DE4480775C2 - Verdichter mit veränderlicher Förderleistung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Verdichter mit veränderlicher Förderleistung gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1.

Bei in Fahrzeugen verwendeten Luftreinigungs- oder Klimaan­ lagen werden häufig solche Verdichter bzw. verstellbare Verdrängungskompressoren verwendet. Ein derartiger Verdich­ ter ist aus der ungeprüften Japanischen Offenlegungsschrift Nr. 63-16177 bekannt.

Wie sich aus Fig. 5 ergibt, offenbart diese Druckschrift einen Verdichter mit einem Gehäuse 71, in dem eine Kurbel­ kammer 72 ausgebildet ist. In der Kurbelkammer 72 ist eine Antriebswelle 73 drehbar gelagert. An der Antriebswelle 73 ist ein Drehkörper 74 befestigt; ferner ist an der An­ triebswelle 73 eine umlaufende Taumelscheibe 75 dreh- und schwenkbar gelagert. Die Taumelscheibe 75 ist mit dem Dreh­ körper 74 über einen Gelenkmechanismus 76 gekoppelt, der im wesentlichen aus einem im Drehkörper angeordneten Langloch 74a und einem Zapfen 75a besteht, der an der Taumelscheibe 75 angeordnet ist und der in das Langloch 74a eingreift. Die Taumelscheibe 75 ist so mit dem Drehkörper 74 gekoppelt und in einem durch das Langloch 74a begrenzten Bereich schwenkbar. An der Taumelscheibe 75 ist weiter eine in ih­ rer Drehbeweglichkeit eingeschränkte, gewellte Platte 77 befestigt.

In dem Gehäuse 71 sind mehrere Zylinderbohrungen 78 vorge­ sehen, die jede einen Kolben 79 aufnehmen. Die Kolben 79 sind mit der Platte 77 über Pleuelstangen verbunden und be­ wegen sich aufgrund der Wellen- bzw. Taumelbewegung der Platte 77 in der jeweiligen Zylinderbohrung hin und her. An jede im Gehäuse 71 angeordnete Zylinderbohrung 78 grenzt eine Einlaßkammer 80 an, aus der jeder Zylinder mit einem Fluid (Kältemittel) versorgt wird. In ähnlicher Weise steht jeder Zylinder im Gehäuse 71 mit einer Auslaßkammer 81 in Verbindung. Das von den Kolben 79 in den jeweiligen Zylin­ dern verdichtete Fluid wird in die Auslaßkammer 81 ausge­ stoßen. Im Gehäuse 71 ist ferner ein Fluiddurchlaß 82 ange­ ordnet, der die Kurbelkammer 72 mit der Einlaßkammer 80 verbindet. In der Einlaßkammer 80 sind Ventilvorrichtungen 83 vorgesehen, die auf den Druck in der Kammer 80 reagieren und die Durchlaßgröße im Fluiddurchlaß 82 in Abhängigkeit vom Druck einstellen, d. h. vergrößern oder verengen.

Der so aufgebaute, bekannte Verdichter arbeitet wie folgt: Da die Ventilvorrichtung 83 in Abhängigkeit vom Saugdruck in der Einlaßkammer 80 arbeitet, wird die Größe der Öffnung im Steuerdurchlaß 82 je nach Saugdruck eingestellt. Der Druck in der Kurbelkammer 72 verändert sich regelmäßig durch das durchblasende Gas, das aus jedem Zylinder leckt. Diese Druckschwankungen verändern sowohl die auf die Rück (Unter-)seite der Kolben 79 einwirkende Kraft als auch den Momentenausgleichspunkt der Taumelscheibe 75, wodurch die Neigungswinkel der Taumelscheibe 75 und der Platte 77 verändert werden. Der Kolbenhub verändert sich infolge der Winkeländerung, so daß die Fluid-Förderleistung (compression displacement) jedes Zylinders 78 verändert wird, wodurch die von den Zylindern 78 geförderte Fluid­ menge gesteuert wird. Der Saugdruck in der Einlaßkammer 80 wird durch den die Förderleistung verändernden Mechanismus so auf ein vorbestimmtes Maß eingeregelt.

Bei der vorstehend beschriebenen, variablen Verstellein­ richtung wird die Öffnung im Fluiddurchlaß 82 verkleinert, wenn der Saugdruck in der Einlaßkammer 80 infolge einer ge­ ringer werdenden Wärmebelastung im Klimaanlagensystem ab­ fällt. Der Druck in der Kurbelkammer steigt schnell an, so daß die Förderleistung des Kompressors auf einen geringeren Wert eingestellt wird. Wenn die Wärmebelastung weiter ab­ nimmt, wird das Ventil 83 weiter betätigt und verschließt den Fluiddurchlaß 82 vollständig, so daß der Druck in der Kurbelkammer 72 noch weiter ansteigt. Hierdurch wird die Förderleistung noch weiter verringert.

Auch in diesem Fall jedoch ist die Absenkung der Förder­ leistung nur bis zu einem vorbestimmten Minimalwert mög­ lich. Dies liegt daran, daß in einem sehr kleinen Verdrän­ gungsbereich, in dem die Saugleistung zu Null oder nahezu zu Null wird, keine effektive Verdichtungsarbeit geleistet wird. Dann ist es aber praktisch unmöglich, die Verdichter- Förderleistung wieder herzustellen, die aufgrund der Druck­ differenz zwischen dem Saugdruck in der Einlaßkammer 80 und dem Druck in der Kurbelkammer 72 erreicht werden soll. Bei neueren Verdichtern, bei denen die einzelnen beweglichen Verdichterteile von Ölnebel geschmiert werden müssen, der dem Kühlmittel zugemischt ist, sind die Gefahr von Fressen (burning) der einzelnen, beweglichen Teile und eine geringe Verdichterlebensdauer infolge unzureichender Schmiermittel- (= Kühlmittel) Zufuhr wichtige Aspekte, die ein Absenken der minimalen Fördermenge unter einen vorgegebenen Minimalwert ausschließen.

