DE69207523T2

DE69207523T2 - Hubkolbenverdichter mit Drehschieberventil

Info

Publication number: DE69207523T2
Application number: DE69207523T
Authority: DE
Inventors: Hiroaki Kayukawa; Kazuya Kimura
Original assignee: Toyoda Automatic Loom Works Ltd
Current assignee: Toyota Industries Corp
Priority date: 1991-09-11
Filing date: 1992-09-09
Publication date: 1996-07-25
Anticipated expiration: 2012-09-10
Also published as: CA2077979A1; DE69207523D1; EP0531951A1; KR0116936Y1; CA2077979C; KR930006325A; EP0531951B1

Description

Hintergrund der Erfindung

1. Bereich der Erfindung

Die Erfindung betrifft einen Hubkolben-Mehrzylinder-Kältemittelverdichter für ein Kühlsystem und betrifft im besonderen einen Hubkolbenverdichter mit einem Drehventilelement zur Steuerung der Ansaugung eines noch nicht verdichteten Kältemittelgases aus einem Saugraum in entsprechende Zylinderbohrungen hinein, wobei das Drehventil auch den Ausstoß des Kältemittelgases nach dessen Verdichtung aus entsprechenden Zylinderbohrungen zu einem Druckraum hin steuern kann.

2. Beschreibung des Standes der Technik

Hubkolben-Kältemittelverdichter, wie taumelscheibengetriebene Hubkolbenverdichter mit verstellbarem Verdrängervolumen und taumelscheibengetriebene Hubkolbenverdichter mit festem Verdrängervolumen, werden herkömmlicherweise eingesetzt, um ein in einem Kühlsystem, zum Beispiel in einer Fahrzeugklimaanlage, umlaufendes Kältemittel zu verdichten. Der Hubkolbenverdichter ist mit einem axialen Zylinderblock ausgestattet, welcher mehrere, parallel zu einer Antriebswelle des Verdichters angeordnete Zylinderbohrungen sowie mehrere, einfach- oder doppeitwirkende Kolben aufweist, welche in den entsprechenden Zylinderbohrungen hin- und herbewegt werden, um das gasförmige Kältemittel zu verdichten. Beispielsweise ist der Verdichter mit einfachwirkenden Kolben ferner mit einem Gehäuse ausgestattet, welches mit einem der axialen Enden des Zylinderblocks über eine Ventilplatte verbunden ist, um darin einen Saugraum, aus dem das Kältemittelgas zu seiner Verdichtung entsprechenden Zylinderbohrungen zugeführt wird, sowie einen Druckraum, zu dem hin das verdichtete Kältemittelgas aus den entsprechenden Zylinderbohrungen ausgestoßen wird, zu bilden. Wenn das Kältemittelgas aus dem Saugraum in die entsprechenden Zylinderbohrungen eingespeist wird, durchströmt das Gas Einlaßöffnungen, die in der Ventilplatte ausgebildet und durch Saugventile schließbar geöffnet sind, wobei letztere so angeordnet sind, daß sie mit einer entsprechenden Zylinderbohrungen gegenüberliegenden Endfläche der Ventilplatte in Berührung stehen. Die Saugventile werden geöffnet, wenn ein Druckniveau in jeder Zylinderbohrung niedriger ist als ein vorgegebenes unteres Druckniveau. In ähnlicher Weise strömt beim Ausstoßen des verdichteten Kältemittelgases aus den entsprechenden Zylinderbohrungen zum Druckraum hin das verdichtete Kältemittel durch in der Ventilplatte ausgebildete und durch Druckventile schließbar geöffnete Auslaßöffnungen, wobei die Druckventile so angeordnet sind, daß sie mit der anderen, dem Druckraum gegenüberliegenden Endfläche der Ventilplatte in Berührung stehen. Die Druckventile werden geöffnet, wenn das Druckniveau in jeder Zylinderbohrung höher ist als ein vorgegebenes oberes Druckniveau. Es ist hierbei jedoch zu beachten, daß diese an gegenüberliegenden Seiten der Ventilplatte angeordneten Saug- und Druckventile des herkömmlichen Verdichters jeweils als Ventilklappen oder Zungenventile ausgebildet sind. Und zwar sind die als Ventilklappe ausgeführten Saug- und Druckventile jeweils aus einem dünnen, elastischen Plattenmaterial gefertigt, so daß das Ventil ständig elastisch gegen seine Schließstellung gedrückt wird. Aus diesem Grund muß die Ventilklappe stets gegen die von dem Ventil selbst ausgeübte elastische Kraft von ihrer Schließstellung in ihre Öffnungsstellung bewegt werden, und dementsprechend kommt es beim Öffnen der Saug- oder Druckventilklappe zu einem erheblichen Kältemitteldruckverlust, was zu einer Herabsetzung des volumetrischen Wirkungsgrades des Verdichters führt.
Hinzu kommt, daß das als Ventilklappe ausgeführte Saug- oder Druckventil bei Rückkehr in seine Schließstellung gegen die Endfläche der Ventilplatte schlägt, wobei es ein lautes Geräusch erzeugt und außerdem leicht beschädigt werden oder zu Bruch gehen kann.
In den US-Patenten Nr. 4 749 340, Nr. 4 764 091 und Nr. 4 781 540 sind mehrere konstruktive Verbesserungen der Ventilklappe offenbart, die den volumetrischen Wirkungsgrad des Hubkolbenverdichters steigern und das Geräuschproblem beseitigen. Desungeachtet ist eine weitere, innovative Verbesserung der Funktion und Leistung der Saug- und Druckventile des Hubkolbenverdichters gefordert worden.
Aus CH-A-103 728 ist bekanntgeworden, eine als Verdichter nutzbare Fluid-Maschine mit einer Antriebswelle auszustatten, welche einen geneigten Ring trägt, der hin- und hergehende Kolben treibt. Dieser Verdichter umfaßt ferner ein Paar mit der Antriebswelle drehbare Schieberventile, wobei die Antriebswelle den Ventilkörper derart schneidet, daß der Zentralbereich des Ventilkörpers nicht zur Bildung eines Fluiddurchflußweges genutzt werden kann.
Die obengenannte US-A-4 749 340 offenbart einen Kolbenverdichter, bei dem Zungenventile verwendet werden, die von der erfindungsgemäßen Drehventilvorrichtung verschieden sind.
US-A-1 364 508 betrifft einen Kolbenantriebsmechanismus für Verdichter, welche eine zusammen mit einer Antriebswelle drehbare Drehventilvorrichtung umfaßt. Die Drehventilvorrichtung umfaßt jedoch keinen Bereich, der in der Lage wäre, Sauggas vor dessen Verteilung auf die jeweiligen Zylinderbohrungen aufzunehmen.
Ein weiterer Axialkolbenverdichter ist in DD-A-269 881 beschrieben und umfaßt einen durch eine Antriebswelle getriebenen Rotor sowie eine Vielzahl von Zylinderbohrungen. Während sich die Zylinderbohrungen und die jeweiligen Kolben zusammen mit dem Rotor und der Antriebswelle drehen, ist die Taumelscheibe ein nichtrotierendes Element, welches während der Umdrehung der Welle feststehend bleibt.

