EP2771573A1 - Klimakompressor für ein kraftfahrzeug - Google Patents

Klimakompressor für ein kraftfahrzeug

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EP2771573A1
EP2771573A1 EP12784452.0A EP12784452A EP2771573A1 EP 2771573 A1 EP2771573 A1 EP 2771573A1 EP 12784452 A EP12784452 A EP 12784452A EP 2771573 A1 EP2771573 A1 EP 2771573A1
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EP
European Patent Office
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pressure
spring
side port
pressure side
biasing force
Prior art date
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EP12784452.0A
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EP2771573B1 (de
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Thomas Pawelski
Ulrich Fochler
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Volkswagen AG
Original Assignee
Volkswagen AG
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Publication date
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Publication of EP2771573B1 publication Critical patent/EP2771573B1/de
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    • F04B2027/184Valve controlling parameter
    • F04B2027/1854External parameters

Definitions

  • the invention relates to an air conditioning compressor for a motor vehicle, whose
  • Pressure chamber with a high-pressure side port and its suction chamber with a
  • Low-pressure side port is connected, wherein between the pressure chamber and the
  • High pressure side port is arranged a check valve, the valve body is biased against the intended refrigerant flow direction and in the closing direction of the check valve by a biasing force having a first spring biasing force component which is generated by a on the valve body on the one hand and on a spring abutment on the other hand supported spring.
  • Suction chamber is sucked and pumped into the pressure chamber.
  • the suction chamber is connected to the low-pressure side port of the air conditioning compressor, which in turn in the assembled state in the motor vehicle with the low-pressure region of the air conditioning system, i. in particular connected to the outlet of the evaporator.
  • the pressure chamber is connected to the high-pressure side port of the air compressor, which in turn is connected in the assembled state in the motor vehicle with the high-pressure region of the air conditioning system, in particular via a heat exchanger to the inlet of the evaporator.
  • the term "port” should generally be understood to mean a mechanical and pneumatic / hydraulic interface between the air-conditioning compressor and its periphery.
  • a pressure control loop is established, with which the angular position of the swash plate and therefore on the piston stroke, the performance of the air compressor is adjustable.
  • An essential part of this control loop is typically a controlled by an air conditioning control valve.
  • CONFIRMATION COPY For example, it is possible that the pressure drop becomes too small to cause a sufficient initial angular position of the swash plate. Consequently, start-up difficulties of the climate system arise. It is therefore customary to install in the region between the pressure chamber and the high-pressure side port of the air conditioning compressor, a check valve, which is biased in the direction of the pressure chamber. For this purpose, a valve body is pressed in a conventional manner by means of a spring against a valve seat, wherein the orientation of the
  • Check valve is selected so that it counteracts the intended refrigerant flow from the pressure chamber to the high-pressure side port.
  • the check valve thus provides resistance to the pressure built up in the pressure chamber, so that gradually, even with low swash plate tilt an overpressure in the
  • the evaporator outlet thus the low-pressure side region of the air conditioning system, can heat up to such an extent that it leads to an overpressure in the air
  • Check valve is thus reduced in this particular case, and that by the difference of before and after the check valve pending pressures.
  • the check valve thus opens too early when starting the air conditioning compressor, so that the base pressure can not be sufficiently established.
  • an air-conditioning compressor with a check valve which additionally provides a pressure-limiting and pressure-difference protection device. These protect the compressor and the downstream air conditioning system against a harmful overpressure in the high-pressure region of the air conditioning system or against a harmful pressure difference between the pressure chamber and the high-pressure side region of the air conditioning system.
  • the above-mentioned starting problem of the air compressor ih thermally unfavorable cases is not discussed in the cited document.
  • an air compressor which in its preferred embodiment has a conventional, spring-driven check valve, but as alternatives pressure or volume flow-dependent controlled valves, in particular solenoid valves disclosed that at very low mass flows, the one-off state of
  • Compressor should comply, close sensor controlled.
  • An essential element of the invention is that the biasing force of the check valve is composed of at least two components, namely a first spring-based force component and additionally by the Vorditionserhöhungs complexion
  • imprinted force component is greater than zero in particular when, for example due to unfavorable thermal conditions, there is a pressure reversal between the high and low pressure side ports compared to the normal operation of the air conditioning compressor.