Wenn eine Fahrzeugklimaanlage mit einem Verdichter und ei­ nem Verdampfer in kalter Umgebung oder dgl. verwendet und dabei die minimale Verdichter-Förderleistung wie oben be­ schrieben eingeschränkt ist, muß der Betrieb des Verdich­ ters sehr korrekt gesteuert bzw. geregelt werden, um die beweglichen Verdichterbauteile vor Abnutzung zu schützen und ein Einfrieren des Verdampfers zu verhindern. So sollte der Verdichter beispielsweise ganz stillgesetzt werden, in­ dem seine Energiezufuhr durch eine elektro-magnetische Kupplung unterbrochen wird. Die mit dem Verdichter gekop­ pelte, elektro-magnetische Kupplung wird häufig als wesent­ licher Baustein von bekannten Fahrzeug-Klimaanlagen verwen­ det.

Bei einer Fahrzeug-Klimaanlage jedoch, die eine elektromag­ netische Kupplung verwendet, beeinflußt das sehr plötzliche Anspringen des Verdichters beim Wiedereinschalten der Kli­ maanlage das Fahrverhalten des Fahrzeugs. Darüber hinaus hat der Wechselstromgenerator zur Stromversorgung der e­ lektromagnetischen Kupplung einen verhältnismäßig geringen Wirkungsgrad, was die Motorbelastung in nicht zu vernach­ lässigender Weise erhöht. Es ist daher leicht verständlich, daß durch einen Verzicht auf die elektro-magnetische Kupp­ lung nicht nur das Gewicht des Fahrzeug-Klimaanlagensystems verringert werden kann sondern auch dazu beitragen kann, den Brennstoffverbrauch des Fahrzeugs zu verringern.

Aus der JP 5-18355 A (E1) ist ein Verdichter mit veränder­ licher Förderleistung bekannt, der ebenfalls aus einem Gehäuse mit daran angeordneten Zylinderbohrungen und mit einer Kurbelkammer besteht, in der eine Antriebswelle dreh­ bar gelagert ist, die mit einem Drehkörper und einer schrägstellbar gelagerten, umlaufenden Taumelscheibe verse­ hen ist und deren Neigungswinkel gegenüber der Antriebs­ welle veränderlich ist.

An die Taumelscheibe sind Kolben gekoppelt, die in den Zylinderbohrungen infolge der unter Rotation pendelnden Taumelscheibe hin- und hergehen, um Kühlmittel von einem Verdampfer über eine Einlaßkammer anzusaugen, in der Zylin­ derbohrung zu komprimieren und in eine Auslaßkammer auszu­ stoßen.

Eine von der Antriebswelle angetriebene Pumpe fördert Schmiermittel. Ein Betätigungselement ist vorgesehen, das zur Einstellung der Beschränkung des Neigungswinkels der Taumelscheibe dient.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen kupplungslosen Verdich­ ter mit veränderlicher Förderleistung zu schaffen, bei dem eine ausreichende Schmierung der bewegten Teile auf ein­ fachere Art und Weise sichergestellt und eine Überkühlung vermieden werden kann.

Diese Aufgabe wird mit dem Merkmalen der Ansprüche 1 und 7 gelöst.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und den Zeichnungen, an­ hand derer eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung an einem Beispiel näher erläutert wird. Es zeigt:

Fig. 1 eine Ausführungsform des verstellbaren Ver­ dichters gemäß der Erfindung, in einem Quer­ schnitt;

Fig. 2 den Gegenstand der Fig. 1 mit anderer Stel­ lung der Taumelscheibe und weiterer Bauteile, ebenfalls im Querschnitt;

Fig. 3 ein Steuerventil für einen erfindungsgemäßen Verdichter in Offenstellung, im Schnitt;

Fig. 4 den Gegenstand der Fig. 3 in seiner Schließ­ stellung, ebenfalls im Schnitt; und

Fig. 5 einen verstellbaren Verdrängerkompressor ge­ mäß dem Stand der Technik in einer den Fig. 1 und 2 entsprechenden Darstellung.

Anhand der Fig. 1 und 2 soll im folgenden ein verstellbarer Verdichter gemäß einer Ausführungsform der Erfindung be­ schrieben werden. Bei dieser Ausführungsform ist der Ver­ dichter ein Bauteil einer Fahrzeug-Klimaanlage.

Wie sich aus Fig. 1 und 2 ergibt, weist der Verdichter ein Gehäuse 1 auf, das an seinem vorderen Ende mit einer vorde­ ren Gehäuseplatte 2 versehen ist. Am rückwärtigen Ende des Gehäuses 1 ist ein Deckel 3 unter Zwischenlage einer Ven­ tilplatte 4 angeordnet. Die vordere Gehäuseplatte 2 und das Gehäuse 1 bilden eine Kurbelkammer 5, die eine Antriebswel­ le 6 aufnimmt, die in Lagern 7 und 8 drehbar gelagert ist. Die Antriebswelle 6 ist mit einer (nicht-dargestellten) Kraftmaschine antreibbar verbunden. In dem Gehäuse 1 sind mehrere Zylinderbohrungen 9 angeordnet, die parallel zur Antriebswelle 6 verlaufen und diese umgeben. Jede Zylinder­ bohrung 9 nimmt einen Kolben 10 auf.

