EP2142801B1 - Klimakompressor - Google Patents

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EP2142801B1
EP2142801B1 EP08715557.8A EP08715557A EP2142801B1 EP 2142801 B1 EP2142801 B1 EP 2142801B1 EP 08715557 A EP08715557 A EP 08715557A EP 2142801 B1 EP2142801 B1 EP 2142801B1
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EP
European Patent Office
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spring
air conditioning
conditioning compressor
swivel angle
compressor according
Prior art date
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Not-in-force
Application number
EP08715557.8A
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English (en)
French (fr)
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EP2142801A2 (de
Inventor
Tilo SCHÄFER
Thomas Di Vito
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ixetic Bad Homburg GmbH
Original Assignee
ixetic Bad Homburg GmbH
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Filing date
Publication date
Application filed by ixetic Bad Homburg GmbH filed Critical ixetic Bad Homburg GmbH
Publication of EP2142801A2 publication Critical patent/EP2142801A2/de
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Publication of EP2142801B1 publication Critical patent/EP2142801B1/de
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04B—POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
    • F04B27/00—Multi-cylinder pumps specially adapted for elastic fluids and characterised by number or arrangement of cylinders
    • F04B27/08—Multi-cylinder pumps specially adapted for elastic fluids and characterised by number or arrangement of cylinders having cylinders coaxial with, or parallel or inclined to, main shaft axis
    • F04B27/14—Control
    • F04B27/16—Control of pumps with stationary cylinders
    • F04B27/18—Control of pumps with stationary cylinders by varying the relative positions of a swash plate and a cylinder block
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04B—POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
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    • F04B27/08—Multi-cylinder pumps specially adapted for elastic fluids and characterised by number or arrangement of cylinders having cylinders coaxial with, or parallel or inclined to, main shaft axis
    • F04B27/10—Multi-cylinder pumps specially adapted for elastic fluids and characterised by number or arrangement of cylinders having cylinders coaxial with, or parallel or inclined to, main shaft axis having stationary cylinders
    • F04B27/1036—Component parts, details, e.g. sealings, lubrication
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    • F04B27/10—Multi-cylinder pumps specially adapted for elastic fluids and characterised by number or arrangement of cylinders having cylinders coaxial with, or parallel or inclined to, main shaft axis having stationary cylinders
    • F04B27/1036—Component parts, details, e.g. sealings, lubrication
    • F04B27/1054—Actuating elements
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
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    • F04B27/08—Multi-cylinder pumps specially adapted for elastic fluids and characterised by number or arrangement of cylinders having cylinders coaxial with, or parallel or inclined to, main shaft axis
    • F04B27/14—Control
    • F04B27/20—Control of pumps with rotary cylinder block
    • F04B27/22—Control of pumps with rotary cylinder block by varying the relative positions of a swash plate and a cylinder block
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04B—POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
    • F04B2201/00—Pump parameters
    • F04B2201/12—Parameters of driving or driven means
    • F04B2201/1204—Position of a rotating inclined plate
    • F04B2201/12041—Angular position

Definitions

  • the invention relates to a hubvolumenver monotonen air conditioning compressor, in particular for motor vehicles, with an engine for reciprocating in cylinders piston, the pistons are driven via an adjusting disc, such as swash plate or swivel ring or swash plate with an adjustable swivel angle and wherein the position of the swivel angle is affected by other effective in the engine compressive forces, inertial forces and spring forces.
  • an adjusting disc such as swash plate or swivel ring or swash plate with an adjustable swivel angle and wherein the position of the swivel angle is affected by other effective in the engine compressive forces, inertial forces and spring forces.
  • Such air conditioning compressors are for example from document US 2002/0178906 A1 known.
  • the problem arises that the air conditioning compressors in the switched-off air conditioning operation with rotating internal combustion engine to vibrations of the pivot mechanism tend to its rest position.
  • air conditioning compressors are known, which do not start from a stable pivoting angle position in cold power requirements, ie when switching on the air conditioning, and lead to vibrations during startup or to startup delays.