  • the additional biasing force component may be different in nature and independent of the spring-biased biasing force component.
  • the additional biasing force component is a second spring biasing force component resulting from a displacement of the spring abutment; in other words, it may be provided that the preload increasing device transmits the spring biasing force component
  • the biasing means is configured such that the additional biasing component is so large that the total biasing force of the check valve is equal to the spring biasing force component in the case of pressure equality of the high pressure and low pressure port pressures. This means that the
  • Pretension of the check valve is reduced due to the pressure reversal at the ports, with the reference situation is the case of complete pressure equalization in the overall system.
  • the spring force can thus be dimensioned in a conventional manner. Normally, i. When the pressure at the high-pressure side port is higher than the pressure at the low-pressure side port, the spring biasing component acts conventionally. This also applies in the case of complete pressure equalization. In the particularly unfavorable case of pressure reversal, which is the focus of the present invention, the weakened biasing force is just compensated, so that the piston of the compressor against the same resistance as in
  • bias voltage increase device may be different.
  • the spring is supported with its end facing away from the valve body against an electromagnetic or electromotive actuator, which is operatively connected to a dependent of the pressure difference between the high and the low pressure side port control. The position of the
  • Supporting point of the spring i. the spring abutment, and thus the amount of biasing force is thus electrically controlled, preferably regulated.
  • pressure sensitive sensors that detect the pressure and / or temperature conditions in the system and report to the controller, which in turn the adjusting device
  • the spring is supported with its valve body applied to the end against a double piston, the two successively arranged, pressure-separated cylinder chambers such that act in the individual cylinder chambers pending pressures acting antagonistically on the double piston, wherein the supported spring facing cylinder chamber with the low-pressure side and the supported spring facing away from the cylinder chamber with the high-pressure side port
  • thermostatic head containing a temperature-sensitive expansion and contraction-capable thermal material.
  • the operation of thermostatic heads is well known. They include a piston which terminates a cartridge filled with the thermal material, which may be, for example, a gas, a liquid, a gel or a solid. Expansion or contraction of the thermal material
  • Thermomaterials leads to a corresponding movement of the piston and thus to a displacement of the spring abutment.
  • the biasing spring is supported on the piston, so that in addition to the spring force, a temperature-dependent additional biasing force is generated. It is preferably provided that the piston, the spring during expansion of
  • FIG. 1 shows a schematic overview of an air conditioning compressor
  • FIG. 2 is a schematic representation of a conventional check valve
  • FIG. 3 shows a schematic representation of a first embodiment of the invention
  • FIG. 4 shows a schematic representation of a second embodiment of the invention
  • FIG. 5 a schematic representation of a third embodiment of the invention.
  • the same reference numerals in the figures indicate identical or analogous components.
  • FIG. 1 shows a schematic overview of an air conditioning compressor 10 in the installed state.
  • the elements attributed to the compressor 10 are drawn within the system boundary 12 shown in dashed lines.
  • Central part of the compressor 10 is the crankcase 14, in which the piston, not shown, run in a known manner, wherein its stroke is controlled by the inclination of a likewise driven, driven swash plate.
  • the crankcase communicates with a suction chamber 16 and a pressure chamber 18, wherein by means of a control loop comprising a control valve 20 and a throttle valve 22, the pressure differences between the crankcase 14, suction chamber 16 and pressure chamber 18 are controlled during operation so that the required
  • Tilting position of the swash plate adjusts.
  • the control valve 20 is connected to a control unit, not shown.
  • the interfaces of the compressor 10 to the rest of the air conditioning system are provided by the low-pressure side port 24 and the high-pressure side port 26.
  • the low-pressure side port 24 is connected to the output of an evaporator, not shown.
  • the high-pressure side port 26 is connected via a heat exchanger, not shown, to the inlet of the evaporator.
  • a check valve 28 is arranged, which comprises a valve seat 30 and a valve body 32, by a biasing spring 34 against the intended flow direction of the
  • Pressure chamber is biased to the high-pressure side port against the valve seat.
  • FIG. 2 shows a schematic representation of the usual construction of the check valve 28.