An der Antriebswelle 6 in der Kurbelkammer 5 ist ein Rotor oder ein Drehkörper 11 angeordnet, der sich gemeinsam mit der Welle 6 dreht. Ferner ist an der Antriebswelle 6 eine Hülse 12 dreh- und verschiebbar gelagert, die eine im we­ sentlichen kugelförmige, äußere Lagerfläche 12a aufweist. Zwischen der Hülse 12 und einem Wellenabsatz 6a der An­ triebswelle 6 ist eine Feder 13 montiert, die die Hülse 12 in Richtung auf den rückwärtigen Deckel (nach rechts in den Fig. 1 und 2) gedrückt hält. Auf des Hülse 12 ist eine um­ laufende Taumelscheibe 14 gelagert, die eine konkave Lager­ fläche 14a aufweist, die die kugelige Lagerfläche 12a der Hülse 12 umschließt, so daß die umlaufende Taumelscheibe 14 auf der Hülse 12 kippbar ist. Um die umlaufende Taumel­ scheibe 14 herum sind mehrere Gleitschuhpaare 15 angeord­ net, die jeweils aus zwei etwa halkugelförmigen Gleitschu­ hen bestehen, zwischen denen die Taumelscheibe 14 ein­ greift. Die umlaufende Taumelscheibe 14 ist mit den Kolben 10 über diese Gleitschuhpaare 15 gekoppelt.

Der Drehkörper 11 weist an seinem Innenbereich eine An­ schlagfläche 11a auf und an der dieser Anschlagfläche 11a zugewandten Vorderseite (die linke Seite in den Fig. 1 und 2) der Taumelscheibe 14 ist eine Anlagefläche 14a ausge­ bildet. Wie sich aus Fig. 1 ergibt, liegt die Anlagefläche 14a bei am weitesten zusammengedrückter Feder 13 an der An­ schlagfläche 11a an, wodurch der maximale Neigungswinkel der Taumelscheibe 14 erreicht wird.

Der Drehkörper 11 ist an seinem radial außen gelegenen Be­ reich mit einem Arm 16 versehen, der sich nach hinten in Richtung auf den Ventildeckel 3 erstreckt. Dieser Arm 16 ist mit einem Gelenkmechanismus versehen, der im wesentli­ chen aus einer schwenkbar gelagerten Abstützwelle 17 be­ steht, die rechtwinklig zur Antriebswelle 6 angeordnet ist und mit der ein Mitnehmerteil 18 über einen Führungsstift 19 gekoppelt ist, das an dem vorderen, der Gehäuseplatte zugewandten Ende an der umlaufenden Taumelscheibe 14 ausge­ bildet ist. Der Führungsstift 19 ist dabei am Mitnehmerteil verschieblich angeordnet, und erstreckt sich in Radialrich­ tung des Gehäuses 1. Das außen liegende Ende des Führungs­ stifts 19 ist an der Abstützwelle 17 gelagert.

Im Ventildeckel 3 ist eine Einlaß- oder Saugkammer 20 und eine Auslaßkammer 21 ausgebildet, die durch eine Trennwand 3a voneinander getrennt sind. In der Ventilplatte 4 sind Einlaßkanäle 22 und Auslaßkanäle 23 ausgebildet, die mit den entsprechenden Zylinderbohrungen 9 in Verbindung ste­ hen. Jeder Einlaßkanal 22 und jeder Auslaßkanal 23 wird in Abhängigkeit von der Hin- und Herbewegung des Kolbens 10 von einem Einlaß- bzw. einem Auslaßventil geöffnet oder ge­ schlossen, die jedoch nicht näher dargestellt sind. Am Ven­ tildeckel 3 ist ein Steuerventil 25 zum Steuern bzw. Regeln des Drucks in der Kurbelkammer 5 angeordnet. Im Gehäuse 1 ist ein Luftversorgungskanal 26 vorgesehen, der die Auslaß­ kammer 21 mit der Kurbelkammer 5 über das Steuerventil 25 verbindet.

Das Steuerventil 25 dient zum Verändern der Öffnungsgröße im Luftversorgungskanal 26 in Abhängigkeit vom Druck in der Einlaßkammer 20. Das Steuerventil 25 weist eine Druckdose 27 und einen hiermit verbundenen Ventilkörper 28 auf. In der Druckdose 27 ist ein Gas mit vorgegebenem Druck dicht eingeschlossen. Wenn die Druckdose 27 sich in Abhängigkeit von dem Druck in der Einlaßkammer 20 ausdehnt oder zusam­ menzieht, wird der Ventilkörper 28 bewegt bzw. betätigt, wodurch die Größe der Durchlaßöffnung in dem Luftversor­ gungskanal 26 bzw. im Steuerventil 25 verändert wird.

Im Gehäuse 1 ist ferner ein Fluidkanal 29 vorgesehen, der im Normalfall die Kurbelkammer 5 mit der Einlaßkammer 20 verbindet. Das in der Kurbelkammer 5 befindliche Gas kann so nach und nach durch den Fluidkanal 29 in die Einlaßkam­ mer 20 entweichen. Da der Druck in der Kurbelkammer 5 durch die Betätigung des Steuerventils 25 zum Verändern der Öff­ nung im Luftversorgungskanal 26 gesteuert wird, ist die Verdichtungs-Förderleistung (Ausstrom-Förderleistung) des Verdichters im Ganzen veränderlich.

Im weiteren wird der Mechanismus beschrieben, der ein Merk­ mal der vorliegenden Erfindung ist.

Im rückwärtigen Gehäuse bzw. im Ventildeckel 3 ist eine Zahnradpumpe 31 angeordnet, die eine Trochoidpumpe ist. Diese Zahnradpumpe 31 dient zum Pumpen von in der Kurbel­ kammer 5 befindlichen Schmiermittel zu den einzelnen Bau­ teilen des Verdichters. Die Zahnradpumpe 31 hat einen inne­ ren Rotor 31a und einen äußeren Rotor 31b. Der innere Rotor 31a ist direkt mit dem hinteren Ende der Antriebswelle 6 verbunden. Im rückwärtigen Gehäuseteil 3 ist ein Sau­ ganschluß 32 für die Pumpe 31 angeordnet. Sowohl im Ventil­ deckel 3 als auch in der Ventilplatte 4 sind erste und zweite Auslaßöffnungen 33a und 33b gebildet. Durch den Ge­ häuse 1 und die Ventilplatte 4 verläuft ein Ölkanal 34, der den Sauganschluß 32 der Zahnradpumpe 31 mit der Kurbelkam­ mer 5 verbindet. Das in der Kurbelkammer 5 vorhandene Schmieröl wird durch den Ölkanal 34 zum Sauganschluß 32 ge­ führt. Die Antriebswelle 6 ist zusätzlich mit einer zentra­ len Ölbohrung 35 in ihrem Inneren versehen. Das vordere En­ de der Ölbohrung 35 steht mit einer Dichtungskammer 36 in Verbindung, die in der vorderen Gehäuseplatte angeordnet ist und das vordere, aus dem Gehäuse austretende Ende der Antriebswelle 6 an ihrem Umfang umgibt. Die Antriebswelle 6 ist in der Dichtungskammer 36 gegenüber der Gehäuseplatte 2 mit einem Dichtungselement 36a abgedichtet.