Zusammenfassung der Erfindung

Eine Aufgabe der Erfindung ist somit die Schaffung eines Hubkolben-Kältemittelverdichters, welcher mit einem neuartigen, darin untergebrachten Ventilelement ausgestattet ist, mit dem sich die vorerwähnten Probleme, die in Verbindung mit der herkömmlichen Ventilklappe auftreten, beseitigen lassen.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung eines mehrzylindrigen Hubkolben-Kältemittelverdichters, der mit einem geräuschfreien Drehventilelement ausgestattet ist, welches gleichmäßig zusammen mit einer Antriebswelle des Verdichters gedreht wird, um so eine angemessene Zufuhr eines Kältemittels aus einem Saugraum in entsprechende Zylinderbohrungen hinein zu steuern und dadurch den Druckverlust beim Verdichten des Kältemittels zu verhindern.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung eines Hubkolben-Mehrzylinder-Kältemittelverdichters, der mit einem geräuschfreien Drehventilelement ausgestattet ist, welches gleichmäßig zusammen mit einer Antriebswelle des Verdichters gedreht wird, um nicht nur eine angemessene Zufuhr des Kältemittels aus einem Saugraum in entsprechende Zylinderbohrungen hinein, sondern auch ein angemessenes Ausstoßen des verdichteten Kältemittels aus entsprechenden Zylinderbohrungen zu einem Druckraum hin zu steuern und dabei einen hohen volumetrischen Wirkungsgrad des Verdichters aufrechtzuerhalten.
Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung wird ein Hubkolben- Kältemittelverdichter zum Verdichten eines Kältemittels eines Kühlsystems geschaffen, welcher folgendes umfaßt:
einen Zylinderblock mit einer mittigen Achse, einer koaxial mit der mittigen Achse ausgebildeten zylindrischen mittigen Bohrung und mit einer Vielzahl von axialen Zylinderbohrungen, welche rund um und parallel zu der mittigen Achse angeordnet sind, wobei jede der axialen Zylinderbohrungen mindestens ein Bohrungsende aufweist, durch welches das Kältemittel eintreten und daraus ausgestoßen werden kann;
eine Gehäuseanordnung, welche ein Paar Gehäuse einschließt, die luftdicht mit gegenüberliegenden axialen Enden des Zylinderblocks verbunden sind, wobei eines der Gehäuse mit einem der axialen Enden des Zylinderblocks über eine Trennwandplatte verbunden ist und darin einen fluidisch mit der zylindrischen mittigen Bohrung des Zylinderblocks verbundenen Saugraum für das zu verdichtende Kältemittel sowie einen um den Saugraum herum angeordneten und von diesem abgetrennten Druckraum für das verdichtete Kältemittel bildet;
eine drehbare Antriebswelle, deren axiale Enden von in der Gehäuseanordnung und dem Zylinderblock sitzenden Lagern drehbar gehalten sind;
eine Vielzahl von Hubkolben, welche in der Vielzahl von axialen Zylinderbohrungen des Zylinderblocks eingepaßt sind, wobei jeder Kolben in einer der Vielzahl von Zylinderbohrungen hinund herbewegt wird, um das Kältemittel anzusaugen, zu verdichten und auszustoßen;
ein mittels Taumelscheibe betriebener Kolbenantriebsmechanismus, welcher rund um die drehbare Antriebswelle angeordnet ist, um die Hin- und Herbewegung der Vielzahl von Hubkolben in der Vielzahl von Zylinderbohrungen im Zusammenwirken mit der Antriebswelle anzutreiben; und
eine Drehventilvorrichtung, welche in der mittigen Bohrung des Zylinderblocks angeordnet und mit der Antriebswelle verbunden ist, so daß sie zusammen mit der Antriebswelle gedreht wird;
wobei der Verdichter ferner eine Fluiddurchlaßvorrichtung umfaßt, welche eine Vielzahl von radialen Fluiddurchgängen umfaßt, so daß eine konstante Fluidverbindung zwischen jeder der Vielzahl von Zylinderbohrungen und der mittigen Bohrung des Zylinderblocks geschaffen ist, wobei die Drehventilvorrichtung mindestens ein zylindrisches Element umfaßt, welches auf eines der axialen Enden der Antriebswelle gekeilt und mit einer äußeren zylindrischen Oberfläche versehen ist, welche gleitend in die zylindrische mittige Bohrung des Zylinderblocks paßt,
dadurch gekennzeichnet, daß die Drehventilvorrichtung mit einem Fluiddurchgang versehen ist, welcher eine axiale Sackbohrung einschließt, die mittig in dem zylindrischen Element ausgebildet ist, so daß es mit dem Saugraum der Gehäuseanordnung in Verbindung steht, sowie eine umlaufende Nut, die in der äußeren zylindrischen Oberfläche ausgebildet ist, so daß sie über die radialen Fluiddurchgänge der Fluiddurchlaßvorrichtung mit der Vielzahl von Zylinderbohrungen in Verbindung steht, und ferner eine radiale Bohrung, die in dem zylindrischen Element ausgebildet ist, so daß sie die axiale Sackbohrung fluidisch mit der umlaufenden Nut verbindet, wobei der Fluiddurchlaß des zylindrischen Elements eine Zufuhr des zu verdichtenden Kältemittels aus dem Saugraum des Gehäuses zu mindestens einer der Vielzahl von Zylinderbohrungen über die Fluiddurchlaßvorrichtung steuert, während diese mindestens eine Zylinderbohrung in der Ansaugphase ist, um dorthinhein das zu verdichtende Kältemittel im Zusammenwirken mit den Hubkolben einzusaugen, entsprechend der Drehung der Antriebswelle und der Drehventilvorrichtung.
Gemäß einer anderen Ausgestaltung der Erfindung wird ein Hubkolbenverdichter zum Verdichten eines Kältemittels eines Kühlsystems geschaffen, welcher folgendes umfaßt:
einen Zylinderblock mit einer mittigen Achse, einer ersten zylindrischen Ventilkammer, welche koaxial mit der mittigen Achse gebohrt ist, und mit einer Vielzahl von axialen Zylinderbohrungen, welche rund um und parallel zu der mittigen Achse angeordnet sind, wobei jede der axialen Zylinderbohrungen mindestens ein Bohrungsende aufweist, durch welches das Kältemittel eintreten und daraus ausgestoßen werden kann;
eine Gehäuse-Einheit, welche luftdicht über eine Trennwandplatte mit gegenüberliegenden axialen Enden des Zylinderblocks verbunden ist, um darin einen fluidisch mit der ersten zylindrischen Ventilkammer des Zylinderblocks verbundenen Saugraum für das zu verdichtende Kältemittel sowie einen um den Saugraum herum angeordneten und von diesem abgetrennten Druckraum für das verdichtete Kältemittel zu bilden; wobei die Gehäuse-Einheit ferner eine zweite zylindrische Ventilkammer bildet, welche koaxial mit der ersten zylindrischen Ventilkammer angeordnet ist;
eine drehbare Antriebswelle, deren axiale Enden von in der Gehäuse-Einheit und dem Zylinderblock sitzenden Lagern drehbar gehalten sind;
eine Vielzahl von Hubkolben, welche in der Vielzahl von axialen Zylinderbohrungen des Zylinderblocks eingepaßt sind, wobei jeder Kolben in einer der Vielzahl von Zylinderbohrungen zum Ansaugen, Verdichten und Ausstoßen des Kältemittels hin- und herbewegt wird;
ein mittels Taumelscheibe betriebener Kolbenantriebsmechanismus, welcher rund um die drehbare Antriebswelle angeordnet ist, um die Vielzahl von Hubkolben in der Vielzahl von Zylinderbohrungen im Zusammenwirken mit der Antriebswelle anzutreiben; und
erste Mittel zum Herstellen einer konstanten Fluidverbindung zwischen jeder der Vielzahl von Zylinderbohrungen und der ersten zylindrischen Ventilkammer des Zylinderblocks;
zweite Mittel zum Herstellen einer konstanten Fluidverbindung zwischen dem Druckraum und der zweiten zylindrischen Ventilkammer der Gehäuse-Einheit; und
eine Drehventil-Einheit, welche in der ersten und zweiten Ventilkammer des Zylinderblocks und der Gehäuse-Einheit angeordnet und mit der Antriebswelle verbunden ist, so daß sie sich zusammen mit der Antriebswelle dreht;
wobei die Drehventil-Einheit ausgestattet ist mit einem ersten darin ausgebildeten Fluiddurchgang zur Steuerung einer Zufuhr des noch nicht verdichteten Kältemittels aus dem Saugraum der Gehäuseanordnung zu wenigstens einer der Vielzahl von Zylinderbohrungen über die erste konstante Fluidverbindung, während die Zylinderbohrung in der Ansaugphase ist, um dorthinein das zu verdichtende Kältemittel im Zusammenwirken mit den Hubkolben einzusaugen, entsprechend der Drehung der Antriebswelle, sowie mit einem zweiten darin ausgebildeten Fluiddurchgang zur Steuerung eines Ausstoßes des Kältemittels nach dessen Verdichtung aus wenigstens einer der Vielzahl von Zylinderbohrungen zu dem Druckraum über die ersten und zweiten Mittel zur Bildung einer konstanten Fluidverbindung, während die Zylinderbohrung in der Ausstoßphase ist, um das verdichtete Kältemittel im Zusammenwirken mit den Hubkolben auszustoßen, entsprechend der Drehung der Antriebswelle.