  • a hubvolumenver salen air conditioning compressor especially for motor vehicles, with an engine for reciprocating in cylinders piston, the pistons are driven via an adjusting disc, such as swash plate or swivel ring or swash plate, with adjustable swivel angle and the position of the swivel angle
  • an adjusting disc such as swash plate or swivel ring or swash plate
  • adjustable swivel angle and the position of the swivel angle Among other things, by acting in the engine compressive forces, inertial forces and spring forces is applied, wherein the force acting on the pivot angle position of the adjusting spring forces are represented by a spring with a higher spring stiffness and a counter spring with a lower spring stiffness, wherein the spring with the higher stiffness in Schwenkenkwinkelvergrmaschine ⁇ -acting direction and the counter-spring with the lower spring stiffness acts in schwenkwinkelverkleinernde direction, and wherein according to the invention the stiffer spring has a limited
  • This spring design has the advantage that, due to this combination of springs with different characteristics, a discontinuity occurs in the course of the force-swing angle characteristic curve is achieved.
  • a spring and a counter-spring with a significantly different, softer characteristic results in a non-continuous run of the spring force amounts above the stroke of the mechanism, which hampers the expression harmonic oscillations by suppressing the lower oscillation arc.
  • a preferred embodiment of the air conditioning compressor is characterized in that the stiffer spring in the maximum stroke stop sets the starting position of the swivel angle of the adjusting disc with the internal combustion engine and the air conditioning switched off.
  • an air-conditioning compressor is preferred in which the stop of the stiffer spring is displaceably arranged from a maximum stroke to a minimum stroke. Furthermore, an air-conditioning compressor is preferred in which the displaceable stop is represented by a displaceable locking ring and a recess or a long groove on the drive shaft.
  • the sliding stop has the advantage that the stiffer spring can only be compressed up to a certain minimum stroke and is thus protected from overloading by further compression.
  • an air compressor is preferred in which the stiffer spring is effective by the stop only in a limited angular range of the adjusting.
  • an air-conditioning compressor is preferred in which the softer counter-spring is effective over the entire angular range of the adjusting disk. Since the softer counter spring, which works against the stiffer spring, is virtually ineffective in operation because of their relatively weak design against the stiffer spring, the stiffer spring takes over the actual spring force control over the swivel angle in the minimum swivel angle range. The softer counter spring So it can be effective over the entire angular range, without affecting the force of the stiffer spring. But the softer counter spring can also be in principle from the effective range of the stiffer spring with its spring stroke at the end and no longer expand.
  • an air-conditioning compressor is preferred in which the minimum pivoting angle of the adjusting disk is greater than, equal to or less than zero degrees. Also preferred is an air-conditioning compressor in which the starting position swivel angle of the adjusting disk is greater than the minimum swiveling angle.
  • An air conditioning compressor according to the invention is characterized in that the stiffer spring is only effective in the range of high rotational speeds of the air conditioning compressor when the air conditioning system is switched on. When the air conditioning system is switched off, the stiffer spring is effective over the whole speed range.
  • an air-conditioning compressor is preferred in which the softer opposing spring is effective in all speed ranges of the air conditioning compressor.
  • FIG. 1 a swash plate 1 is shown, wherein the swash plate 1 is pivotally and slidably guided on the shaft with a guide sleeve 5.
  • a stiff spring 9, shown here by two opposing disc springs, is positioned on the shaft 7 by a step 11 on the shaft 7 against a maximum stroke stop and on the other side by a locking ring 13.
  • the pivot angle can be reduced accordingly and the guide sleeve 5 of the swash plate 1 of the air compressor moves accordingly by extension of the softer spring 15 and by the through the control valve given pressure conditions back until it reaches the stop of the harder spring 9 again.
  • the spring biasing force of the spring 9 is overcome once the pressure conditions in the engine have changed further must be, so that in the course of the force-spring characteristics initially a step to the biasing force of the spring 9 results before even higher rotational speed of the engine, the guide sleeve 5 against the hard spring 9, which is now compressed, the pivot angle of the swash plate. 1 can reduce.
  • the spring 9 is compressed to a minimum stroke against the stop 13 in extreme cases, and the minimum pivot angle of the air compressor adjusts, which is thus smaller than the starting angle of the air compressor, as described above.
  • the minimum swing angle of the air compressor as described above, set.
  • FIG. 2 is the diaphragm spring 9 off FIG. 1 replaced by a spring assembly 21, and has a displaceable stop for the guide sleeve 5 by means of a sliding retaining ring 23, which is guided in a long groove 25 of the shaft.
  • the locking ring 23 can thus be moved at high speeds of the engine maximum up to a second stop 27 and ensures that the spring assembly 21 can not be compressed further and thus protected against overloads. All other components are as in FIG. 1 described in their function unchanged, so that is why the description in FIG. 1 can be referenced.