Die Ölbohrung 35 hat an ihrem hinteren Ende einen größeren Durchmesser als auf ihrer übrigen Länge und steht mit der ersten Auslaßöffnung 33a der Zahnradpumpe 31 in Verbindung. In dem Bereich größeren Durchmessers ist ein Rückschlagven­ til 37 angeordnet. Dieses Rückschlagventil 37 erlaubt le­ diglich den Öldurchfluß von der Auslaßöffnung 33a in Rich­ tung auf die Dichtungskammer. Im Gehäuse 1 und der Ventil­ platte 4 ist ein Öldurchlaß 38 angeordnet, der die zweite Auslaßöffnung 33b mit einer Ventilkammer 47 verbindet, die im weiteren noch beschrieben werden wird.

Im rückwärtigen Bereich des Gehäuses 1 befindet sich ein koaxial zur Antriebswelle 6 verlaufendes Durchgangsloch 39, das den Block 1 durchdringt. In diesem Durchgangsloch 39 ist ein zylindrisches, stopfenartiges Absperrorgan 40 der­ art angeordnet, daß es die Antriebswelle 6 umgibt. Das vor­ dere Ende dieses Absperrorgans 40 hat einen geringeren Durchmesser als der übrige Bereich. Das oben bereits er­ wähnte Antriebswellenlager 8 ist im Inneren des Absperror­ gans 40 angeordnet, um das hintere Ende der Antriebswelle 6 zu lagern.

Im Durchgangsloch 39 ist ein Rollenkörper, eine Kugelhülse bzw. ein etwa ringkolbenförmiges Schiebeteil 41 derart festgelegt, daß es entlang der Antriebswelle 6 ver­ schieblich ist und diese umschließt. Der am hinteren Ende des Schiebeteils 41 angeformte Flansch 41a ist in dem Durchgangsloch 39 über ein Dichtelement eingepaßt. Die Laufbuchse bzw. äußere Lauffläche des Schiebeteils 41 ist im Durchgangsloch 39 über eine Lippendichtung 42 eingepaßt.

Zwischen dem Flansch 41a und dem Absperrorgan 40 ist eine Schraubendrehfeder 44 eingebaut. Das Schiebeteil 41 wird von dieser Feder 44 normalerweise nach vorn (nach links in den Fig. 1 und 2) gedrückt. Die axiale Beweglichkeit, d. h. der axiale Verschiebeweg des Schiebeteils 41 wird einer­ seits von dem Absperrorgan 40 und andererseits von der Lip­ pendichtung 42 begrenzt.

In Fig. 2 ist das vordere Ende des Schiebeteils 41 in die Kurbelkammer 5 vorgeschoben gezeigt. In diesem Fall kann sich das vordere Ende des Schiebeteils 41 an der Hülse 12 anlegen. Da die Hülse 12 am Schiebeteil 41 anliegt, hat die umlaufende Taumelscheibe 14 einen Neigungswinkel, bei dem die Verdichter-Förderleistung (Auslaß-Förderleistung) des Verdichters auf ein kleinstmögliches Maß begrenzt ist. Die­ se begrenzte Förderleistung beträgt etwa 5 bis 10% der Ge­ samt-Ausgangsförderleistung des Verdichters, was die kleinste Förderleistung ist, die zum Wieder-Erreichen der höchsten Förderleistung erforderlich ist.

Zwischen der Lippendichtung 42 und dem Flansch 41a des Schiebeteils 41 ist eine ringförmige Arbeitskammer 45 aus­ gebildet. Zusätzlich ist im Gehäuse 1 eine die Arbeitskam­ mer 45 mit der Kurbelkammer 5 verbindende Drosselbohrung oder Öffnung 46 vorgesehen.

Im Gehäuse 1 ist eine sich entlang des Durchgangslochs 39 erstreckende Ventilkammer 47 mit einem Boden angeordnet. Diese Ventilkammer 47 kann mit dem bereits erwähnten Öl­ durchlaß 38 in Verbindung stehen. Durch die Ventilplatte 4 und den rückwärtigen Ventildeckel 3 erstreckt sich eine Druckversorgungsleitung 48. Diese Druckversorgungsleitung 48 steht mit der Ventilkammer 47 in Verbindung. Die Druck­ versorgungsleitung 48 ist an den Ausgang eines Verdampfers 50 über eine Rohrleitung 49 angeschlossen. Die Ventilkammer 47 hat einen Boden bzw. ein vorderes Ende, der bzw. das ü­ ber ein kleines Loch 47a mit der Kurbelkammer 5 in Verbin­ dung steht: seitlich ist sie über ein kleines Loch 1a mit der Verdichtungs- oder Arbeitskammer 45 verbunden.

