieberelemente 27 und 28 der ersten Ausführungsform. Diese ersten und zweiten Schmiermittelkanäle 58d, 59d, 58e und 59e schmieren die konischen äußeren Umfangsflächen 58c und 59c der Drehschieberelemente 58 und 59 und die inneren Wandungen der Ventilaufnahmekammern 1a und 2a mit nebelförmigem oder flüssigem Öl, welches in dem Schmiermittelgas während des Betriebs des Kompressors enthalten ist.

Jede der Federn 60 und 61 ist so konzipiert und ausgebildet, daß sie in der Lage ist, eine elastische Kraft auszuüben, die die Druckdifferenz zwischen den Drucken, die auf die jeweiligen beiden Enden eines jeden der Drehschieberelemente 58 und 59 ausübt, überwindet, so daß die Drehschieberelemente 58 und 59 konstant in die Positionen gedrückt werden, in denen ein dichtender Kontakt mit der inneren Wandung der jeweiligen Ventilaufnehme-Kammern 1a und 2a besteht. D. h. die Federkraft der jeweiligen Federn 60 und 61 wird so vorgegeben, daß sie größer ist als die Druckdifferenz zwischen zwei gegenläufigen Drucken des Kühlmittelgases, welche auf die Enden 58a, 59a, 58b und 59b mit großem und kleinem Durchmesser der Drehschieberelemente 58 bzw. 59 wirken. Die Federkraft der jeweiligen Federn 60 und 61 sollte jedoch so angepaßt sein, daß ein zu starkes Drücken der Drehschieberelemente 58 und 59 gegen die inneren Wandungen der Ventilaufnahme-Kammern 1a und 2a verhindert wird, so daß eine ruhige Drehbewegung der Drehschieberelemente 58 und 59 gesichert ist.

Fig. 12 zeigt eine modifizierte Anordnung eines Drehschieberelementes in der korrespondierenden Ventilaufnahme-Kammer eines Hubkolben-Kühlmittelverdichters.

In Fig. 12 ist das Drehschieberelement 27 identisch mit dem wie es in dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung verwendet wurde und ist auf der Antriebswelle 7 montiert und wird drehbar in einer axial geneigten inneren Wandung der Ventilaufnahme-Kammer 1a aufgenommen. Trotzdem ist die innere Wandung der Ventilaufnahme-Kammer 1a mit einem Schmiermittelkanal 1d ausgebildet, der sich von einer Stelle benachbart zum Ende 27b mit geringem Durchmesser des Drehschieberelements 27 in Richtung zu einem Bereich, der in Kontakt mit der konischen äußeren Umfangsfläche 27c des Drehschieberelements 27 steht, so daß die Umfangsfläche 27c mit nebelförmigem oder flüssigem Öl, welches in dem Kühlmittelgas, das durch den Ansaugkanal 29 des Drehschieberelements 27 gesaugt wird, geschmiert wird. So kann das Drehschieberelement 27 lediglich mit einem ersten Schmiermittelkanal ausgerüstet werden. Es ist klar, daß die Anordnung der Fig. 12 natürlich auch für die Ventilaufnahme-Kammer 2a der zuvor beschriebenen ersten und dritten Ausführungsform und die Kammer Rc der zweiten Ausführungsform angewendet werden kann.

Die Fig. 13-15 dienen zur Erläuterung einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, bei der ein Hubkolbenverdichter wieder als Taumelscheibenverdichter mit doppelt wirkenden Kolben ausgebildet ist, ähnlich dem Verdichter des Ausführungsbeispiels der Fig. 1. Deshalb werden Elemente und Teile, die identisch mit denen der ersten Ausführungsform sind, mit denselben Bezugszeichen und Buchstaben bezeichnet. Ferner wird eine Beschreibung der grundlegenden inneren Konstruktion des Verdichters im folgenden zur Vermeidung von Wiederholung weggelassen und im folgenden die verwendete neue und abweichende Konstruktion im einzelnen beschrieben.