  • FIG. 3 is the swash plate 1 off FIGS. 1 and 2 replaced by a pivot ring 31, which is arranged on a guide sleeve 29.
  • the guide sleeve 29 thus surrounds the softer spring 15.
  • FIG. 4 the guide sleeve arrangement is made FIG. 3 with the spring pack 21 FIG. 2 and realized with the stop formed by the sliding lock washer 23, so that here too in this regard to the function, as in FIG. 2 described, can be referenced.
  • FIG. 5 a spring arrangement is shown, which functionally from the representations in the FIGS. 1 to 4 different.
  • the swivel ring 31 is arranged on a guide sleeve 35, which contains a plate spring 37, which is displaceable with the guide sleeve 35.
  • the function of this spring combination is to the effect that at low engine speed and high mass flow, so large swivel angle of the swing ring 31 of the air compressor, the guide sleeve 35 by means of the stiff spring 37, the coil spring 15 compresses and thus allows large swivel angle.
  • the pivot angle of the pivot ring 31 is reduced by the corresponding pressure specifications of the control valve for the engine, so that additionally by relaxing the spring 15, the guide sleeve with the stiffer spring 37 to the left moves and reduces the swivel angle in the compressor.
  • the stiffer spring 37 stops against the securing ring 13
  • a spring force increase takes place in the direction of minimum pivot angle due to deformation of the spring 37.
  • the stiff spring 37 thus has no biasing force, since the soft spring 15 is ineffective against the stiff spring 37. Otherwise, the functions are comparable to the previously described functions.
  • FIG. 6 is the resulting spring force curve for the variants FIG. 1 to FIG. 4 shown schematically.
  • the absolute force curve of the spring forces F is shown on the axis 40 above the pivot angle a on the axis 42.
  • the pivot angle ⁇ increases in accordance with the characteristic curve 44, which is predetermined by the spring stiffness of the spring 15.
  • the adjusting device represented by the swash plate 1 and the swivel ring 31 and the guide sleeves 5, 29, by the stop against the hard spring.
  • FIG. 7 is the spring force curve of the spring combinations for the construction of FIG. 5 shown.
  • the absolute spring force curve is shown on the axis 40 on the pivot angle ⁇ on the axis 42.
  • the starting angle ⁇ -stop is again shown at point 46 on the axis 42.
  • the soft spring according to the characteristic 44 with its spring force is effective.
  • the hard spring 37 which is indeed not in the prestressed state, but relaxed within the guide sleeve 35 is carried along, deform according to the characteristic curve 52 and thus make a steep spring force increase in the direction of small pivoting angle to the minimum stop ⁇ -min, which, for example, at maximum engine speed and switched off air conditioning, so if no mass flow is needed prevails.

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
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  • Air-Conditioning For Vehicles (AREA)

Description

  • Die Erfindung betrifft einen hubvolumenverstellbaren Klimakompressor, insbesondere für Kraftfahrzeuge, mit einem Triebwerk für in Zylindern hin- und hergehenden Kolben, wobei die Kolben über eine Verstellscheibe, wie Schwenkscheibe oder Schwenkring oder Taumelscheibe, mit einem verstellbaren Schwenkwinkel angetrieben werden und wobei die Position des Schwenkwinkels unter anderem durch im Triebwerk wirksame Druckkräfte, Massenkräfte und Federkräfte beeinflusst wird.
  • Derartige Klimakompressoren sind zum Beispiel aus Dokument US 2002/0178906 A1 bekannt. Dabei tritt das Problem auf, dass die Klimakompressoren im ausgeschalteten Klimaanlagenbetrieb bei drehendem Verbrennungsmotor zu Schwingungen des Schwenkmechanismus um seine Ruhelage neigen. Weiterhin sind Klimakompressoren bekannt, welche bei Kälte-Leistungsanforderungen, also beim Einschalten der Klimaanlage, nicht aus einer stabilen Schwenkwinkelposition heraus starten und zu Schwingungen beim Anlauf oder zu Anlaufverzögerungen führen.
  • Es ist daher Aufgabe der Erfindung, einen Klimakompressor darzustellen, der diese Probleme nicht aufweist.