Der Verdampfer 50 bildet zusammen mit dem Verdichter Be­ standteile einer Klima- oder Kühlanlage. Ein Kältemittel wird von dem Verdichter verdichtet und dann in einem nicht dargestellten Kondensationsapparat kondensiert und verflüs­ sigt und dem Verdampfer zugeführt. Das verflüssigte Kälte­ mittel wird in dem Verdampfer 50 verdampft und dann wieder der Einlaßkammer 20 des Verdichters zugeführt. Da das Käl­ temittel im Verdampfer 50 verdampft, nimmt es Wärme aus der Umgebungsluft auf, die dadurch abgekühlt wird. Da das Käl­ temittel in der beschriebenen Weise im Verdampfer verdampft wird, herrscht in der über den Auslaß, die Rohrleitung 49 und die Druckversorgungsleitung mit dem Verdampfer verbun­ denen Arbeitskammer ein bestimmtes Druckniveau.

In der Ventilkammer 47 ist ein Ring-Absperrorgan 51 oder Ringventil verschieblich angeordnet. Die Gesamtlänge des Ring-Absperrorgans 51 ist geringfügig kleiner als die der Ventilkammer 47. Die beiden Enden des Absperrorgans 51 sind an den Innenwänden der Ventilkammer über Ausgleichsfedern 52 abgestützt.

Der Druck in der Kurbelkammer 5 wird über das kleine Loch 47a zum vorderen Ende (linke Seite in den Fig. 1 und 2) der Ventilkammer geleitet. Der Ausgangsdruck des Verdampfers 50 wird dem rückwärtigen Teil (rechte Seite in den Fig. 1 und 2) der Ventilkammer aufgeprägt. Bei etwa ausgeglichenen Druckverhältnissen im Verdampfer 50 und in der Kurbelkammer bewegt sich das Ringventil 51 in der Ventilkammer vorwärts infolge der Ausgleichsvorgänge der beiden Ausgleichsfedern 52, wie dies in Fig. 2 dargestellt ist. In dieser Stellung unterbricht das Ringventil 51 die Verbindung zwischen dem Öldurchlaß 38 und der Arbeitskammer 45. Es kommt nicht vor, daß der hydraulische Druck (des Schmiermittels) aufgrund der Arbeitsweise der Zahnradpumpe 31 in die Verdichtungs­ kammer 45 geleitet wird. Daher bewegt sich das Schiebeteil 41 aufgrund der Druckkraft der Schraubendrehfeder 44 nach vorne und das vordere Ende des Schiebeteils 41 ragt durch die Bohrung 39 hinein in die Kurbelkammer 5.

Wenn der Ausgangsdruck des Verdampfers 50 absinkt, ergibt sich ein Druckunterschied zwischen dem Ausgangsdruck des Verdampfers und dem Druck in der Kurbelkammer 5. In diesem Fall sind die Drücke an beiden Enden der Ventilkammer 47 unausgeglichen und das Ringventil 51 verschiebt sich auf­ grund der Ausgleichsvorgänge der Ausgleichsfedern 52 etwa in die Mitte der Ventilkammer, wie dies in Fig. 1 darge­ stellt ist. In dieser Stellung erlaubt das Ringventil 51 die Verbindung zwischen dem Öldurchlaß 38 und der Verdich­ tungskammer 47. Der hydraulische Druck aufgrund der arbei­ tenden Zahnradpumpe 31 wird direkt in die Arbeitskammer 45 geleitet. Das Schiebeteil 41 bewegt sich daher infolge des aufgeprägten hydraulischen Drucks nach hinten und das vor­ dere Ende des Schiebeteils 41 zieht sich durch das Durch­ gangsloch 39 aus der Kurbelkammer 5 zurück. Weiterhin wird das der Verdichtungskammer 41 zugeführte Schmieröl über die Drosselbohrung 46 in die Kurbelkammer 5 geleitet.

In dem so aufgebauten Verdichter bewegt sich also das Ring­ ventil 51 aufgrund des Druckausgleichs im Verdichter nach vorne in der Ventilkammer 47, wenn sowohl Verdichter als auch Antriebsmaschine nicht in Betrieb sind, und unter­ bricht so die Verbindung zwischen dem Öldurchlaß 38 und der Arbeitskammer 45. Die Zahnradpumpe 31 ist nicht in Betrieb, so daß der hydraulische Druck der Arbeitskammer 45 nicht zugeführt wird. Wie sich aus Fig. 2 ergibt, wird das Schie­ beteil 41 aufgrund der Vorspannkraft der Schraubendrehfeder nach vorne bewegt und sein vorderer Endbereich ragt in die Kurbelkammer 5 hinein. In dieser Stellung unterbindet das Schiebeteil 41 die Bewegung der Hülse 12. Im Ergebnis wird die umlaufende Taumelscheibe 14 in einem Neigungswinkel gehalten, der es gestattet, die gesamte Auslaßförder­ leistung bzw. die Fördermenge des Verdichters auf ein vor­ bestimmtes, beschränktes Maß einzustellen.

Wenn die Antriebswelle 6 infolge der Betätigung des An­ triebsmotors in diese Stellung gedreht wird, wird das ver­ dichtete Kühlmittel über die einzelnen Zylinderbohrungen 9 infolge der Verdichtungstätigkeit der einzelnen Kolben 10 gemäß dem Neigungswinkel der Taumelscheibe 14 in die Aus­ laßkammer 21 ausgestoßen. Gleichzeitig wird die Zahnradpum­ pe 31 in Betrieb gesetzt, die mit der Antriebswelle 6 ge­ koppelt ist und mit dieser rotiert. Wenn die einzelnen Kol­ ben mit der Verdichtungsarbeit wie oben beschrieben begin­ nen, fällt der Ausgangsdruck im Verdampfer 50, der im Aus­ gleich mit dem Druck in der Kurbelkammer 5 ist, relativ ab und verursacht einen Druckunterschied an den beiden Enden der Ventilkammer 47. Das Ringventil 51 bewegt sich etwa in die Mitte der Ventilkammer 47 und öffnet so die Verbindung zwischen dem Öldurchlaß 38 und der Arbeitskammer 45. Der von der Zahnradpumpe 31 gelieferte, hydraulische Druck wird aus dem Öldurchlaß 38 über die Ventilkammer 47 und das kleine Loch 1a in die Arbeitskammer 45 geleitet. Wie sich aus Fig. 1 ergibt, bewegt sich dann das Schiebeteil 41 ent­ gegen der Kraft der Schraubendrehfeder 44 nach hinten und sein vorderes Ende zieht sich durch das Durchgangsloch 39 aus der Kurbelkammer 5 zurück. Zu diesem Zeitpunkt wird al­ so die Beweglichkeitsbeschränkung der Hülse 12 vollständig aufgehoben, aufgrund derer die Ausgangsförderleistung des Verdichters auf den voreingestellten Wert beschränkt war. Die Taumelscheibe 14 ist auf der Hülse 12 gelagert und auf­ grund der Arbeitsweise des Steuerventils 25 in Abhängigkeit von der Kühlbelastung des Klimaanlagensystems frei beweg­ lich.