  • the valve body 32 With complete pressure equalization in the system, ie in the case that in particular the pressures at the high and low pressure side port and in the suction and the pressure chamber are the same, acts on the valve body 32 exclusively the force of the spring 34. Behind the valve body 32, the high-pressure side system pressure prevails; in front of the valve body 32 prevails (via the suction and the pressure chamber) of the low-pressure side system pressure, which equalize in the case of pressure equality.
  • unfavorable thermal conditions which may occur in the case of a local heating of the interior and thus of the evaporator, in particular the temperature at the evaporator outlet and thus at the low-pressure side port and in the suction and pressure chamber increases.
  • the high-pressure side system area is not affected. He is not in the interior, but under the ventilated hood of the motor vehicle between the check valve 28 and the inlet of the evaporator, so that its pressure does not increase, at least not to the same extent. As a result, it is lower than the remaining pressures in the system, so that the total force acting on the valve body 32 is smaller As the force of the spring 34. As explained above, such a constellation leads to considerable starting difficulties of the air conditioning compressor.
  • Figure 3 shows a first embodiment of the present invention.
  • the biasing spring 34 is supported against the plunger 36 of an electromagnet 38.
  • the electromagnet 38 can be compensatorily excited by appropriate energization, i. the plunger 36 is moved toward the valve body 32, so that the spring 34 undergoes additional compression and on the valve body 32 acts an increased biasing force.
  • Figure 4 shows a second embodiment of the present invention.
  • the spring 34 is supported against a double piston 40.
  • the double piston 40 passes through a low pressure chamber 42 and a high pressure chamber 44.
  • These terms do not necessarily refer to the prevailing in the chambers 42, 44 pressures, but rather on their pneumatic connection with the corresponding ports, which in Figure 4 with arrows is indicated.
  • the low-pressure pressure chamber 42 is pneumatically connected to the low-pressure side port 24, and the high-pressure pressure chamber 44 is connected to the high-pressure side port 26.
  • the position of the double piston 40 thus depends on the pressure difference between the high and the low pressure side port 24, 26 from. Accordingly, the supporting location of the spring 34, i. the spring abutment, also from this
  • FIG. 5 shows a third embodiment of the present invention.
  • the spring 34 is supported against the piston 46 of a thermostatic head 48.
  • the piston 46 terminates a thermal material cartridge 50, in particular a gas-filled chamber from pressure-tight. in the
  • Biasing force of the valve body 32 is increased. This also applies in the above-described thermally unfavorable state of a local heating of the

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Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf einen Klimakompressor für ein Kraftfahrzeug, dessen Druckkammer (18) mit einem hochdruckseitigen Port (26) und dessen Saugkammer (16) mit einem niederdruckseitigen Port (24) verbunden ist, wobei zwischen der Druckkammer (18) und dem hochdruckseitigen Port (26) ein Rückschlagventil (28) angeordnet ist, dessen Ventilkörper (32) entgegen der bestimmungsgemäßen Kältemittel-Stromrichtung und in Schließrichtung des Rückschlagventils (28) durch eine Vorspannkraft vorgespannt ist, die eine erste Feder-Vorspannkraftkomponente aufweist, welche durch eine am Ventilkörper (32) einerseits und an einem Federwiderlager andererseits abgestützte Feder (34) erzeugt ist. Die Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass das Rückschlagventil (28) mit einer Vorspannungserhöhungseinrichtung ausgestattet ist, die dem Ventilkörper (32) eine zusätzliche Vorspannkraftkomponente aufprägt, wenn ein am hochdruckseitigen Port (26) anstehender Druck kleiner ist als ein am niederdruckseitigen Port (24) anstehender Druck.

Description

Klimakompressor für ein Kraftfahrzeug
Die Erfindung bezieht sich auf einen Klimakompressor für ein Kraftfahrzeug, dessen
Druckkammer mit einem hochdruckseitigen Port und dessen Saugkammer mit einem
niederdruckseitigen Port verbunden ist, wobei zwischen der Druckkammer und dem
hochdruckseitigen Port ein Rückschlagventil angeordnet ist, dessen Ventilkörper entgegen der bestimmungsgemäßen Kältemittel-Stromrichtung und in Schließrichtung des Rückschlagventils durch eine Vorspannkraft vorgespannt ist, die eine erste Feder-Vorspannkraftkomponente aufweist, welche durch eine am Ventilkörper einerseits und an einem Federwiderlager andererseits abgestützte Feder erzeugt ist.