  • Die Aufgabe wird gelöst durch einen hubvolumenverstellbaren Klimakompressor, insbesondere für Kraftfahrzeuge, mit einem Triebwerk für in Zylindern hin- und hergehenden Kolben, wobei die Kolben über eine Verstellscheibe, wie Schwenkscheibe oder Schwenkring oder Taumelscheibe, mit verstellbaren Schwenkwinkel angetrieben werden und wobei die Position des Schwenkwinkels unter anderem durch im Triebwerk wirksame Druckkräfte, Massenkräfte und Federkräfte beeinflusst wird, wobei die auf die Schwenkwinkelposition der Verstellscheibe wirksamen Federkräfte durch eine Feder mit einer höheren Federsteifigkeit und eine Gegenfeder mit einer niedrigeren Federsteifigkeit dargestellt werden, wobei die Feder mit der höheren Steifigkeit in schwenkwinkelvergrö-βernde Richtung wirkt und die Gegenfeder mit der niedrigeren Federsteifigkeit in schwenkwinkelverkleinernde Richtung wirkt, und wobei erfindungsgemäß die steifere Feder einen begrenzten Hub mittels eines Maximal-Hubanschlages aufweist, während die schwächere Gegenfeder über den gesamten Schwenkwinkelhub wirksam ist.
  • Diese Federauslegung hat den Vorteil, dass durch diese Kombination von Federn mit unterschiedlichen Charakteristiken eine Unstetigkeit im Verlauf der Kraft-Schwenkwinkel-Kennlinie erzielt wird. Durch geeignete Auswahl einer Feder sowie einer Gegenfeder mit einer wesentlich abweichenden, weicheren Charakteristik ergibt sich ein nicht kontinuierlicher Lauf der Federkraft-Beträge über dem Hub des Mechanismus, welcher die Ausprägung harmonischer Schwingungen durch Unterdrücken des unteren Schwingungsbogens behindert. Das führt vorteilhafterweise dazu, dass die Maschine im Aus-Betrieb der Klimaanlage nicht zu harmonischen Schwingungen des Schwenkmechanismus um seine Ruhelage neigt, sowie bei Kälte-Leistungsanforderungen, also beim Einschalten der Klimaanlage, mittels eines Regelventil-Signals sicher startet.
  • Eine bevorzugte Ausführungsform des Klimakompressors zeichnet sich dadurch aus, dass die steifere Feder im Maximal-Hubanschlag die Startposition des Schwenkwinkels der Verstellscheibe bei ausgeschaltetem Verbrennungsmotor und ausgeschalteter Klimaanlage vorgibt. Das hat den Vorteil, dass die für ein sicheres Starten des Klimakompressors notwendige Schwenkwinkelposition geometrisch durch den Anschlag genau vorgegeben werden kann und dass entsprechend in diesem Punkt entweder die wesentlich härtere Feder oder die wesentlich weichere Feder, je nach Verstellrichtung des Schwenkwinkels, zur Wirkung kommen kann.
  • Auch wird ein Klimakompressor bevorzugt, bei welchem der Anschlag der steiferen Feder verschiebbar von einem Maximalhub auf einen Minimalhub angeordnet ist. Weiterhin wird ein Klimakompressor bevorzugt, bei welchem der verschiebbare Anschlag durch einen verschiebbaren Sicherungsring und eine Eindrehung oder eine Langnut auf der Antriebswelle dargestellt ist. Der verschiebbare Anschlag hat den Vorteil, dass die steifere Feder nur bis zu einem gewissen Minimalhub zusammengepresst werden kann und damit vor Überlastung durch weiteres Zusammenpressen geschützt ist.
  • Auch wird ein Klimakompressor bevorzugt, bei welchem die steifere Feder durch den Anschlag nur in einem begrenzten Winkelbereich der Verstellscheibe wirksam ist. Ebenso wird ein Klimakompressor bevorzugt, bei welchem die weichere Gegenfeder im gesamten Winkelbereich der Verstellscheibe wirksam ist. Da die weichere Gegenfeder, welche gegen die steifere Feder arbeitet, im Betrieb wegen ihrer relativ schwachen Auslegung gegen die steifere Feder so gut wie wirkungslos ist, übernimmt im Minimal-Schwenkwinkelbereich die steifere Feder die eigentliche Federkraftkontrolle über den Schwenkwinkel. Die weichere Gegenfeder kann also über den gesamten Winkelbereich wirksam sein, ohne die Kraftwirkung der steiferen Feder zu beeinflussen. Die weichere Gegenfeder kann aber auch prinzipiell ab dem Wirkungsbereich der steiferen Feder mit ihrem Federhub am Ende sein und sich nicht mehr weiter ausdehnen.