Kurzbeschreibung der Figuren

Die obengenannten und andere Aufgaben, Merkmale und Vorzüge der Erfindung werden anhand der nachfolgenden Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen derselben in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen noch besser verdeutlicht.
Es zeigen:
Fig. 1: Längsschnitt eines mit einem Drehventilelement ausgestatteten Hubkolben-Kältemittelverdichters, gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung;
Fig. 2 Vorderansicht einer Trennwandplatte des Verdichters entlang der Linie II-II in Fig. 1, aus der eine Anordnung von in einer Endfläche derselben ausgebildeten radialen Durchlässen hervorgeht;
Fig. 3 perspektivische Darstellung eines in den Verdichter nach Fig. 1 eingebauten Drehventilelements;
Fig. 4 Draufsicht des Drehventilelements nach Fig. 3, aus der eine Anordnung eines darin ausgebildeten Durchlasses für ein angesaugtes Kältemittel hervorgeht;
Fig. 5 im Querschnitt ausgeführte schematische Teilansicht eines Teils eines Hubkolben-Mehrzylinder- Kältemittelverdichters in einer gegenüber der Ausführungsform nach Fig. 1 konstruktiv abgewandelten Form;
Fig. 6 Ansicht ähnlich Fig. 5, welche eine andere konstruktive Abwandlung gegenüber der Ausführungsform nach Fig. 1 zeigt;
Fig. 7 im Querschnitt ausgeführte schematische Teilansicht eines Teils eines Hubkolbenverdichters mit einer weiteren konstruktiven Abwandlung gegenüber der Ausführungsform nach Fig. 1;
Fig. 8 schematische Teilansicht eines Teils eines Hubkolbenverdichters mit einer weiteren konstruktiven Abwandlung gegenüber der Ausführungsform nach Fig. 1;
Fig. 9 schematische Teilansicht eines Teils eines Hubkolbenverdichters mit einer weiteren konstruktiven Abwandlung gegenüber der Ausführungsform nach Fig. 1;
Fig. 10 Längsschnitt eines Hubkolben-Kältemittelverdichters mit einem Drehventilelement gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung;
Fig. 11 perspektivische Ansicht eines in den Verdichter nach Fig. 10 eingebauten zylindrischen Ventil- Aufnahmeelements;
Fig. 12 Längsschnitt eines mit einem Drehventilelement ausgestatteten Hubkolben-Kältemittelverdichters, gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung;
Fig. 13 eine andere im Längsschnitt ausgeführte Teilansicht des Verdichters nach Fig. 12, aus der die Konstruktion eines in den Verdichter eingebauten Drehventilelements hervorgeht;
Fig. 14 Vorderansicht einer Trennwandplatte des Verdichters nach Fig. 12, aus der die Anordnung von in einer Endfläche derselben ausgebildeten radialen Durchlässen hervorgeht;
Fig. 15 perspektivische Darstellung in kleinem Maßstab eines hinteren Gehäuses des Verdichters nach Fig. 12;
Fig. 16 perspektivische Ansicht eines in den Verdichter nach Fig. 12 und 13 eingebauten Drehventilelements;
Fig. 17 Querschnitt des Drehventilelements nach Fig. 16, aus dem eine Anordnung eines darin ausgebildeten Durchlasses für ein angesaugtes Kältemittel sowie eines darin ausgebildeten Durchlasses für ein verdichtetes Kältemittel hervorgeht; und
Fig. 18 Graph, der eine Beziehung zwischen einem Kolbenhub und einem Druck in einer Zylinderbohrung des Verdichters nach Fig. 12 zeigt.

Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen

Nach den die erste Ausführungsform der Erfindung darstellenden Figuren 1 bis 4 umfaßt ein Hubkolben-Kältemittelverdichter einen Zylinderblock 1 mit einer mittigen Achse. Der Zylinderblock 1 besitzt axial gegenüberliegende Enden, eine mittige Bohrung 1a, welche koaxial mit der mittigen Achse verläuft und als eine Ventilkammer zur Aufnahme eines noch zu beschreibenden Drehventilelements ausgebildet ist, sowie mehrere (in dieser Ausführungsform beispielsweise fünf) Zylinderbohrungen 1b; welche in gleichen Winkelabständen rund um und parallel zu der mittigen Achse angeordnet sind. Eines der axialen Enden, nämlich ein vorderes Ende des Zylinderblocks 1, ist durch ein vorderes Gehäuse 2 luftdicht abgeschlossen, und das andere Ende, nämlich ein hinteres Ende des Zylinderblocks 1, ist durch ein hinteres Gehäuse 4 über eine Trennwandplatte 3 luftdicht abgeschlossen. Das vordere Gehäuse 2 bildet ein Kurbelgehäuse 5, welches sich axial vor dem vorderen Ende des Zylinderblocks 1 erstreckt. Das hintere Gehäuse 4 bildet einen mittig angeordneten zylindrischen Saugraum 17 für ein zu verdichtendes Kältemittel sowie ein ringförmig verlaufender Druckraum 18 für ein verdichtetes Kältemittel, wobei der Druckraum so angeordnet ist, daß er den Saugraum 17 umschließt und von diesem abgetrennt ist.
Eine axial durch das Kurbelgehäuse 5 verlaufende Antriebswelle 6 ist durch in einer mittigen Bohrung des vorderen Gehäuses 2 und der mittigen Bohrung 1a des Zylinderblocks 1 sitzende Lager 6a und 6b drehbar gehalten. Die Antriebswelle 6 besitzt einen Rotor 7, welcher fest auf derselben angebracht ist, um mit derselben gedreht zu werden, und axial durch ein Drucklager 6c getragen wird, welches zwischen einem inneren Ende des vorderen Gehäuses 2 und dem vordersten Ende des Rotors 7 angeordnet ist. Der Rotor 7 besitzt einen Tragarm 8, welcher sich von einem hinteren Teil desselben aus erstreckt, um eine Verlängerung zu schaffen, in der eine längliche, durchgehende Bohrung 8a zur Aufnahme eines seitlichen Stiftes 8b ausgebildet ist, welcher in der durchgehenden Bohrung 8a gleitend bewegbar ist. Der seitliche Stift 8b ist mit einer um die Antriebswelle herum angeordneten Taumelscheibe 9 verbunden und ist in der Lage, einen Neigungswinkel derselben, bezogen auf eine zu der Drehachse der Antriebswelle 6 senkrechten Ebene, zu verändern.
Ein axial und gleitend bewegbar an der Antriebswelle 6 angebrachtes Buchsenelement 10 ist dem hintersten Ende des Rotors 7 benachbart angeordnet und wird ständig durch eine um die Antriebswelle 6 an einem hinteren Teil derselben angeordnete Schraubenfeder 11 gegen das hinterste Ende des Rotors 7 gedrückt. Das Buchsenelement 10 besitzt ein Paar sich seitlich erstreckender Drehzapfen 10a, an denen die Taumelscheibe 9 drehbar gelagert ist, so daß sie um diese herum geneigt ist.
Die Taumelscheibe 9 besitzt eine ringförmige hintere Fläche und einen zylindrischen Flansch, um darauf über ein Drucklager 9a eine eine taumelnde Bewegung ausführende, jedoch nicht drehbare Scheibe 12, im folgenden Taumelplatte genannt, zu tragen. Die nichtdrehbare Taumelplatte 12 besitzt einen äußeren Umfang, der mit einem Führungsbereich 12a versehen ist, in dem ein langer Bolzen 16 eingepaßt ist, um jegliches rotatorisches Spiel der Taumelplatte 12 an der Taumelscheibe 9 zu verhindern, und ferner ist die Taumelplatte 12 funktionell über Kolbenstangen 14 mit Kolben 15 verbunden, die axial und gleitend bewegbar in die Zylinderbohrungen 1b eingepaßt sind. Wenn die Antriebswelle 6 zusammen mit dem Rotor 7 und der Taumelscheibe 9 gedreht wird, wird die Taumelplatte 12 an der Taumelscheibe 9 nichtdrehbar taumelnd bewegt, um entsprechenden Kolben 15 in den Zylinderbohrungen 1b eine Hin- und Herbewegung zu erteilen. In Abhängigkeit vom Hin- und Rückgang der Kolben 15 wird das Kältemittel aus dem Saugraum 17 in entsprechende Zylinderbohrungen 1b eingesaugt und darin verdichtet. Das verdichtete Kältemittel wird aus entsprechenden Zylinderbohrungen 1b zu dem Druckraum 18 hin ausgestoßen, von dem aus das verdichtete Kältemittel zum Verflüssiger eines Kühlsystems geführt wird.
Bei Betrieb des Verdichters verändert sich bei Auftreten einer Änderung einer Druckdifferenz zwischen einem Saugdruck in jeder Zylinderbohrung 1b und einem in dem Kurbelgehäuse 5 vorherrschenden Druck der Hub eines jeden Kolbens 15 und damit der Neigungswinkel der Taumelscheibe 9 sowie der Taumelplatte 12. Der Druck in dem Kurbelgehäuse 5 wird mittels eines herkömmlichen Magnet-Steuerventils (in Fig. 1 nicht gezeigt), welches in einem erweiterten Bereich des hinteren Gehäuses 4 untergebracht ist, verstellbar verändert.
Der vorerwähnte mittige Saugraum 17 des hinteren Gehäuses 4 besitzt eine in einer Endwandung des hinteren Gehäuses 4 ausgebildete Öffnung, so daß der Saugraum 17 darin ein Kältemittel aufnehmen kann, wenn das Kältemittel von außerhalb des Verdichters zurückkehrt. Der Saugraum 17 ist mit der mittigen Bohrung 1a des Zylinderblocks 1 über eine mittige Bohrung 3a der Trennwandplatte 3 verbunden, die koaxial mit der mittigen Bohrung 1a des Zylinderblocks angeordnet und von gleichem Bohrungsdurchmesser wie diese ist. Die Trennwandplatte 3 ist mit mehreren (in der vorliegenden Ausführungsform fünf) radialen Durchlässen 21 ausgestattet, welche so ausgebildet sind, daß sie sich radial von der mittigen Bohrung 3a derselben aus erstrecken, wie am besten aus Fig. 2 ersichtlich. Ein Ende jedes radialen Durchlasses 21 ist so angeordnet, daß es sich gegen das hinterste Ende einer der axialen Zylinderbohrungen 1b des Zylinderblocks 1 öffnet.
Ein zylindrisches Drehventilelement 22 ist passend und drehbar in der mittigen Bohrung 1a des Zylinderblocks 1 und in der mittigen Bohrung 3a der Trennwandplatte 3 aufgenommen, und ein axial inneres Ende des Drehventilelements 22 ist durch einen Keil 23 fest mit einem Ende der Antriebswelle 6 verbunden, die sich in die mittige Bohrung 1a des Zylinderblocks hinein erstreckt. Somit wird das Drehventilelement 22 zusammen mit der Antriebswelle 6 gedreht. Die Antriebswelle 6 und das Drehventilelement 22 des Verdichters nach vorliegender Ausführungsform können entweder rechtsgerichtet oder linksgerichtet gedreht werden. Ein hinteres Ende des Drehventilelements 22, d.h. ein dem oben erwähnten inneren Ende gegenüberliegendes Ende, ist durch ein Drucklager 24 getragen, welches in einem in der Innenwandung des hinteren Gehäuses 4 ausgebildeten ringförmigen Absatz des Saugraumes sitzt.
Wie am besten aus Fig. 3 und 4 ersichtlich, besitzt das zylindrische Drehventilelement 22 einen Fluiddurchlaß 25, umfassend eine mittig in dem Element ausgebildete axiale Sackbohrung 25a, eine in der zylindrischen Oberfläche des Elements so ausgebildete Nut 25b, daß diese sich peripherisch über etwa die Hälfte des Umfangs desselben erstreckt, sowie eine radiale Bohrung 25c, die so ausgebildet ist, daß eine Fluidverbindung zwischen der mittigen Bohrung 25a und der umlaufenden Nut 25b erhalten wird. Der Fluiddurchlaß 25 des Drehventilelements 22 dient dazu, die Ansaugung des Kältemittels aus dem Saugraum 17 des hinteren Gehäuses 4 in entsprechende Zylinderbohrungen lb zu steuern. Und zwar wird bei der Drehung des Drehventilelements 22, während die umlaufende Nut 25b des Drehventilelements 22 mit den radialen Durchlässen 21 der Zylinderbohrungen 1b, in denen der Saughub der Kolben 15 durchgeführt wird, zusammenkommt, über den Fluiddurchlaß 25 eine Fluidverbindung zwischen diesen radialen Durchgängen 21 und dem Saugraum 17 geschaffen.
Zwischen dem radial außerhalb des Saugraums 17 angeordneten Druckraum 18 des hinteren Gehäuses 4 und entsprechenden Zylinderbohrungen 1b läßt sich über in der Trennwandplatte 3 ausgebildete Auslaßöffnungen 18a und in Form von Ventilklappen ausgebildeten Druckventilen 19, die in dem Druckraum 18 angeordnet sind, um die Auslaßöffnungen 18a zu schließen, eine Verbindung herstellen. Die Bewegung der Druckventile 19 wird durch Ventilhaltevorrichtungen 19a begrenzt.
Der oben beschriebene Hubkolbenverdichter ist in einem Kühlsystem eines Klimageräts eingebaut, beispielsweise einem Fahrzeug-Klimagerät, um das Kältemittel zu verdichten und das komprimierte Gas dem Kühlsystem zuzuführen.
Die Arbeitsweise des Verdichters mit dem Drehventilelement 22 ist im folgenden beschrieben.
Wenn die Antriebswelle 6 des Verdichters, von einer externen Antriebsenergie getrieben, um ihre Drehachse gedreht wird, wird die Taumelscheibe 9 zusammen mit der Antriebswelle 6 gedreht und infolge einer Neigung der Taumelscheibe 9 bezogen auf eine senkrecht zur Drehachse der Antriebswelle 6 liegende Ebene taumelnd um dieselbe bewegt. Die taumelnde Bewegung der sich drehenden Taumelscheibe 9 bewirkt eine synchrone Taumelbewegung der nichtdrehbaren Taumelpiatte 12, so daß die entsprechenden Kolben 15, die über die Kolbenstangen 14 mit der Taumelplatte 12 verbunden sind, in den entsprechenden Zylinderbohrungen 1b hin- und herbewegt werden. Während des Hin- und Rückgangs der Kolben 15 wird, wenn jeder der Kolben 15 beginnt, in der entsprechenden Zylinderbohrung 1b von seinem oberen Totpunkt (OT) zu seinem unteren Totpunkt (UT) zu gleiten, um seinen Saughub auszuführen, das sich zusammen mit der Antriebswelle 6 beispielsweise gemäß Fig. 4 entgegen dem Uhrzeigersinn drehende Drehventilelement 22 in eine Stellung gebracht, in der das vordere Ende der umlaufenden Nut 25b des Fluiddurchlasses 25 des Drehventilelements mit dem radialen Durchlaß 21 der Zylinderbohrung 1b zusammenkommt, womit zwischen dem radialen Durchlaß 21 der Zylinderbohrung 1b und dem Saugraum 17 über den Fluiddurchlaß 25 des Drehventilelements 22 eine fluidische Verbindung hergestellt wird. Somit wird das Kältemittelgas durch den Fluiddurchlaß 25 und den radialen Durchlaß 21 aus dem Saugraum 17 in die Zylinderbohrung 1b gesaugt.