Wenn man das vierte Ausführungsbeispiel der Fig. 13-15 mit der ersten Ausführungsform vergleicht, stellt man fest, daß der Unterschied bei der inneren Konstruktion des Verdichters zwischen den beiden Ausführungsformen darin liegt, daß ein Paar von vorgespannten Federn 70 und 71 in die Drehschieberelemente 27 und 28 eingebaut sind, und zwar in einer Weise, daß jede der Federn 70 und 71 zwischen dem Bereich mit kleinem Durchmesser eines jeden der Drehschieberelemente 27 und 28 und einer inneren Schulter oder einem inneren Rand der Antriebswelle 7 angeordnet ist. Deshalb bringen die vorspannenden Federn 70 und 71 konstant einen Druck auf die entsprechenden Drehschieberelemente 27 und 28, um diese jeweiligen Drehschieberelemente 27 und 28 in Richtung zum Endbereich mit großem Durchmesser der Ventilaufnahme-Kammern 1a und 2a vorzuspannen. Das Vorsehen von vorspannenden Federn 70 und 71 hat den Vorteil, daß in einem Anfangszustand des Betriebs des Verdichters nach einem vorherigen Stillstand desselben, der Verdichter den Verdichtungsbetrieb aufnehmen kann, ohne daß ein physischer oder mechanischer Stoß gegen die Antriebsquelle des Verdichters, z. B. ein Fahrzeugmotor, ausgeübt wird.

In Übereinstimmung mit der Anordnung des Paars an vorspannenden Federn 70 und 71 wird, wenn der Verdichter abgeschaltet wird, der Ausstoßdruck des Kühlmittelgases in den Ausstoßkammern 23 und 24 allmählich abgebaut, bis er im wesentlichen gleich ist mit dem Ansaugdruck des Kühlmittelgases vor der Kompression, wie er in der Taumelscheibenkammer 11 herrscht. Dementsprechend wird durch die Kombination der vorspannenden Kraft der Federn 70 und 71 und des Ansaugdrucks des Kühlmittelgases, der auf die Enden 27b und 28b mit geringem Durchmesser der Drehschieberelemente 27 und 28 wirkt, übersteigt den Ausstoßdruck des Kühlmittelgases, der auf die Enden 27a und 28a mit großem Durchmesser der Drehschieberelemente 27 und 28 wirkt. Deshalb werden die Drehschieberelemente 27 und 28 von ihren Stellungen (Fig. 15), in denen sie in Kontakt mit der inneren Wandung der Ventilaufnahme-Kammern 1a und 2a stehen, in eine Position bewegt, in der schmale Spalte K zwischen den konischen äußeren Umfangsflächen 27c und 28c der Drehschieberelemente und der inneren Wandungen der Ventilaufnahme-Kammern 1a bzw. 2a geschaffen, wie dies deutlich in Fig. 14 gezeigt ist. Wenn die schmalen Spalte K gebildet werden, werden die Drehschieberelemente 27 und 28 gegen die axialen Vorsprünge 3a und 3b der frontseitigen und rückwärtigen Ventilplatten 3 und 4 gedrückt. Folglich sind die Kompressionskammern P, Pa, Pb in den entsprechenden Zylinderbohrungen 13, 13A, 14, 14A in Fluidverbindung mit den Spalten K der Drehschieberelemente 27 und 28.

Sobald der Betrieb des Verdichters gestartet wird, wird ein Teil des Kühlmittelgases in den Kompressionskammern zurückgehalten, in denen die entsprechenden doppelt wirkenden Kolben mit ihrer Hubbewegung beginnen und das Gas fließt zu der Taumelscheibenkammer 11 über die Spalte K, und ein anderer Teil desselben Kühlmittelgases wird in die Ausstoßkammern 23 und 24 ausgestoßen. Andererseits wird ein Druckwert in den Kompressionskammern, in denen die entsprechenden doppelt wirkenden Kolben den Ansaughub beginnen, auf einen Wert vermindert, der unter dem Druckwert, der in der Taumelscheibenkammer 11 herrscht, liegt. Deshalb fließt Kühlmittelgas von der Taumelscheibenkammer 11 zu den Kompressionskammern beim Saughub über den Spalt K. D. h. der Spalt K funktioniert als Bypasskanal für das Kühlmittelgas, so daß unter allen Kompressionskammern der Zylinderbohrungen 13, 13A, 14 und 14A eine Verbindung besteht. Dadurch wird beim anfänglichen Betriebszustand des Verdichters das Pumpen des Kühlmittelgases nicht plötzlich gestartet. Deshalb verursacht der Betriebsbeginn des Verdichters keine Anwendung eines großen Drehmoments auf die Antriebsquelle des Verdichters, z. B. eines Fahrzeugmotors eines Fahrzeugs, bei dem der Verdichter zur Kompression eines Kühlmittelgases des Fahrzeugkühlsystems eingebaut ist. Im Ergebnis kommt eine physikalische oder mechanische Stoßeinwirkung auf das Fahrzeug oder eine entsprechende Geräuschentwicklung nicht vor.