  • Weiterhin wird ein Klimakompressor bevorzugt, bei welchem der minimale Schwenkwinkel der Verstellscheibe größer, gleich oder kleiner null Grad ist. Auch wird ein Klimakompressor bevorzugt, bei welchem der Startpositions-Schwenkwinkel der Verstellscheibe größer als der minimale Schwenkwinkel ist.
  • Ein erfindungsgemäßer Klimakompressor zeichnet sich dadurch aus, dass im eingeschalteten Klimaanlagenbetrieb die steifere Feder nur im Bereich hoher Drehzahlen des Klimakompressors wirksam ist. Im ausgeschalteten Klimaanlagenbetrieb ist die steifere Feder im gesamten Drehzahlbereich wirksam.
  • Weiterhin wird ein Klimakompressor bevorzugt, bei welchem die weichere Gegenfeder in allen Drehzahlbereichen des Klimakompressors wirksam ist.
  • Die Erfindung wird nun anhand der Figuren beschrieben.
    • Figur 1 zeigt eine Schwenkscheibe, welche direkt an eine weiche und eine harte Feder anschlägt.
    • Figur 2 zeigt die Schwenkscheibe aus Figur 1, wobei die steife Feder einen verschiebbaren Maximalhubanschlag aufweist.
    • Figur 3 zeigt eine Führungsvorrichtung eines Schwenkrings mit einer Führungshülse auf der Welle und ansonsten die Federanordnungen aus Figur 1.
    • Figur 4 zeigt eine Führungsvorrichtung eines Schwenkrings mit einer Führungshülse wie in Figur 3, aber mit einem verschiebbaren Anschlag der steifen Feder wie in Figur 2.
    • Figur 5 zeigt eine Führungshülse mit einer steifen Tellerfeder an der Führungshülse und einer weichen Gegenfeder innerhalb der Führungshülse.
    • Figur 6 zeigt den Kraftverlauf über dem Schwenkwinkel für die Maschinenvarianten aus Figur 1 bis Figur 4.
    • Figur 7 zeigt den Kraftverlauf für die Maschinenvariante aus Figur 5.
  • In Figur 1 ist eine Schwenkscheibe 1 dargestellt, wobei die Schwenkscheibe 1 auf der Welle mit einer Führungshülse 5 schwenkbar und verschieblich geführt ist. Das aus dem Stand der Technik bekannte, auch mit der Welle verbundene Schwenkgelenk ist hier nicht dargestellt. Eine steife Feder 9, hier durch zwei gegeneinander gestellte Tellerfedern dargestellt, ist zum einen durch eine Stufe 11 an der Welle 7 gegen einen Maximal-Hubanschlag und auf der anderen Seite durch einen Sicherungsring 13 auf der Welle 7 positioniert. Eine Schraubenfeder 15, welche in ihrer Federsteifigkeit entschieden weicher ist als die doppelte Tellerfeder 9, schlägt mit ihrem einen Ende an einen Anschlag 17 der Welle 7 und mit ihrem anderen Ende an einen Anschlag 19 der Führungshülse 5 an. Im ausgeschalteten Zustand des Klimakompressors und des Verbrennungsmotors eines Kraftfahrzeuges wird somit durch die weichere Feder 15 die Führungshülse 5 gegen die härtere Feder 9 gepresst, welche aber, ohne einen Federhub zu vollziehen, somit den Startwinkel der Schwenkscheibe 1 vorgibt.
  • Sobald der Verbrennungsmotor gestartet wird und die Klimaanlage eingeschaltet wird, wird durch den Startwinkel der Schwenkscheibe 1 des Klimakompressors ein Druck im Kompressor und in der Klimaanlage aufgebaut, welcher zu einem weiteren Ausschwenken der Schwenkscheibe 1 und zu einem höheren Massenstrom in der Klimaanlage führt, wobei die Größe des Schwenkwinkels durch ein entsprechendes Regelventil, welches den Druck im Triebraum einregelt, vorgegeben wird. Die Position der Führungshülse 5 der Schwenkscheibe 1 wird also durch den Einfluss der im Anschlag verharrenden steifen Feder 9, durch die Druckverhältnisse im Klimakompressor, die Vorgaben durch das Regelventil und die Kraft der weicheren Feder 15 vorgegeben.