Derartige Klimakompressoren sind bekannt aus der WO 2007/054243 A1.
Der grundsätzliche Aufbau eines Klimakompressors ist dem Fachmann bekannt. In einem Kurbelgehäuse sind eine Mehrzahl von Kolben an einer rotierbaren Taumelscheibe angelenkt. Weist die z.B. über einen Riementrieb in Rotation versetzte Taumelscheibe einen von Null verschiedenen Kippwinkel auf, führt dies zu einer axialen Hubbewegung der Kolben während ihrer Umdrehung um die Drehachse der Taumelscheibe, wobei Kältemittel von der
Saugkammer angesaugt und in die Druckkammer gepumpt wird. Die Saugkammer ist mit dem niederdruckseitigen Port des Klimakompressors verbunden, welcher seinerseits im montierten Zustand im Kraftfahrzeug mit dem Niederdruckbereich des Klimasystems, d.h. insbesondere mit dem Ausgang des Verdampfers verbunden ist. Die Druckkammer ist mit dem hochdruckseitigen Port des Klimakompressors verbunden, der seinerseits im montierten Zustand im Kraftfahrzeug mit dem Hochdruckbereich des Klimasystems, insbesondere über einen Wärmetauscher mit dem Eingang des Verdampfers verbunden ist. Unter dem Begriff des Ports soll im vorliegenden Zusammenhang allgemein eine mechanische und pneumatisch/hydraulische Schnittstelle zwischen dem Klimakompressor und seiner Peripherie verstanden werden. Zwischen Druck- und Saugkammer einerseits und dem Kurbelgehäuse andererseits ist ein Druckregelkreis etabliert, mit welchem die Winkelstellung der Taumelscheibe und daher über den Kolbenhub die Leistung des Klimakompressors regelbar ist. Wesentlicher Bestandteil dieses Regelkreises ist typischerweise ein von einem Klima-Steuergerät angesteuertes Regelventil.
Wichtige Voraussetzung für die Regelung ist ein hinreichendes Druckgefälle zwischen
Druckkammer, Saugkammer und Kurbelgehäuse. Insbesondere nach langen Stillstandszeiten
BESTÄTIGUNGSKOPIE ist es möglich, dass das Druckgefälle zu klein wird, um eine ausreichende Anfangs- Winkelstellung der Taumelscheibe hervorzurufen. Folglich ergeben sich Startschwierigkeiten des Klimasystems. Es ist daher üblich, in den Bereich zwischen der Druckkammer und dem hochdruckseitigen Port des Klimakompressors ein Rückschlagventil einzubauen, welches in Richtung der Druckkammer vorgespannt ist. Hierzu wird in üblicher Weise ein Ventilkörper mittels einer Feder gegen einen Ventilsitz gepresst, wobei die Orientierung des
Rückschlagventils so gewählt ist, dass es dem bestimmungsgemäßen Kältemittelstrom von der Druckkammer zum hochdruckseitigen Port entgegenwirkt. Das Rückschlagventil stellt somit dem in der Druckkammer aufgebauten Überdruck einen Widerstand entgegen, sodass sich allmählich auch bei geringer Taumelscheiben-Schrägstellung ein Überdruck in der
Druckkammer aufbauen kann, der für eine effiziente Regelung des Klimakompressors ausreichend ist. Erst bei Erreichen dieses Basisdrucks, der typischerweise im Bereich von ca. 2 bar liegt, öffnet das Rückschlagventil und komprimiertes Kältemittel strömt über den
Wärmetauscher zum Verdampfer.