Beim anfänglichen Betriebsbeginn des Verdichters ist das Kühlmittelgas häufig verflüssigt, und das verflüssigte Kühlmittel würde eine große Gegenkraft infolge der Kompression oder des Pumpens des verflüssigten Kühlmittels erzeugen. Solche großen Gegenkräfte beeinflussen die inneren Elemente eines Verdichters negativ. Jedoch können die Spalte K zwischen Drehschieberelementen 27 und 28 und die inneren Wandungen der Ventilaufnahme-Kammern 1a und 2a ein Fließen des verflüssigten Kühlmittels durch sie hindurch erlauben, wenn gepumpt wird. In der Folge kann ein physikalischer oder mechanischer Stoß wiederum verhindert werden.

Wenn der Betrieb des Verdichters fortdauert, wird der Druckwert in den Ausstoßkammern 23 und 24 allmählich angehoben. Dadurch wird der Ausstoßdruck, der auf die Enden 27a und 28a mit großem Durchmesser der Drehschieberelemente 27 und 28 wirkt, allmählich größer als die addierte Kraft der Federkraft der vorspannenden Federn 70 und 71 und des Saugdruckes, der auf die Enden 27b und 28b mit kleinem Durchmesser der Drehschieberelemente 27 und 28 wirkt. Dadurch werden die Drehschieberelemente 27 und 28 in Richtung der Positionen, wie sie in Fig. 15 gezeigt sind, gedrückt und kommen in Kontakt mit den inneren Wandungen der Ventilaufnahme-Kammern 1a und 2a. Deshalb wird eine Leckage von Kühlmittelgas aus dem Bereich des Ausstoßdruckes in Richtung zum Bereich des Ansaugdruckes während des Betriebs des Verdichters verhindert werden.

Aus der vorhergehenden Beschreibung wird deutlich, daß entsprechend der vorliegenden Erfindung aufgrund der Verwendung eines Drehschieberelements oder von Drehschieberelementen mit einer konischen äußeren Umfangsfläche oder Umfangsflächen zum Ansaugenlassen von Kühlmittelgas in die entsprechenden Kompressionskammern des Hubkolbenverdichters eine unmittelbare Ansaugung von großen Mengen an Kühlmittelgas in die Kompressionskammern der jeweiligen Zylinderbohrungen erreicht werden. Deshalb wird der volumetrische Wirkungsgrad bei der Kompression des Kühlmittelgases gesichert. Ferner ist das Vorsehen von Schmiermittelkanälen in den Drehschieberelementen oder in der inneren Wandung der Ventilaufnahme-Kammer geeignet, eine ruhige Drehung der Drehschieberelemente während des Betriebs des Verdichters ohne der Erzeugung von Abrasion an den Drehschieberelementen und der inneren Wandung zu erzeugen, zu sichern.

Darüber hinaus kann der Durchmesser des Verdichtergehäuses bei einem Verdichter der vorliegenden Erfindung vermindert werden, so daß die Herstellung von kleinen Verdichtern mit der Leistung vergleichbar mit herkömmlichen Verdichtern möglich wird.