  • Bei höheren Motordrehzahlen, wenn also dann auch durch die höhere Drehzahl des Klimakompressors automatisch der ausgestoßene Massenstrom größer ist, kann der Schwenkwinkel entsprechend reduziert werden und die Führungshülse 5 der Schwenkscheibe 1 des Klimakompressors fährt entsprechend durch Ausdehnung der weicheren Feder 15 und durch die durch das Regelventil vorgegebenen Druckverhältnisse zurück, bis sie wieder den Anschlag der härteren Feder 9 erreicht. In diesem Punkt wird bei weiterer Veränderung der Druckverhältnisse im Triebwerk zunächst einmal die Federvorspannkraft der Feder 9 überwunden werden müssen, so dass sich im Verlauf der Kraft-Federkennlinien zunächst eine Stufe bis auf die Vorspannkraft der Feder 9 ergibt, ehe bei noch höherer Drehzahl des Verbrennungsmotors die Führungshülse 5 gegen die harte Feder 9, welche jetzt zusammengepresst wird, den Schwenkwinkel der Schwenkscheibe 1 reduzieren kann. Bei weiterer Erhöhung der Verbrennungsmotordrehzahl wird im Extremfall die Feder 9 auf einen Minimalhub gegen den Anschlag 13 zusammengepresst, und der minimale Schwenkwinkel des Klimakompressors stellt sich ein, welcher somit kleiner ist als der Startwinkel des Klimakompressors, wie vorab beschrieben.
  • Insbesondere im ausgeschalteten Zustand der Klimaanlage, wenn also kein Massenstrom des Kompressors benötigt wird, aber die Drehzahl des Verbrennungsmotors, beispielsweise bei Fahrten mit hoher Geschwindigkeit, sehr hoch ist, wird der minimale Schwenkwinkel des Klimakompressors, wie vorab beschrieben, eingestellt.
  • In Figur 2 ist die Tellerfeder 9 aus Figur 1 durch ein Federpaket 21 ersetzt, und weist mittels eines verschieblichen Sicherungsringes 23, welcher in einer Langnut 25 der Welle geführt ist, einen verschiebbaren Anschlag für die Führungshülse 5 auf. Der Sicherungsring 23 kann damit bei hohen Drehzahlen des Verbrennungsmotors maximal bis zu einem zweiten Anschlag 27 verschoben werden und sorgt dafür, dass das Federpaket 21 nicht weiter zusammengepresst werden kann und somit vor Überlastungen geschützt wird. Alle anderen Bauteile sind, wie in Figur 1 beschrieben, in ihrer Funktion unverändert, so dass deswegen auf die Beschreibung in Figur 1 verwiesen werden kann.
  • In Figur 3 ist die Schwenkscheibe 1 aus Figur 1 und 2 durch einen Schwenkring 31 ersetzt, welcher auf einer Führungshülse 29 angeordnet ist. Auch hier sind entsprechende Schwenkgelenke und Mitnehmer zur Vereinfachung der Beschreibung der Federkraftfunktionen nicht dargestellt. Die Führungshülse 29 umgreift damit die weichere Feder 15. Durch diese Bauweise ist eine bessere räumliche Ausnutzung der Feder 15 innerhalb der Führungshülse 29 möglich, da die Längenausdehnung der Führungshülse 5 aus Figur 1 und 2 durch die relativ schmale Wandung 33 der Stirnfläche der Führungshülse 29 stark reduziert werden kann. Ansonsten wird die Funktion der Führungsvorrichtung, welche zwischen die steife Feder 9 und die weiche Feder 15 eingespannt ist, wie in Figur 1 beschrieben, auch hier realisiert.
  • In Figur 4 wird die Führungshülsenanordnung aus Figur 3 mit dem Federpaket 21 aus Figur 2 und mit dem durch die verschiebliche Sicherungsscheibe 23 gebildeten Anschlag realisiert, so dass auch hier diesbezüglich auf die Funktion, wie in Figur 2 beschrieben, verwiesen werden kann.