Im weiteren Ablauf, wenn der Kolben 15 in der Zylinderbohrung 1b zum UT bewegt wird, passiert das hintere Ende der umlaufenden Nut 25b des sich drehenden Drehventilelements 22 den radialen Durchlaß 21 der Zylinderbohrung 1b, in der der Kolben 15 beim UT anlangt. Somit wird der radiale Durchlaß 21 der Zylinderbohrung 1b durch das Drehventilelement 22 vom 5augraum 17 abgetrennt. Beginnt der Kolben 15 dann in der Zylinderbohrung 1b von seinem UT zu seinem OT zu gleiten, wird das in die Zylinderbohrung 1b eingesaugte Kältemittelgas durch den Kolben 15 verdichtet und folglich ein in der Zylinderbohrung ib herrschender Druck allmählich auf ein Niveau angehoben, welches vermag, das Druckventil 19 dazu zu bringen, sich von seiner Schließstellung in seine geöffnete Stellung zu bewegen. Dementsprechend wird das verdichtete Kältemittel über die Auslaßöffnung 18a der Trennwandplatte 3 aus der Zylinderbohrung 1b heraus- und in den Druckraum 18 hinein ausgestoßen.
Aus der vorangegangenen Beschreibung ist ersichtlich, daß das mit der Antriebswelle 6 rotierende Drehventilelement 22 die Zufuhr des Kältemittels aus dem Saugraum 17 des hinteren Gehäuses 4 zu den entsprechenden Zylinderbohrungen 1b hin steuert, um so eine angemessene Verdichtung des Kältemittelgases und ein Ausstoßen des verdichteten Kältemittelgases zu erreichen.
Gemäß der vorliegenden Ausführungsform nach Figuren 1 bis 4 ermöglicht es die Konstruktion des Drehventilelements 22 als ein als Drehventil ausgebildetes Saugsteuerungsventil, welches sich zusammen mit der Antriebswelle 6 des Verdichters dreht, eine gegenüber dem herkömmlichen, als Ventilklappe ausgebildeten Saugsteuerungsventil einen großen Öffnungsbereich des Saugsteuerungsventils zu erhalten. Deshalb kann infolge einer Reduzierung des Druckverlusts des Kältemittels in jeder der Vielzahl von Zylinderbohrungen 1b des Verdichters der volumetrische Wirkungsgrad des Verdichters an sich angehoben werden.
Ferner kann das Saugsteuerungs-Drehventilelement 22 gegenüber dem herkömmlichen, als Ventilklappe ausgebildeten Saugsteuerungsventil Geräuschentstehung bei seinem Betrieb erheblich mindern. Da das Saugsteuerungs-Drehventil 22 darüber hinaus seine Saugsteuerungsfunktion durch gleichmäßige Drehung in der Ventilkammer durchführt, kommt es bei dem Saugsteuerungs-Drehventil über eine lange Betriebszeit desselben hinweg nicht leicht zu Beschädigung oder Bruch und Abrieb. Somit läßt sich gegenüber der herkömmlichen Saugsteuerungs-Ventilklappe eine Verbesserung des Saugventilmechanismus des Hubkolbenverdichters erzielen.
Fig. 5 zeigt eine Abwandlung des Hubkolbenverdichters nach Fig. 1. Und zwar werden, wenn das Drehventilelement 22 als ein Saugsteuerungsventil in den Verdichter eingebaut ist, die herkömmlichen Saugsteuerungs-Ventilklappen so angeordnet, daß sie mit der Trennwandplatte 3 in Berührung stehen. Infolgedessen können die Auslaßöffnungen 18a der Trennwandplatte 3, durch die das verdichtete Kältemittel aus den entsprechenden Zylinderbohrungen 1b zum Druckraum 18 hin ausgestoßen wird, in einer Position vorgesehen werden derart, daß die Mitte jeder Auslaßöffnung 18a korrekt auf die Mittelachse der entsprechenden Zylinderbohrung 1b ausgerichtet ist. Somit kann jeder Hubkolben 15 an seinem Boden einen Vorsprung isa aufweisen, um mit der entsprechenden Auslaßöffnung 18a in Abhängigkeit von der Bewegung des Kolbens 15 in Richtung seines oberen Totpunkts (OT) in Eingriff gebracht werden zu können, und dementsprechend kann der Kolben 15 in der Zylinderbohrung 1b stets in eine solche Position bewegt werden, die einen minimalen Spalt zwischen dem Kolbenboden und der inneren Endfläche der Trennwandplatte 3 zuläßt. Aus diesem Grund ist die Menge an verdichtetem Kältemittelgas, die ohne aus der Zylinderbohrung ausgestoßen zu werden in dieser verbleibt, minimal, so daß der volumetrische Wirkungsgrad des Verdichters gesteigert werden kann.
Fig. 6 zeigt eine andere Abwandlung des Hubkolbenverdichters nach Fig. 1. Und zwar sind in der Verdichterkonstruktion nach Fig. 6 die radialen Durchlässe 21 in dem Zylinderblock 1 angeordnet, und nicht in der zuvor beschriebenen Trennwandplatte 3. Infolgedessen kann die Länge eines jeden radialen Durchlasses 21 verkürzt werden und dementsprechend jegliche Menge an verdichtetem Kältemittelgas, welche zu dem Zeitpunkt, an dem der Kolben 15 am Ende seines Druckhubes ankommt, in dem radialen Durchlaß 21 verblieben ist, auf das Mindestmaß reduziert werden. Demzufolge kann der volumetrische Wirkungsgrad des Verdichters angehoben werden.
Fig. 7 zeigt eine weitere Abwandlung des Hubkolbenverdichters aus Fig. 1. Und zwar ist in der Ausführung des Verdichters nach Fig. 7 die Antriebswelle 6 mit einem Flanschteil 61 ausgestattet, um ein Ende einer Schraubenfeder 26, deren anderes Ende mit dem Drehventilelement 22 in Berührung steht, zu tragen, um so das Drehventilelement 22 ständig gegen das in dem hinteren Gehäuse 4 sitzende Drucklager 24 zu drücken. Dadurch kann jegliches axiale Spiel des Drehventilelements 22 unterdrückt werden, um eine gleichmäßige Drehung des Drehventilelements 22 sicherzustellen, und folglich lassen sich Abrieb und Festfressen des Drehventilelements 22 verhindern. Ferner kann die Schwierigkeit der Beherrschung der Form und Abmessungen des Drehventilelements 22 während der Fertigungs- und Montagestufe desselben verringert werden.
Die Schraubenfeder 26 nach Fig. 7 kann zwischen dem Drehventilelement 22 und einem in Fig. 8 gezeigten Radiallager 63 angeordnet sein, wobei letzteres so angeordnet ist, daß die Antriebswelle 6 von ihm statt von dem Lager 6b nach Fig. 1 oder Fig. 7 drehbar gehalten wird. Das Lager 63 ist mit einem geflanschten inneren Laufring ausgestattet, gegen den das Ende der Schraubenfeder 26 anliegt, und aus diesem Grund kann die Antriebswelle 6 aus einem flanschlosen, geraden Element gefertigt sein. Damit läßt sich die Montage des Drehventilelements 22 im Vergleich zu dem Verdichter aus Fig. 7 vereinfachen.
Fig. 9 zeigt eine andere Abwandlung, bei der die gegen das Drehventilelement 22 drückende Feder 26 durch ein Drucklager 65 getragen ist, welches auf einem Absatz 1c des Zylinderblocks 1 sitzt. Damit läßt sich eine einfache Montage des Drehventilelements 22 erreichen, ähnlich der Ausführungsform nach Fig. 8.
Nach Fig. 10 und 11, die eine zweite Ausführungsform der Erfindung darstellen, ist der Hubkolbenverdichter von dem in Fig. 1 bis 4 gezeigten Verdichter der ersten Ausführungsform verschieden insofern, als ein zylindrisches hohles Buchsenelement 44 fest in der mittigen Bohrung 1a des Zylinderblocks 1 und der mittigen Bohrung 3a der Trennwandplatte 3 angeordnet ist, um darin das Drehventilelement 22 drehbar aufzunehmen, wodurch sich das bei dem Verdichter der ersten Ausführungsform verwendete Drucklager 24 erübrigt. Gleiche oder ähnliche Elemente wie die des Verdichters der ersten Ausführungsform sind daher mit den gleichen Bezugsziffern wie in Fig. 1 bis 4 verwendet versehen.
Wie am besten aus Fig. 11 ersichtlich, besitzt das zylindrische hohle Buchsenelement 44 mehrere offene Fenster 44a, die radial in der zylindrischen Wandung desselben ausgebildet sind, und eine ringförmige Erweiterung 44b, welche an einem in einem Schulterbereich des hinteren Gehäuses 4 sitzenden Ende desselben ausgebildet ist.
Die offenen Fenster 44a des zylindrischen hohlen Buchsenelements 44 sind so angeordnet, daß wenn das Buchsenelement 44 in den Zylinderblock 1 und das hintere Gehäuse 4 eingebaut wird, die Vielzahl offener Fenster 44a korrekt mit den entsprechenden radialen Durchlässen 21 der Trennwandplatte 3 ausgerichtet sind. Infolgedessen kann der Fluiddurchlaß 25 des Drehventilelements 22 in einer Abfolge mit den radialen Durchgängen 21 und den entsprechenden Zylinderbohrungen 1b des Zylinderblock 1 verbunden werden, in Abhängigkeit von der Drehung des Drehventilelements 22 im Inneren des zylindrischen Buchsenelements 44.
Die bereits erwähnte ringförmige Erweiterung 44b des zylindrischen hohlen Buchsenelements 44 dient dazu, das Drehventilelement 22 axial zu tragen.
Durch das zylindrische hohle Buchsenelement 44 wird bewirkt, daß sich das Drehventilelement 22 darin gleichmäßig zusammen mit der Antriebswelle 6 drehen kann, denn wenn das hohle Buchsenelement 44 aus einem metallischen Lagerwerkstoff gefertigt ist, kann dieses hohle Buchsenelement 44 während der Drehung des Drehventilelements 22 als ein zylindrisches Gleitlager für das Drehventilelement 22 dienen. Demzufolge kann jeglicher Leistungsverlust zum Treiben der Antriebswelle 6 des Verdichters von einer externen Antriebsquelle aus, zum Beispiel einem Fahrzeugmotor, vermieden werden.
Ferner kann das Auftreten eines unvorteilhaften Problems, wie Abrieb und Festfressen des Drehventilelements 22, verhindert werden.
Das zylindrische hohle Buchsenelement 44 wird in einen zylindrischen, bohrungsähnlichen Ventilkammerbereich des Verdichters eingebaut, welcher aus der Vereinigung von Zylinderblock 1, Trennwandplatte 3 und hinterem Gehäuse 4 gebildet ist, und deshalb ist es häufig schwierig, für das Drehventilelement 22 ein vollständiges, luftdichtes Dichtverhalten zu erreichen. Dennoch kann aufgrund des Vorhandenseins des zylindrischen hohlen Buchsenelements 44, in dem das Drehventilelement 22 drehbar untergebracht ist, das Dichtverhalten des Drehventilelements 22 gegenüber der bereits beschriebenen ersten Ausführungsform nach Fig. 1 bis 4 verbessert und somit eine gute Einlaßsteuerung des Drehventilements 22 erhalten werden.
Darüber hinaus kann die Schwierigkeit der Beherrschung der Form und Abmessungen des oben genannten Zylinderblocks 1, der Trennwandplatte 3, des hinteren Gehäuses 4 und des Drehventilelements 22 in der Fertigungs- und Montagestufe des Verdichters auf ein Minimum reduziert werden.
Figuren 12 bis 18 zeigen eine dritte Ausführungsform der Erfindung, wobei die Elemente und Bereiche, die gleich oder ähnlich denen der ersten Ausgestaltung nach Fig. 1 bis 4 sind, mit den gleichen Bezugsziffern versehen sind.