Claims

1. Hubkolben-Kühlmittelverdichter mit
einem einen Zylinderblock umfassenden Gehäuse;
einer in dem Gehäuse drehbar gelagerten Antriebswelle;
mindestens einer in dem Gehäuse ausgebildeten Gasaufnahmekammer zur Aufnahme von Kühlmittelgas vor der Kompression;
mindestens eine in dem Gehäuse ausgebildete Gasausstoßkammer zur Aufnahme von komprimiertem Kühlmittelgas;
einer Vielzahl von axialen, in dem Zylinderblock ausgebildeten Zylinderbohrungen, die rund um die Rotationsachse der Antriebswelle angeordnet sind;
einer Vielzahl von Hubkolben, welche axial verschieblich in der Vielzahl von Zylinderbohrungen aufgenommen sind und welche in Abhängigkeit der Drehung der Antriebswelle hin- und herbewegt werden, wobei die Hubkolben in den Zylinderbohrungen Verdichtungskammern definieren;
einer Drehschiebervorrichtung, welche so angeordnet ist, daß sie mit der Antriebswelle drehbar ist und welche eine Saugverbindung zum zeitlich mit der Hubbewegung der Hubkolben während der Rotation der Drehschiebervorrichtung abgestimmten Ansaugen von Kühlmittelgas vor der Kompression aus der Gasaufnahmekammer in die jeweiligen Verdichtungskammern;
Mitteln zum Definieren einer rückspringenden Kammer in dem Gehäuse zur Drehaufnahme der Drehschiebervorrichtung, wobei die rückspringende Kammer von einer inneren Wandung umgeben ist, welche axial geneigt und sich ringsum die Rotationsachse der Antriebswelle erstreckt;
wobei die Drehschiebervorrichtung eine äußere Umfangswandung aufweist, welche axial geneigt ist, so daß sich zwei axial gegenüberliegend ein Endbereich mit kleinem und ein Endbereich mit großem Durchmesser ergeben, wobei die äußere Umfangswandung gleitend in die innere Wandung der rückspringenden Kammer paßt; und
einer Vorrichtung zum Ausüben einer im wesentlichen axial wirkenden Kraft auf die Drehschiebervorrichtung, wodurch die Drehschiebervorrichtung in der rückspringenden Kammer in eine Richtung gepreßt wird, bei der die äußere Umfangswandung der Drehschiebervorrichtung in dichtendem Kontakt mit der inneren Wandung der rückspringenden Kammer steht.

2. Verdichter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehschiebervorrichtung zwei druckaufnehmende Enden aufweist, die an den Endbereichen mit kleinem und großem Durchmesser der äußeren Umfangswandung angeordnet sind, und daß die Vorrichtung zur Ausübung einer axial wirkenden Kraft auf die Drehschiebervorrichtung ein Druck ausübendes Mittel zum Anwenden zweier verschiedener Drücke des Kühlmittelgases auf die beiden druckaufnehmenden Enden der Drehschiebervorrichtung sind, wodurch die Drehschiebervorrichtung in eine Richtung gezwungen wird, so daß die äußere Umfangswandung der Drehschiebervorrichtung in dichtendem Kontakt mit der inneren Wandung der rückspringenden Kammer steht.

3. Verdichter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Saugverbindung der Drehschiebervorrichtung in deren äußerer Umfangswandung ausgebildet ist, mit einer Gaseinlaßöffnung zu der Gasaufnahmekammer hin und einer Gasauslaßöffnung, die zu jeder einzelnen der Kompressionskammern in den Zylinderbohrungen hin in zeitlicher Abstimmung mit deren Hubbewegung öffnen kann.

4. Verdichter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden verschiedenen Drücke des Kühlmittelgases Drücke des Kühlmittelgases in der Gasaufnahmekammer und in einem Bereich höheren Drucks sind.

5. Verdichter nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Bereich höheren Drucks der Druck in der Gasausstoßkammer ist.

6. Verdichter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehschiebervorrichtung auf der Antriebswelle gehalten ist, daß eines der beiden druckaufnehmenden Enden, welche an dem Endbereich mit kleinem Durchmesser der äußeren Umfangswandung der Drehschiebervorrichtung angeordnet ist, zur Gasaufnahmekammer weist und daß das andere der beiden druckaufnehmenden Enden, welches am Endbereich mit großem Durchmesser der äußeren Umfangsfläche der Drehschiebervorrichtung angeordnet ist, zu der Gasausstoßkammer weist.