  • In Figur 5 ist eine Federanordnung dargestellt, die sich funktionell von den Darstellungen in den Figuren 1 bis 4 unterscheidet. Der Schwenkring 31 ist an einer Führungshülse 35 angeordnet, welche eine Tellerfeder 37 enthält, welche mit der Führungshülse 35 verschiebbar ist. Die Funktion dieser Federkombination stellt sich dahingehend dar, dass bei niedriger Verbrennungsmotordrehzahl und hohem Massenstrombedarf, also großem Schwenkwinkel des Schwenkrings 31 des Klimakompressors, die Führungshülse 35 mittels der steifen Feder 37 die Schraubenfeder 15 zusammenpresst und somit große Schwenkwinkel ermöglicht. Bei Erhöhung der Verbrennungsmotordrehzahl, welche wiederum zu einer Erhöhung des Klimakompressor-Massenstroms führt, wird der Schwenkwinkel des Schwenkrings 31 durch die entsprechenden Druckvorgaben des Regelventils für das Triebwerk reduziert, so dass zusätzlich durch Entspannung der Feder 15 die Führungshülse mit der steiferen Feder 37 nach links fährt und den Schwenkwinkel im Kompressor reduziert. Bei Anschlag der steiferen Feder 37 an den Sicherungsring 13 erfolgt durch Verformen der Feder 37 ein Federkraftanstieg in Richtung minimale Schwenkwinkel. Die steife Feder 37 weist also keine Vorspannkraft auf, da die weiche Feder 15 gegen die steife Feder 37 wirkungslos ist. Ansonsten sind die Funktionen mit den vorab beschriebenen Funktionen vergleichbar.
  • In Figur 6 ist der resultierende Federkraftverlauf für die Varianten aus Figur 1 bis Figur 4 schematisch dargestellt. Der Absolut-Kraftverlauf der Federkräfte F wird auf der Achse 40 über dem Schwenkwinkel a auf der Achse 42 dargestellt. Bei niedriger Drehzahl und hohem Massenstrombedarf nimmt der Schwenkwinkel α entsprechend der Kennlinie 44, welche durch die Federsteifigkeit der Feder 15 vorgegeben wird, zu. Bei Reduzierung des Schwenkwinkels bis zum Anschlagspunkt 46, welcher auch dem Startwinkel bei ausgeschaltetem Verbrennungsmotor und ausgeschalteter Klimaanlage entspricht, wird die Verstelleinrichtung, dargestellt durch die Schwenkscheibe 1 bzw. den Schwenkring 31 und deren Führungshülsen 5, 29, durch den Anschlag gegen die harte Feder 9, 21 und deren Vorspannkraft gefahren, so dass sich zunächst ein Kraftsprung 48 in der Federkennlinie ergibt, ehe die harte Feder 9, 21 zusammengepresst werden kann und damit ein Federkraftverlauf entsprechend der Kennlinie 50 fortgesetzt wird. Sofern die weiche Feder 15 noch den Vorspannhub der harten Feder 9, 21 mitmachen kann, ergibt sich theoretisch eine Addition der beiden Federkraftverläufe bzw. eine Subtraktion durch abnehmende Federkraft der Feder 15 und zunehmende Federkraft der Feder 9, 21. In der Realität ist aber die Feder 15 in ihrer Steifigkeit um so vieles weicher, dass deren Krafteinfluss bei der Federkraftzunahme der Feder 9 vernachlässigbar ist.
  • In Figur 7 ist der Federkraftverlauf der Federkombinationen für die Bauweise aus Figur 5 dargestellt. Der absolute Federkraftverlauf ist auf der Achse 40 über dem Schwenkwinkel α auf der Achse 42 dargestellt. Der Startwinkel α-Anschlag ist wiederum im Punkt 46 auf der Achse 42 dargestellt. Bei niedriger Drehzahl und hohem Massenstrombedarf wird die weiche Feder entsprechend der Kennlinie 44 mit ihrer Federkraft wirksam. Bei Reduktion des Schwenkwinkels durch zunehmende Verbrennungsmotordrehzahl wird nun aber, wie in Figur 5 bereits beschrieben, im Anschlag 13 die harte Feder 37, welche sich ja nicht im vorgespannten Zustand befindet, sondern entspannt innerhalb der Führungshülse 35 mitgeführt ist, entsprechend der Kennlinie 52 verformen und damit einen steilen Federkraftanstieg in Richtung kleine Schwenkwinkel vollziehen bis zum Minimal-Anschlag α-min, welcher beispielsweise bei maximaler Verbrennungsmotordrehzahl und ausgeschalteter Klimaanlage, wenn also kein Massenstrom benötigt wird, vorherrscht.
  • Die vorab beschriebenen Varianten der Erfindung dieser speziellen Federkraftabstimmung des Triebwerkes u. a. für die Triebwerksberuhigung im Off-mode führen also dazu, dass der Klimakompressor im ausgeschalteten Klimaanlagenbetrieb nicht zu harmonischen Schwingungen des Schwenkmechanismus um seine Ruhelage neigt, sowie dass bei Kälte-Leistungsanforderungen der Förderstrom des Klimakompressors mittels des Regelventils sicher angefahren werden kann. Erfindungsgemäß wird das durch eine Unstetigkeit im Verlauf der Kraft-Schwenkwinkel-Kennlinie durch die Kombination von Federn mit unterschiedlichen Charakteristiken erzielt. Durch die geeignete Auswahl einer Feder sowie einer Gegenfeder mit wesentlich abweichenden, harten und sehr weichen Charakteristiken ergibt sich ein nicht kontinuierlicher Verlauf der Federkraftbeträge über dem Hub des Schwenkmechanismus, welcher die Ausprägung harmonischer Schwingungen durch Unterdrücken des unteren Schwingungsbogens behindert.