Anders ausgedrückt wird das Schiebeteil 41 in das Durch­ gangsloch 39 zurückgezogen, wenn die Kühlbelastung infolge der Umgebungsbedingungen des Fahrzeugs sich weiter verrin­ gert und eine Kühlung nicht erforderlich ist. Diese Zurück­ bewegung hebt die Beweglichkeitsbeschränkung der Hülse 12 auf und gestattet, daß die Hülse 12 und die Taumelscheibe 14 in eine Stellung verstellt werden, in der die Ausgangs- Förderleistung des Verdichters infolge der Betätigung des Steuerventils 25 zu Null wird. In der Folge wird die Ver­ dichtungsarbeit eines jeden Kolbens 10 zwangsläufig been­ det.

Wenn der Verdichter tatsächlich in der oben beschriebenen Weise abschaltet, wird der niedrige Druck in der Einlaßkam­ mer 20 über den Fluiddurchlaß 29 in die Kurbelkammer 5 ge­ leitet, wodurch der Druck in der Kurbelkammer 5 abfällt. Dementsprechend ist der Druck im Verdichter bald ausgegli­ chen, so daß also auch der Druck in der Kurbelkammer 5 und der Ausgangsdruck des Verdampfers ausgeglichen werden. Das Ringventil 51 unterbricht daher wiederum die Verbindung zwischen dem Öldurchlaß 38 und der Arbeitskammer 45. Da­ durch wird die Versorgung der Arbeitskammer 45 mit Hydrau­ likdruck über den Öldurchlaß 38 unterbrochen. Gleichzeitig fließt das Schmiermittel in der Arbeitskammer 45 über die Drosselbohrung in die Kurbelkammer 5. Demgemäß wirkt die Vorspannkraft der Schraubendrehfeder 44 entgegen dem auf das Schiebeteil 41 einwirkenden Hydraulikdruck wiederum auf das Schiebeteil 41 und bewirkt, daß sich das vordere Ende des Schiebeteils 41 in die Kurbelkammer 5 vorbewegt. Sobald die Hülse an dem Schiebeteil 41 anliegt, wird die Taumel­ scheibe 14 in die Stellung zurückgezwungen, in der die Aus­ gangsförderleistung des Verdichters auf das begrenzte Maß eingestellt ist.

Wenn die umlaufende Taumelscheibe 14 in der beschriebenen Weise in einem Neigungswinkel eingestellt ist, der es jedem Koben erlaubt, seine Verdichtungsarbeit wieder zu errei­ chen, zieht sich der Schiebeteil 41 infolge der Umkehrbewe­ gung des Ventils und der Wiederversorgung der Arbeitskammer 45 mit hydraulischem Druck sofort wieder in das Durchgangs­ loch 39 zurück. Solange die Bedingungen anhalten, bei denen eine Kühlung nicht erforderlich ist, wird die Ausgangsför­ derleistung des Verdichters auf Null oder auf einem sehr kleinen Wert gehalten, der nahe bei Null liegt. Hierdurch wird eine Überkühlung und Energieverbrauch vermieden, der beim arbeitenden Verdichter auftritt. Gleichzeitig werden die einzelnen Bauteile aufgrund der Minimal-Verdichtungsar­ beit eines jeden Kolbens 10 mit Schmiermittel versorgt, wo­ durch die einzelnen beweglichen Teile des Verdichters gegen Abnutzung bzw. Verschleiß geschützt sind.

Wenn der hydraulische Auslaßdruck der Zahnradpumpe 31 au­ ßergewöhnlich stark erhöht wird, wird das Rückschlagventil 37 betätigt, wodurch ein Teil des Druckes bzw. des unter Druck stehenden Schmiermittels über die Ölbohrung 35 in die Dichtungskammer 36 abgeleitet wird. Das Schmieröl wird also auch der Dichtungskammer 36 zugeleitet und schmiert wirksam das Dichtelement 36a.

Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die beschriebene Ausführungsform beschränkt. In den Fig. 3 und 4 ist bei­ spielsweise ein elektromagnetisches Ventil 60 gezeigt, das als Steuerventil verwendet werden kann. Dieses elektro­ magnetische Ventil 60 weist eine Spule 61 auf, die auf ei­ nem feststehenden Eisenkern 62 angeordnet ist. Der festste­ hende Eisenkern 62 ist mit einem beweglichen Eisenkern 63 über eine Feder 63a verbunden, der sich entgegen der Wir­ kung der Feder 63a an den feststehenden Eisenkern 62 annä­ hern kann. Nahe dem oberen Ende des beweglichen Eisenkerns 63 ist ein Ventilkolben 64 angeordnet. Der Ventilkolben 64 hat eine zentrale Durchgangsöffnung 64a, die sich in Axial­ richtung erstreckt und weist eine ausgeschnittene Nute 64b an seinem Umfang auf, die sich ebenfalls in Axialrichtung erstreckt. Die der Kurbelkammer 5 zugewandte Seite des Luftdurchlasses 26 ist mit der Durchgangsöffnung 64a ver­ bunden, während das zur Auslaßkammer 21 führende Ende des Luftversorgungsdurchlasses 26 mit der ausgeschnittenen Nute 64b in Verbindung steht. Sobald der bewegliche Kern 63 von dem feststehenden Kern 62 angezogen wird, wenn die Spule des elektro-magnetischen Ventils beaufschlagt wird, wird die Auslaßkammer 21 mit der Luft-Versorgungsleitung 26 über die Nute 64b und die Durchgangsöffnung 64a verbunden, wo­ durch dieser Durchlaß geöffnet wird. Wenn die Energiever­ sorgung der Spule 61 abgeschaltet wird, bewegt sich der be­ wegliche Kern 63 von dem feststehenden Kern 62 fort und die Verbindung zwischen der Durchgangsöffnung 64a und dem Luft­ versorgungsdurchlaß 26 wird unterbrochen, der Luftversor­ gungsdurchlaß 26 also geschlossen. Durch ein derartiges Öffnen oder Schließen des Luftversorgungsdurchlasses 26 wird der Druck in der Kurbelkammer 5 gesteuert, so daß die Auslaß-Förderleistung des Verdichters veränderlich wird.