7. Verdichter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß ferner ein elastisches Element vorhanden ist, welches eine im wesentlichen axiale Federkraft auf die Drehschiebervorrichtung ausübt, in eine Richtung, die der Richtung der axial wirkenden Kraft entgegengesetzt ist, welche durch die Vorrichtung zur Ausübung einer axial wirkenden Kraft ausgeübt wird, wobei die Federkraft den äußeren Umfang der Drehschiebervorrichtung zu einer Bewegung weg von der inneren Wandung der rückspringenden Kammer veranlaßt, wenn die Druckdifferenz zwischen den beiden Drücken, die auf die beiden druckaufnehmenden Enden der Drehschiebervorrichtung ausgeübt wird, kleiner als ein vorgegebener Wert ist.

8. Verdichter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine der äußeren Umfangswandungen der Drehschiebervorrichtung und der inneren Wandung der rückspringenden Kammer mit einem nutenartigen Rücksprung versehen ist, welcher zur Versorgung der äußeren Umfangswandung und der inneren Wandung mit einem Schmiermittel dient, welches in dem Kühlmittelgas vor der Kompression und im komprimierten Kühlmittelgas suspendiert ist.

9. Verdichter nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die äußere Umfangswandung der Drehschiebervorrichtung mit dem nutenartigen Rücksprung zur Schmiermittelversorgung versehen ist, daß der nutenartige Rücksprung einen ersten, rückspringenden Durchtritt umfaßt, welcher in dem Bereich mit dem großen Durchmesser der axial geneigten äußeren Umfangsfläche eingeformt ist, und daß ein zweiter rückspringender Durchtritt in dem Bereich mit kleinem Durchmesser der axial geneigten äußeren Umfangsfläche eingeformt ist, wobei der erste und der zweite rückspringende Durchtritt voneinander beabstandet sind.

10. Verdichter nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite rückspringende Durchtritt in Fließverbindung mit der Gasaufnahmekammer steht und daß der erste rückspringende Durchtritt mit einem Bereich kommuniziert, in dem im Kühlmittelgas ein höherer Druck als im Kühlmittelgas vor der Kompression herrscht.

11. Verdichter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Verdichter ein Taumelscheibenverdichter mit nutierender Taumelscheibe mit fest vorgegebenem Hub ist und daß die Gasaufnahmekammer eine Taumelscheibenkammer ist, welche die Taumelscheibe aufnimmt und eine Gaseinlaßöffnung aufweist, welche mit einem externen Kühlmittelkreislauf verbindbar ist.

12. Verdichter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Verdichter ein Taumelscheibenverdichter mit rotierender Taumelscheibe und variablem Hub ist und daß die Gasaufnahmekammer eine in das Gehäuse eingeformte Kühlmitteleinlaßöffnung zum Einführen des Kühlmittelgases vor der Kompression aus einem externen Kühlmittelkreislauf umfaßt.

13. Hubkolben-Kühlmittelverdichter mit
einem einen Zylinderblock mit einer Vielzahl von axialen Zylinderbohrungen umfassenden Gehäuse, welche rund um die Rotationsachse einer in dem Gehäuse drehgelagerten Antriebswelle angeordnet sind;
mit einer auf der Antriebswelle befestigten Taumelscheibe, welche sich zusammen mit der Antriebswelle dreht;
einer Vielzahl doppelt wirkender Kolben, welche in axialer Richtung verschieblich von der Vielzahl an Zylinderbohrungen aufgenommen wird und deren Hubbewegung der Rotationsbewegung der Taumelscheibe entspricht, wobei die doppelt wirkenden Kolben ein Paar Kompressionskammern zusammen mit entsprechenden Zylinderbohrungen bilden;
einer in dem Gehäuse ausgebildete Gasaufnahmekammer zur Aufnahme von Kühlmittelgas vor der Kompression;
axial beabstandeten, in dem Gehäuse ausgebildeten Ausstoßkammern zum jeweiligen Aufnehmen von komprimiertem Kühlmittelgas;
Drehschieberelementen, welche in axial beabstandeten Positionen auf der axialen Antriebswelle befestigt und mit der Antriebswelle drehbar sind, wobei jedes Drehschieberelement einen Ansaugkanal aufweist, der ein Ansaugen des Kühlmittelgases vor der Kompression aus der Gasaufnahmekammer in eine aus der Vielzahl von Zylinderbohrungen eines der Paare von Kompressionskammern in zeitlicher Abstimmung mit der Hubbewegung der doppelt wirkenden Hubkolben während der Drehung der Drehschieberelemente erlaubt;
Mitteln zum Definieren von rückspringenden Kammern in dem Gehäuse zur Drehaufnahme der Drehschieberelemente, wobei jede der rückspringenden Kammern von einer inneren Wandung, welche axial geneigt ist und sich kreisumfangsförmig rund um die Rotationsachse der Antriebswelle erstreckt, begrenzt ist;
wobei jedes der Drehschieberelemente mit einer äußeren Umfangswandung versehen ist, die axial geneigt ist, so daß hiervon zwei axial sich gegenüberliegende Endbereiche mit kleinem und großem Durchmesser ergeben, wobei die äußere Umfangswandung gleitend in die innere Wandung einer der rückspringenden Kammern paßt; und mit
Mitteln zum Anwenden des Drucks des Kühlmittelgases vor der Kompression auf den Endbereich mit kleinem Durchmesser eines jeden der Drehschieberelemente und zum Anwenden des Drucks des komprimierten Kühlmittelgases auf die Endbereiche mit großem Durchmesser eines jeden der Drehschieberelemente, um dadurch die Drehschieberelemente in jeder der rückspringenden Kammern in eine Richtung zu bewegen, so daß die äußere Umfangswandung der Drehschieberelemente in dichtendem Kontakt mit der inneren Wandung der rückspringenden Kammer steht.