    • Bezugszeichenliste
    • 1
    Schwenkscheibe
    5
    Führungshülse
    7
    Welle
    9
    harte Feder
    11
    Stufe
    13
    Sicherungsring
    15
    weiche Schraubenfeder
    17
    Anschlag
    19
    Anschlag
    21
    hartes Federpaket
    23
    Sicherungsring
    25
    Langnut
    27
    Anschlag
    29
    Führungshülse
    31
    Schwenkring
    33
    Wandung der Stirnfläche
    35
    Führungshülse
    37
    harte Tellerfeder
    40
    Achse Federkraftverlauf
    42
    Achse Schwenkwinkelverlauf
    44
    Kennlinie weiche Feder
    46
    Anschlagspunkt
    48
    Kraftsprung
    50
    Kennlinie harte Feder
    52
    Kennlinie harte Feder

Claims (10)

  1. Hubvolumenverstellbarer Klimakompressor, insbesondere für Kraftfahrzeuge, mit einem Triebwerk für in Zylindern hin- und hergehenden Kolben, wobei die Kolben über eine Verstellscheibe, wie Schwenkscheibe (1) oder Schwenkring (31) oder Taumelscheibe, mit einem verstellbaren Schwenkwinkel angetrieben werden und wobei die Position des Schwenkwinkels unter anderem durch im Triebwerk wirksame Druckkräfte, Massenkräfte und Federkräfte beeinflusst wird, wobei die auf die Schwenkwinkelposition der Verstellscheibe wirksamen Federkräfte durch eine Feder (9, 21, 37) mit einer höheren Federsteifigkeit und eine Gegenfeder (15) mit einer niedrigeren Federsteifigkeit dargestellt werden, wobei die Feder (9, 21, 37) mit der höheren Steifigkeit in schwenkwinkelvergrößernde Richtung wirkt und die Gegenfeder (15) mit der niedrigeren Federsteifigkeit in schwenkwinkelverkleinernde Richtung wirkt, dadurch gekennzeichnet, dass die steifere Feder (9, 21, 37) einen begrenzten Hub mittels eines Maximal-Hubanschlages (11) aufweist, während die schwächere Gegenfeder (15) über den gesamten Schwenkwinkelhub wirksam ist.
  2. Klimakompressor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die steifere Feder (9, 21, 37) im Maximal-Hubanschlag (11) die Startposition des Schwenkwinkels der Verstellscheibe bei ausgeschaltetem Verbrennungsmotor und ausgeschalteter Klimaanlage vorgibt.
  3. Klimakompressor nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Anschlag der steiferen Feder (21) verschiebbar von einem Maximalhub auf einen Minimalhub angeordnet ist.
  4. Klimakompressor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der verschiebbare Anschlag durch einen verschiebbaren Sicherungsring (23) und eine Eindrehung (25) oder eine Langnut auf der Antriebswelle dargestellt ist.
  5. Klimakompressor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die steifere Feder (21) durch den Anschlag nur in einem begrenzten Winkelbereich der Verstellscheibe wirksam ist.
  6. Klimakompressor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die weichere Gegenfeder (15) im gesamten Winkelbereich der Verstellscheibe wirksam ist.
  7. Klimakompressor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der minimale Schwenkwinkel der Verstellscheibe größer, gleich oder kleiner null Grad ist.
  8. Klimakompressor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Startpositions-Schwenkwinkel der Verstellscheibe größer als der minimale Schwenkwinkel ist.
  9. Klimakompressor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die steifere Feder (9, 21, 37) im eingeschalteten Klimaanlagenbetrieb nur im Bereich hoher Drehzahlen des Klimakompressors wirksam ist und im ausgeschalteten Klimaanlagenbetrieb im gesamten Drehzahlbereich wirksam ist.
  10. Klimakompressor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die weichere Gegenfeder (15) in allen Drehzahlbereichen des Klimakompressors wirksam ist.
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