Dieses elektro-magnetische Ventil 60 öffnet in Abhängigkeit von einem von einer Rechnereinrichtung oder einem Computer erteilten Befehlswert zeitweilig den Luftversorgungskanal 26 in Abhängigkeit vom Saugdruck oder vom Auslaßdruck, um den Druck in der Kurbelkammer genau zu steuern. Hierdurch kann die Auslaß-Förderleistung des Verdichters kontinuier­ lich verändert werden.

Wenn der Saugdruck des Verdichters einen vorbestimmten Wert überschreitet, wird der Luftversorgungskanal 26 von dem e­ lektromagnetischen Ventil geöffnet, um die Auslaß-Förder­ leistung des Verdichters auf 100% einzustellen. Wenn der Saugdruck des Verdichters niedriger als der vorbestimmte Wert ist, wird der Luftversorgungskanal 26 verschlossen, um die Förderleistung des Verdichters auf 0% oder einen Wert nahe Null einzustellen. Hierdurch wird die Steuerung des elektro-magnetischen Ventils 60 vereinfacht.

Das vorbeschriebene, elektro-magnetische Ventil 60 kann auch als Steuerventil in dem Fluiddurchlaß 82 verwendet werden, der die Kurbelkammer 72 mit der Einlaßkammer 80 ge­ mäß dem in Fig. 5 gezeigten, vorbekannten Verdichter ver­ bindet.

Auf die Hülse 12 kann auch verzichtet werden und die umlau­ fende Taumelscheibe kann direkt von Andruckvorrichtungen wie beispielsweise einer Feder beaufschlagt werden, auch wenn die Taumelscheibe in der oben beschriebenen Ausfüh­ rungsform unter Zwischenschaltung der Hülse beaufschlagt wird.

Der Verdichter mit variabler Förderleistung nach dieser Er­ findung kann auf eine elektro-magnetische Kupplung verzich­ ten, die zum Steuern des Verdichterantriebs den Eingang von einer Energiequelle steuert. Die Erfindung kann weiter dazu beitragen, das Gewicht des Verdichters und die Belastung der Energiequelle zu verringern. Auch ist es möglich, ein Überkühlen oder Einfrieren des Verdampfers infolge von Ü­ berkühlen in Klimaanlagensystemen zu verhindern, in denen dieser Verdichter verwendet wird. Ferner wird ein Fressen von beweglichen Teilen oder dgl. im Verdichter infolge von zu wenig Kühlmittel (= Schmiermittel) vermieden.

Claims (7)

1. Verdichter mit veränderlicher Förderleistung mit
einem Gehäuse (1) mit darin angeordneten Zylinderbohrungen (9) und einer Kurbelkammer (5), in der eine Antriebswelle (6) drehbar gelagert ist, die mit einem Drehkörper (11) und einer schrägstellbar gelagerten, umlaufenden Taumelscheibe (14) versehen ist, deren Neigungswinkel gegenüber der Antriebswelle (6) veränderlich ist, wobei die Taumelscheibe (14) mit dem Drehkörper (11) über einen Gelenkmechanismus (17, 18, 19) gekoppelt ist; und
mit mit der Taumelscheibe (14) gekoppelten Kolben (10), die in den Zylinderbohrungen (9) infolge der unter Rotation pendelnden Taumelscheibe (14) hin- und hergehen; und
mit einer Einlaßkammer (20), um die Zylinderbohrungen (9) mit einem Kühlmittel zu beaufschlagen; und
mit einer Auslaßkammer (21), in die das in den Zylinderbohrungen (9) verdichtete Kühlmittel ausgestoßen wird; und
mit einem Steuerventil (25) zum Einstellen des Druckes in der Kurbelkammer (5), wobei der Unterschied zwischen dem Druck in der Einlaßkammer (20) und dem Druck in der Kurbelkammer (5) von dem Steuerventil (25) gesteuert und dazu verwendet wird, den Neigungswinkel der Taumelscheibe (14) zu verändern;
mit einem Verdampfer, um das Kühlmittel der Einlaßkammer (20) zuzuführen;
mit einer von der Antriebswelle (6) angetriebenen Pumpe (31), die Schmiermittel fördert; und
mit einem Betätigungselement (41), das in einer in dem Gehäuse (1) ausgebildeten Arbeitskammer (45) beweglich angeordnet ist,
gekennzeichnet durch
ein als Feder wirkendes Betätigungsglied (44) zum Drängen des Betätigungselements (41) in Richtung zur Taumelscheibe (14), um den minimalen Neigungswinkel der Taumelscheibe (14) zu beschränken, so daß sich die Kolben gering hin- und herbewegen;
und durch eine Druckversorgungseinrichtung, um den dem Schmiermittel aufgeprägten Ausgangsdruck der Pumpe (31) dem Betätigungselement (41) entgegen der drängenden Kraft des Betätigungsgliedes (44) zuzuführen, wobei die Druckversorgungseinrichtung einen Schmiermitteldurchlaß (38) aufweist, der die Pumpe (31) mit der Arbeitskammer (45) verbindet, um das ausgestoßene Schmiermittel von der Pumpe zur Arbeitskammer zu liefern, und
ein Ventil (51), das in dem Schmiermitteldurchlaß (38) angeordnet ist, um den Schmiermitteldurchlaß wahlweise zu öffnen und zu schließen, in Abhängigkeit vom Ausgabedruck des Verdampfers (50), um die Beschränkung der Taumelscheibe mittels des Betätigungselements (41) freizugeben, wenn das Ventil (51) geöffnet ist.