14. Verdichter nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß jedes der Drehschieberelemente mit zwei druckaufnehmenden Enden versehen ist, welche am Endbereich mit kleinem und großem Durchmesser der äußeren Umfangswandung angeordnet sind, und daß die Mittel zum Anwenden von Druck den Druck des Kühlmittelgases vor der Kompression auf eines der beiden druckaufnehmenden Enden anwendet, welches am Endbereich mit kleinem Durchmesser angeordnet ist und welche den Druck des komprimierten Kühlmittelgases auf das andere Ende der zwei druckaufnehmenden Enden anwendet, welches an dem Endbereich mit großem Durchmesser der Drehschieberelemente angeordnet ist, wobei ein Differenzdruck zwischen den Drücken, die auf die druckaufnehmenden Enden wirken, die Drehschieberelemente in eine Richtung bewegen, so daß die äußere Umfangswandung eines jeden der Drehschieberelemente in dichtendem Kontakt mit der inneren Wandung einer der rückspringenden Kammern steht.

15. Verdichter nach Anspruch 14, wobei der Verdichter ferner umfaßt:
ein elastisches Mittel zum Anwenden einer im wesentlichen axialen elastischen Kraft auf ein jedes der Drehschieberelemente in eine Richtung, so daß die axiale elastische Kraft die äußere Umfangswandung der Drehschieberelemente von der inneren Wandung der rückspringenden Kammer wegbewegt, wenn der Differentialdruck zwischen den auf die beiden druckaufnehmenden Enden der Drehschieberelemente angewendeten Drücke kleiner ist als ein vorgegebener Wert.

16. Verdichter nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß das elastische Mittel Schraubenfedern umfaßt, wobei jede in einer Position benachbart zu dem druckaufnehmenden Ende, welches am Endbereich mit kleinem Durchmesser angeordnet ist, um so konstant eine axiale Federkraft auf den Endbereich mit kleinem Durchmesser auszuüben.

17. Verdichter nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine der äußeren Umfangswandungen eines jeden der Drehschieberelemente und die innere Wandung von jeder der rückspringenden Kammern mit einem nutenartigen Rücksprung zur Versorgung der äußeren Umfangswandung und der inneren Wandung mit Schmiermittelöl versehen ist, welches in dem Kühlmittelgas vor der Kompression und im komprimierten Kühlmittelgas suspendiert vorhanden ist.

18. Verdichter nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Gasaufnahmekammer zur Aufnahme des Kühlmittelgases vor der Kompression eine Taumelscheibenkammer umfaßt, die in dem Gehäuse ausgebildet ist, zur Aufnahme der Taumelscheibe, wobei die Taumelscheibenkammer mit einer Ansaugeinlaßöffnung ausgestattet ist, die mit einem externen Kühlkreislauf verbindbar ist.