Nach Fig. 12 bis 16 ist das Drehventilelement 22 in der durch die mittige Bohrung 1a des Zylinderblocks 1, die mittige Bohrung 3a der Trennwandplatte 3 und einen Bereich einer innenhegenden zylindrischen Wandung 43 (Fig. 15) des hinteren Gehäuses 4 gebildeten Ventilkammer angeordnet. Es ist zu bemerken, daß das Drehventilelement 22 in dieser dritten Ausführungsform als ein Drehventil vorgesehen ist, welches sowohl den Einlaß als auch den Auslaß des Kältemittels in bezug auf die Vielzahl von Zylinderbohrungen 1b des Zylinderblocks 1 zu steuern vermag. Aus diesem Grund besitzt der Verdichter kein Ventil in Form einer Ventilklappe. Zu beachten ist jedoch, daß die Vorgänge des Ansaugens, Verdichtens und Ausstoßens durch Hin- und Herbewegen der Kolben 15 in den Zylinderbohrungen 1b, bewirkt durch die Taumelscheibe und Taumelplatte 8 bzw. 9 bei Antrieb durch die Antriebswelle 6, auf dieselbe Weise durchgeführt werden, wie bei dem Verdichter der ersten Ausführungsform.
Die konstruktive Ausbildung und Arbeitsweise des Drehventilelements 22, welches sowohl Einlaß- als auch Auslaßfunktion aufweisen kann, sind im folgenden beschrieben.
Nach Figuren 13, 16 und 17 ist das an einem Ende der Antriebswelle 6 angebrachte Drehventilelement 22 mit einem Fluiddurchlaß 25 ausgestattet, umfassend eine mittig in dem Element ausgebildete axiale Sackbohrung 25a, eine in der äußeren zylindrischen Oberfläche des Elements umlaufende Nut 25b und einen radialen Durchlaß 25c, der eine Verbindung zwischen der Bohrung 25a und der Nut 25b herstellt, um die Zufuhr des noch nicht verdichteten Kältemittels aus dem Saugraum 17 zu den entsprechenden Zylinderbohrungen 1b zu steuern, während sich die entsprechenden Zylinderbohrungen 1b im Ansaugzustand befinden.
Das Drehventilelement 22 ist ferner mit einem in seiner zylindrischen äußeren Oberfläche ausgebildeten, sich axial erstrekkenden, nutähnlichen Durchlaß 27 ausgestattet. Der Durchlaß 27 ist einem Ende der umlaufenden Nut 25b des Fluiddurchlasses 25 benachbart, jedoch von diesem beabstandet, angeordnet, und zwar, unter Berücksichtigung einer vorgegebenen, in Fig. 17 mit einem Pfeil "A" bezeichneten Drehrichtung des Drehventilelements 22, einem vorderen Ende der umlaufenden Nut 25b. Der Abstand zwischen dem Durchlaß 27 und dem vorderen Ende der umlaufenden Nut 25b ist in einer an einer späteren Stelle beschriebenen Weise ausgewählt und ausgebildet.
Wie in Fig. 13 gezeigt, ist ein Ende des axialen nutähnlichen Durchlasses 27 dem hintersten Ende des Drehventilelements 22 benachbart angeordnet, und sein anderes Ende ist an einer Stelle angeordnet, an der zwischen dem Durchlaß 27 und den entsprechenden radialen Durchlässen 21 der Trennwandplatte 3. (Fig. 14) während der Drehung des Drehventilelements 22 eine Verbindung hergestellt werden kann.
Nach Fig. 13 und 15 ist die zylindrische Wandung 43 des hinteren Gehäuses 4 mit einer innenliegenden, ringförmigen Nut 41 ausgestattet, und zwar an einer Stelle, die zuläßt, daß diese Nut konstant der obengenannten axialen Nut 27 des Drehventilelements 22 ausgesetzt ist, sowie mit einer angemessenen Anzahl von radialen Bohrungen 42, die eine Verbindung zwischen dem Druckraum 18 und der innenliegenden ringförmigen Nut 41 der zylindrischen Wandung 43 des hinteren Gehäuses 4 herstellen.
Gemäß der oben beschriebenen konstruktiven Ausbildung und Anordnung des Drehventilelements 22 wird, wenn das Drehventilelement 22 zusammen mit der Antriebswelle 6 gedreht wird und der axiale Durchlaß 27 Positionen erreicht, an denen er mit dem radialen Durchlaß 21 der Zylinderbohrung 1b, in der der Druckhub des Kolbens 15 stattfindet, zusammenkommt, die Zylinderbohrung 1b über den radialen Durchlaß 21 und den axialen Durchlaß 27 des Drehventilelements 22 fluidisch mit dem Druckraum 18 des hinteren Gehäuses 4 verbunden. Die Fluidverbindung des axialen Durchlasses 27 des Drehventilelements 22 mit entsprechenden Zylinderbohrungen 1b kommt aufeinanderfolgend zustande, wodurch das verdichtete Kältemittel, in Abhängigkeit von der Drehung des Drehventilelements 22, aus den Zylinderbohrungen 1b zu dem Druckraum 18 hin ausgestoßen werden kann. Das heißt, das Drehventilelement 22 hat während seiner Drehung zusammen mit der Antriebswelle 6 neben der bereits erwähnten Funktion der Einlaßsteuerung die Funktion, den Auslaß des verdichteten Kältemittelgases aus den entsprechenden Zylinderbohrungen 1b zu dem Druckraum 18 zu steuern.
Wenn das Drehventilelement 22 sowohl mit dem Fluiddurchlaß 25 als auch mit dem axialen Durchlaß 27 ausgestattet ist, wird eine vorgegebene räumliche Beziehung zwischen diesen beiden Fluiddurchgängen hergestellt, um eine angemessene Steuerung der Ansaugung sowie des Ausstoßes des Kältemittels in die bzw. aus den dazugehörigen Zylinderbohrungen 1b zu erhalten. Und zwar ist die umlaufende Nut 25b des Fluiddurchlasses 25, wie am besten in Fig. 17 und 18 ersichtlich, am äußeren Umfang des Drehventilelements 22 derart ausgebildet, daß in Abhängigkeit von der Drehung des Elements 22 zusammen mit der Antriebswelle 6 in die durch einen Pfeil "A" bezeichneten Richtung das vordere Ende der umlaufenden Nut 25b über den dazugehörigen radialen Durchlaß 21 in fluidische Verbindung mit einer der Zylinderbohrungen 1b gebracht wird, wenn der Kolben 15 in der Zylinderbohrung 1b von seiner oberen Totlage (OT) um einen Winkelbetrag "θ" wegbewegt wird, wobei eine Verzögerung des Beginns des Saughubes bezogen auf die Zylinderbohrung 1b verursacht wird.
Da der axiale Durchlaß 27 des Drehventilelements 22 so angeordnet ist, daß er von dem vorderen Ende des umlaufenden Durchlasses 25b umfangsmäßig beabstandet ist, kommt es in dieser Phase zu einer Rückexpansion des verdichteten, in der Zylinderbohrung 1b verbliebenen Kältemittels während des Zeitraums, der dem obengenannten Winkelbetrag "θ" der Drehung des Drehventilelements 22 entspricht.
Andererseits ist der umlaufende Durchlaß 25b des Drehventilelements 22 verlängert, so daß sein hinteres Ende eine weitere Zylinderbohrung 1b, worin der Kolben 15 seinen unteren Totpunkt (UT) erreicht, passiert, wenn der Kolben 15 durch einen vorbestimmten Betrag, der einem Winkelbetrag "θ'" der Drehung des Drehventilelements 22 entspricht, vom UT wegbewegt wird. Das heißt, der Beginn des Verdichtungshubes innerhalbder Zylinderbohrung 1b wird verzögert, wie aus Fig. 18 deutlich erkennbar. Fig. 18 zeigt, daß die Verzögerung des Beginns des Verdichtungshubes bezogen auf die Zylinderbohrung 1b den Druckverlust bei der Ansaugung des Kältemittels ausgleichen kann, der durch die oben erwähnte Verzögerung des Beginns des Saughubes bezogen auf die Zylinderbohrung 1b verursacht wird.
Gemäß der obengenannten Anordnung des Fluiddurchlasses 25 und des umlaufenden Durchlasses 27 des Drehventilelements 22 wird sichergestellt, daß die äußere Umfangsoberf läche des Drehventilelements 22 mit einer vorbestimmten Länge eines Stegbereichs zwischen dem axialen Durchlaß 27 und dem vorderen Ende des umlaufenden Durchlasses 25b ausgestattet ist, wie aus Fig. 17 deutlich erkennbar. Damit ist für jede der Zylinderbohrungen 1b gegeben, daß sie nicht gleichzeitig sowohl mit dem Saugraum als auch mit dem Druckraum 17 bzw. 18 des hinteren Gehäuses 4 über das Drehventilelement 22 verbunden wird, und folglich tritt keine direkte Leckage des verdichteten Kältemittels aus der Zylinderbohrung 1b zum Saugraum 17 hin auf.
Ist das Drehventilelement 22 sowohl mit der Funktion der Einlaßsteuerung als auch mit der der Auslaßsteuerung ausgestattet, kann Druckverlust des Kältemittelgases während des Betriebs des Hubkolbenverdichters gegenüber dem mit herkömmlichen Saug- und Druckventilklappen ausgestatteten Verdichter erheblich gesenkt werden, und folglich läßt sich eine beträchtliche Steigerung des volumetrischen Wirkungsgrades des Verdichters erzielen. Ferner kann durch den Verzicht auf die Ventilklappen im Kompressor ein erheblicher Beitrag zu einer Geräuschminderung während des Verdichterbetriebs und zur Reduzierung der Gefahr der Schädigung oder des Bruchs der Ventile während der Betriebslebensdauer des Verdichters geleistet werden.
Dadurch, daß das einzelne Drehventilelement 22 den Einlaß sowie den Auslaß des Kältemittels in bezug auf die Vielzahl der Zylinderbohrungen 1b steuert, ist es möglich, die Anzahl der Bauelemente für einen Hubkolbenverdichter zu reduzieren, bei gleichzeitiger Vereinfachung der Konstruktion des Verdichters. Somit lassen sich die Herstellungskosten des Hubkolbenverdichters senken.
In den beschriebenen Ausführungsformen ist der Hubkolbenverdichter mit einer Vielzahl von Zylinderbohrungen versehen, in denen eine Vielzahl von einfachwirkenden Kolben hin- und herbewegt wird, um, gesteuert durch das Drehventilelement, die Vorgänge des Ansaugens, Verdichtens und Ausstoßens auszuführen. Es versteht sich jedoch, daß das als Drehventil zur Einlaßsteuerung oder zur Einlaß- und Auslaßsteuerung ausgebildete Drehventilelement gleichermaßen auf den anderen Hubkolbenverdichter anwendbar ist, der mit einer Vielzahl von doppeltwirkenden Hubkolben, die von einem Taumelscheibenmechanismus mit einem festen Neigungswinkel hin- und herbewegt werden, ausgestattet ist. Und zwar werden im Fall des doppeltwirkenden Kolbenverdichters zwei Drehventilelemente an gegenüberliegenden Enden einer Antriebswelle angeordnet, welche gedreht wird, um dabei drehende und taumelnde Bewegungen der Taumelscheibe in dem in der Mitte des Zylinderblocks befindlichen Taumelscheibenraum zu bewirken.
Aus der voranstehenden Beschreibung wird deutlich, daß sich gemäß vorliegender Erfindung ein Hubkolben-Kältemittelverdichter realisieren läßt, der einen hohen volumetrischen Wirkungsgrad aufweist sowie einen geräuschlosen und schadensfreien Betrieb bei hoher Lebensdauer ermöglicht.
Es ist zu erwähnen, daß für den Fachmann viele Möglichkeiten der Variation und Modifikation erkennbar sein werden.