2. Verdichter mit veränderlicher Förderleistung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Betätigungselement (41) ein etwa ringkolbenförmiges Schiebeteil ist, das die Antriebswelle (6) umgibt und auf dieser entlang verschieblich ist.

3. Verdichter mit veränderlicher Förderleistung nach einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuerventil (25) den Druck in der Kurbelkammer (5) in Abhängigkeit von dem Druck in der Auslaßkammer (21) und/oder dem Druck in der Einlaßkammer (20) steuert, um die Auslaßförderleistung des Verdichters kontinuierlich zu verändern bzw. einzustellen.

4. Verdichter mit veränderlicher Förderleistung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuerventil (25 bzw. 60) mit einer Spule (61) versehen ist, deren Energiebeaufschlagung in Abhängigkeit von dem Druck in der Auslaßkammer (21) und/oder dem Druck in der Einlaßkammer (20) gesteuert wird, um den Druck in der Kurbelkammer (5) einzustellen.

5. Verdichter mit veränderlicher Förderleistung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Druck in der Kurbelkammer (5) durch Steuerung der Energiebeaufschlagung der Spule (61) des elektro­ magnetischen Ventils (60) so steuerbar ist, daß der Neigungswinkel der umlaufenden Taumelscheibe (14) zwischen einer Stellung für maximale Auslaß-Förderleistung des Fluids in die Auslaßkammer (21) und einer Stellung für minimale Auslaß-Förderleistung verstellbar ist.

6. Verdichter mit veränderlicher Förderleistung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Pumpe (31) eine im Gehäuse (1) angeordnete Getriebepumpe ist, die von der Antriebswelle (6) angetrieben wird, so daß das Schmiermittel von der Getriebepumpe (31) den einzelnen beweglichen Bauteilen des Verdichters zugeführt wird.

7. Verdichter mit veränderlicher Förderleistung mit
in einem Gehäuse (1) angeordneten Zylinderbohrungen (9), einer in dem Gehäuse (1) drehbeweglich angeordneten Antriebswelle (6) und einem mit der Antriebswelle verbundenen Drehkörper (11);
mit einer an der Antriebswelle (6) angeordneten, umlaufenden Taumelscheibe (14), die an der Antriebswelle (6) mit veränderlichem Neigungswinkel beweglich ist und über einen Gelenkmechanismus (17, 18, 19) mit dem Drehkörper (11) gekoppelt ist;
mit mit der Taumelscheibe (14) gekoppelten Kolben (10), die sich infolge der Taumelbewegung der Taumelscheibe (14) beim Drehen in den Zylinderbohrungen (9) hin- und herbewegen;
mit einer die Zylinderbohrungen (9) mit einem Kältemittel versorgenden Einlaßkammer (20) und einer das in den Zylinderbohrungen (9) infolge der Kolbenbewegung verdichtete Kältemittel abführenden Auslaßkammer (21);
mit einem elektro-magnetischen Ventil (60) mit einer Spule (61), deren Energiebeaufschlagung in Abhängigkeit des Drucks in der Auslaßkammer (21) und/oder des Drucks in der Einlaßkammer (20) gesteuert wird, zum Einstellen des Druckes in der Kurbelkammer (5), wobei der Unterschied im Druck der Einlaßkammer (20) und dem Druck in der Kurbelkammer (5) von dem elektro-magnetischen Ventil (60) eingestellt wird, wodurch der Neigungswinkel der Taumelscheibe (14) veränderbar ist,
mit einem die Einlaßkammer (20) mit dem Kältemittel versorgenden Verdampfer (50);
mit einer in dem Gehäuse (1) angeordnete Zahnradpumpe (31), die von der Antriebswelle (6) angetrieben wird und den einzelnen beweglichen Bauteilen des Verdichters Schmiermittel zuführt;
gekennzeichnet, durch
ein im Gehäuse (1) angeordnetes, etwa ringkolbenförmiges als Betätigungselement (41) wirkendes Schiebeteil, das entlang der Antriebswelle (6) verschieblich ist und dabei diese umgibt;
eine als Betätigungsglied (44) wirkende Schraubenfeder, die das Schiebeteil (41) drängt, um den minimalen Neigungswinkel der Taumelscheibe zu beschränken, so daß sich die Kolben gering hin- und herbewegen;
eine im Gehäuse (1) angeordnete, mit dem Schiebeteil (41) zusammenwirkende Arbeitskammer (45), um dem Schiebeteil (41) einen von der Zahnradpumpe (31) im Schmiermittel erzeugten Auslaßdruck aufzuprägen, der gegen die drängende Kraft der Schraubenfeder (44) wirkt,
wobei eine Druckversorgungseinrichtung einen Schmiermitteldurchlaß (38) aufweist, der die Zahnradpumpe (31) mit der Arbeitskammer (45) verbindet, um das ausgestoßene Schmiermittel von der Pumpe zur Arbeitskammer zu liefern, und
ein Ventil (51), das in dem Schmiermitteldurchlaß angeordnet ist, um diesen wahlweise zu öffnen und zu verschließen, in Abhängigkeit von dem Ausgabedruck des Verdampfers (50), um die Beschränkung der Taumelscheibe mittels des Betätigungselements (41) freizugeben, wenn das Ventil (51) geöffnet ist.