Claims

1. Hubkolben-Kühlmittelverdichter zum Verdichten eines Kühlmittels eines Kühlsystems, umfassend:

einen Zylinderblock (1) mit einer mittigen Achse, einer zylindrischen mittigen Bohrung (1a), welche koaxial mit der mittigen Achse ausgebildet ist, und mit einer Mehrzahl an axialen Zylinderbohrungen (1b), welche rund um und parallel zu der mittigen Achse angeordnet sind, wobei jede der axialen Zylinderbohrungen (1b) mindestens ein Bohrungsende aufweisen, durch welches Kühlmittel eintreten und daraus ausgestoßen werden kann;

eine Gehäuseanordnung, welche ein Paar Gehäuse (2, 4) einschließt, welche luftdicht mit den gegenüberliegenden axialen Enden des Zylinderblocks (1) verbunden sind, wobei eines der Gehäuse mit einem der axialen Enden des Zylinderblocks (1) über eine Trennwandplatte (3) verbunden ist und darin eine Ansaugkammer (17) für das zu verdichtende Kühlmittel, welche in Fließverbindung mit der zylindrischen mittigen Bohrung (1a) des Zylinderblocks (1) steht, und eine Ausstoßkammer (18) für das verdichtete Kühlmittel bildet, welche um die Ansaugkammer (17) herum angeordnet und von dieser abgetrennt ist;

eine drehbare Antriebswelle (6), deren axiale Enden von in der Gehäuseanordnung und dem Zylinderblock (1) sitzenden Lagern drehbar gehalten sind;

eine Mehrzahl an Hubkolben (15), welche in der Mehrzahl von axialen Zylinderbohrungen (1b) des Zylinderblocks (1) eingepaßt sind, wobei jeder Kolben in einer aus der Mehrzahl an Zylinderbohrungen (1b) zum Ansaugen, Verdichten und Ausstoßen des Kühlmittels hin- und herbewegt wird;

ein mittels Taumelscheibe betriebener Kolbenantriebsmechanismus, welcher rund um die drehbare Antriebswelle (6) angeordnet ist, um die Hubbewegung der Mehrzahl von Hubkolben (15) in der Mehrzahl an Zylinderbohrungen (1b) im Zusammenwirken mit der Antriebswelle (6) anzutreiben; und

eine Drehventilvorrichtung, welche in der mittigen Bohrung (1a) des Zylinderblocks angeordnet und mit der Antriebswelle (6) so verbunden ist, daß sie zusammen mit der Antriebswelle (6) gedreht wird;

wobei der Verdichter ferner eine Fluiddurchlaßvorrichtung umfaßt, welche eine Mehrzahl an radialen Fluiddurchgängen umfaßt, so daß eine konstante Fluidverbindung zwischen jeder aus der Mehrzahl der Zylinderbohrungen (1b) und der mittigen Bohrung (1a) des Zylinderblocks (1) geschaffen ist,

wobei die Drehventilvorrichtung mindestens ein zylindrisches Element (22) umfaßt, welches auf eines der axialen Enden der Antriebswelle (6) gekeilt und mit einer äußeren zylindrischen Oberfläche versehen ist, welche gleitend in die mittige zylindrische Bohrung (1a) des Zylinderblocks (1) paßt,

dadurch gekennzeichnet, daß die Drehventilvorrichtung mit einem Fluiddurchgang versehen ist, welcher eine axiale Sackbohrung (25a) einschließt, welche mittig in dem zylindrischen Element (22) ausgebildet ist, so daß es mit der Ansaugkammer (17) der Gehäuseanordnung in Verbindung steht, wobei eine umlaufende Nut (25b) in der äußeren zylindrischen Oberfläche so ausgebildet ist, daß sie mit der Mehrzahl an Zylinderbohrungen (1b) über die radialen Fluiddurchgänge der Fluiddurchlaßvorrichtung in Verbindung steht,

und wobei eine radiale Bohrung (25c) in dem zylindrischen Element (22) so ausgebildet ist, daß sie die axiale Sackbohrung (25a) fluidisch mit der umlaufenden Nut (25b) verbindet, wobei der Fluiddurchlaß des zylindrischen Elements (22), welcher eine Zufuhr des noch nicht verdichteten Kühlmittels aus der Ansaugkammer (17) des Gehäuses zu mindestens einer aus der Mehrzahl der Zylinderbohrungen (1b) über die Fluiddurchlaßvorrichtung steuert, während diese mindestens eine Zylinderbohrung (1b) in der Ansaugphase ist, um dorthinein das zu komprimierende Kühlmittel im Zusammenwirken mit den Hubkolben (15) einzusaugen, entsprechend der Drehung der Antriebswelle (6) und der Drehventilvorrichtung.

2. Hubkolben-Kühlmittelverdichter nach Anspruch 1, worin die Mehrzahl an radialen Durchgängen der Durchlaßvorrichtung in der Trennwandplatte (3) ausgebildet sind;

wobei jeder der radialen Durchgänge radial sich gegenüberliegende erste und zweite Enden aufweist;

wobei das erste Ende ständig mit der mittigen Bohrung (1a) des Zylinderblocks (1) in Verbindung steht und das zweite Ende ständig mit dem Bohrungsende einer aus der Mehrzahl an Zylinderbohrungen (1b) in Verbindung steht.

3. Hubkolben-Kühlmittelverdichter nach Anspruch 1, worin diese Mehrzahl an radialen Durchgängen der Durchlaßvorrichtung in dem Zylinderblock (1) gebildet ist;

wobei jede der radialen Bohrungen (25c) radial sich gegenüberliegende erste und zweite Enden aufweist;

4. Hubkolben-Kühlmittelverdichter nach Anspruch 1, worin das zylindrische Element (22) der Drehventilvorrichtung axial durch ein Drucklager gelagert ist, welches in einem Lagersitz aufgenommen ist, welcher in der Ansaugkammer (17) der Gehäuseanordnung ausgebildet ist.

5. Hubkolben-Kühlmittelverdichter nach Anspruch 4, worin das zylindrische Element (22) der Drehventilvorrichtung ständig in Axialrichtung gegen das Drucklager durch ein elastisches Element gedrückt wird, so daß jegliches axiales Spiel des zylindrischen Elements (22) während dessen Drehbewegung zusammen mit der Antriebswelle (6) verhindert wird.

6. Hubkolben-Kühlmittelverdichter nach Anspruch 1, worin die umlaufende Nut (25b) der Drehventilvorrichtung eine solche vorgegebene umlaufende Länge aufweist, daß jede der Zylinderbohrungen (1b) des Zylinderblocks (1) nach einer gewählten kurzen Zeitdauer in Verbindung mit der Ansaugkammer (17) gebracht wird, während der dem Kühlmittelgas, das nach dem Verdichten in dem Bohrungsende der Zylinderbohrung (1b) verbleibt, erlaubt wird zu expandieren.

7. Hubkolben-Kühlmittelverdichter nach Anspruch 6, worin die vorgegebene Umfangslänge der umlaufenden Nut (25b) der Drehventilvorrichtung ferner so bestimmt wird, daß jede Zylinderbohrung (1b) des Zylinderblocks (1) von der Ansaugkammer (17) nach einer anderen gewählten kurzen Zeitdauer getrennt wird, während welcher die Verdichtung des der Zylinderbohrung (1b) zugeführten noch nicht verdichteten Kühlmittels beginnt.

8. Hubkolben-Kühlmittelverdichter nach Anspruch 1, worin die Drehventilvorrichtung ferner umfaßt:

ein zylindrisches hohles Buchsenelement, welches fest in die mittige zylindrische Bohrung (1a) des Zylinderblocks (1) eingepaßt ist; wobei das zylindrische hohle Buchsenelement mit einer zylindrischen Wandung ausgebildet ist, welche hierin eine axiale Bohrung bildet, welche drehend das zylindrische Element (22) aufnimmt, und wobei eine Mehrzahl an Fenstern in der Zylinderwandung ausgebildet ist, welche ständig in Verbindung mit der Durchlaßvorrichtung stehen, und worin die umlaufende Nut (25b) des Durchgangs der Drehventilvorrichtung mit der Mehrzahl an Zylinderbohrungen (1b) über die Mehrzahl an Fenstern des zylindrischen hohlen Buchsenelements und der Fluiddurchlaßvorrichtung verbindbar ist, wobei die umlaufende Nut (25b) eine vorgegebene umlaufende Länge aufweist, wobei die umlaufende Nut (25b) mit der axialen Sackbohrung (25a) über die radiale Bohrung (25c) in Fließverbindung steht, welche in dem zylindrischen Element (22) ausgebildet ist.

9. Hubkolben-Kühlmittelverdichter nach Anspruch 8, worin das zylindrische hohle Buchsenelement gegen einen ringförmigen Absatz anliegt, welcher in einem der Gehäuse (2; 4) der Gehäuseanordnung ausgebildet ist, so daß es die Ansaugkammer (17) umrundet, wodurch die Axialbohrung des zylindrischen hohlen Buchsenelements ständig in Verbindung mit der Ansaugkammer (17) steht.

10. Hubkolben-Kühlmittelverdichter nach Anspruch 1, worin das mit einem axialen Ende des Zylinderblocks (1) über die Trennwandplatte (3) verbundene Gehäuse mit einer darin ausgebildeten zylindrischen Trennwand ausgestattet ist, so daß eine zylindrische Wandoberfläche, welche die Ansaugkammer (17) umschließt, vorhanden ist, durch welche die Ansaugkammer (17) von der Ausstoßkammer (18) abgetrennt ist, und worin die Drehventilvorrichtung ferner mit einem Teil hiervon drehbar in Eingriff mit der zylindrischen Wandoberf läche der zylindrischen Trennwand der Gehäuseanordnung steht, und wobei ein zusätzlicher Fluiddurchgang hierin vorhanden ist zum Steuern bzw. Regeln des Ausstoßes des Kühlmittelgases nach der Kompression aus mindestens einer aus der Mehrzahl der Zylinderbohrungen (1b) zur Ausstoßkammer (18) der Gehäuseanordnung über die Mittel zur Bildung einer ständigen Fließverbindung zwischen jeder aus der Mehrzahl der Zylinderbohrungen (1b) und der mittigen Bohrung (1a) des Zylinderblocks (1) und einer Mehrzahl an Ausstoßbohrungen, welche in der zylindrischen Trennwand der Gehäuseanordnung gebildet sind, um die Ausstoßkammer (18) zu öffnen, solange mindestens eine Zylinderbohrung (1b) einen Ausstoßhub vollführt, wobei hieraus Kühlmittelgas nach dem Verdichten zusammenwirkend mit den hin- und herbewegten Kolben (15) als Folge der Drehung der Antriebswelle (6) und der Drehventilvorrichtung ausgestoßen wird.

11. Hubkolben-Kühlmittelverdichter nach Anspruch 10, worin der zusätzliche Fluiddurchgang der Drehventilvorrichtung eine axiale Nut hierin so ausgebildet enthält, daß die Möglichkeit der Verbindung der Durchlaßvorrichtung zur Bildung einer ständigen Fluidverbindung zwischen jeder aus der Mehrzahl an Zylinderbohrungen (16) und der mittigen Bohrung (1a) des Zylinderblocks (1) mit einer aus der Mehrzahl an Ausstoßbohrungen der Gehäuseanordnung in einer Abfolge besteht, infolge der Drehung der Drehventilvorrichtung.

12. Hubkolben-Kühlmittelverdichter nach Anspruch 10, worin die Durchlaßvorrichtung, welche eine ständige Fluidverbindung zwischen jeder aus der Mehrzahl an Zylinderbohrungen (1b) und der mittigen Bohrung (1a) des Zylinderblocks (1) schafft, eine Mehrzahl an radialen Durchgängen umfaßt, welche in der Trennwandplatte (3) ausgebildet sind und worin der zusätzliche Fluiddurchgang der Drehventilvorrichtung eine axiale Nut hierin so ausgebildet umfaßt, daß sie in der Lage ist, jeden aus der Mehrzahl an radialen Durchgängen der Trennwandplatte mit einer aus der Mehrzahl der Ausstoßbohrungen der Gehäuseanordnung in einer Abfolge zu verbinden, als Folge der Drehung der Drehventilvorrichtung.