In besonderen Situationen ist es jedoch möglich, dass diese Starthilfe durch das
Rückschlagventil nicht ausreichend ist. Derartige Situationen ergeben sich beispielsweise durch lokales Aufheizen des Innenraums des Kraftfahrzeugs, etwa bei einem in der Sonne
abgestellten Fahrzeug. Dabei kann sich der Verdampferausgang, somit der niederdruckseitige Bereich des Klimasystems, soweit aufheizen, dass es zu einem Überdruck im
niederdruckseitigen Systembereich im Vergleich zum hochdruckseitigen Systembereich kommt. In diesen Fällen kann ein Druckausgleich zwischen Kurbelgehäuse, Druck- und Saugkammer vorliegen, wobei der dort herrschende Druck höher ist als der Druck im hochdruckseitigen Systembereich hinter dem Rückschlagventil. Die wirksame Vorspannkraft des
Rückschlagventils ist in diesem besonderen Fall also verringert, und zwar um die Differenz der vor und hinter dem Rückschlagventil anstehenden Drücke. Das Rückschlagventil öffnet somit bei Start des Klimakompressors zu früh, sodass der Basisdruck nicht hinreichend aufgebaut werden kann.
Aus der gattungsbildenden WO 2007/54243 A1 ist ein Klimakompressor mit Rückschlagventil bekannt, der zusätzlich eine Druckbegrenzungs- und Druckdifferenz-Schutzvorrichtung vorsieht. Diese schützen den Kompressor und das nachgelagerte Klimasystem vor einem schädlichen Überdruck im Hochdruckbereich des Klimasystems bzw. vor einer schädlichen Druckdifferenz zwischen der Druckkammer und dem hochdruckseitigen Bereich des Klimasystems. Die oben erläuterte Startproblematik des Klimakompressors ih thermisch ungünstigen Fällen wird in der genannten Druckschrift nicht thematisiert. Aus der DE 10 2009 004 333 A1 ist ein Klimakompressor bekannt, der in seiner bevorzugten Ausführungsform ein herkömmliches, federgetriebenes Rückschlagventil aufweist, jedoch als Alternativen druck- oder volumenstromabhängig geregelte Ventile, insbesondere Magnetventile offenbart, die bei sehr geringen Massenströmen, die einem Ausschalt-Zustand des
Kompressors entsprechen sollen, sensorgeregelt schließen.
Aus der DE 10 2006 048 380 A1 ist ein Klimakompressor bekannt, dessen Regelventil, d.h. dasjenige Ventil, welches die Druckregelung zwischen Kurbelgehäuse und Druck-/Saugkammer übernimmt als 2/2-Wegeventil ausgebildet ist.
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen gattungsgemäßen Klimakompressor derart weiterzubilden, dass die Startprobleme in ungünstigen thermischen Situationen reduziert werden.
Diese Aufgabe wird in Verbindung mit den Merkmalen des Oberbegriffs von Anspruch 1 dadurch gelöst, dass das Rückschlagventil mit einer Vorspannungserhöhungseinrichtung ausgestattet ist, die dem Ventilkörper eine zusätzliche Vorspannkraftkomponente aufprägt, wenn ein am hochdruckseitigen Port anstehender Druck kleiner ist als ein am
niederdruckseitigen Port anstehender Druck.
Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Wesentliches Element der Erfindung ist es, dass sich die Vorspannkraft des Rückschlagventils aus wenigstens zwei Komponenten zusammensetzt, nämlich einer ersten federbasierten Kraftkomponente und einer zusätzlich von der Vorspannungserhöhungseinrichtung
aufgeprägten Kraftkomponente. Letztere ist insbesondere dann größer als Null, wenn beispielsweise aufgrund ungünstiger thermischer Gegebenheiten eine Druckumkehr zwischen hoch- und niederdruckseitigem Port im Vergleich zum Normalbetrieb des Klimakompressors vorliegt.
Die zusätzliche Vorspannkraftkomponente kann unterschiedlicher Natur und unabhängig von der federbasierten Vorspannkraftkomponente sein. Bevorzugt ist jedoch vorgesehen, dass die zusätzliche Vorspannkraftkomponente eine zweite Feder- Vorspannkraftkomponente ist, die aus einer Verschiebung des Federwiderlagers resultiert, mit anderen Worten kann vorgesehen sein, dass Vorspannungserhöhungseinrichtung die Feder-Vorspannkraftkomponente durch
Verschiebung des Federwiderlagers erhöht, wenn ein am hochdruckseitigen Port anstehender Druck kleiner ist als ein am niederdruckseitigen Port anstehender Druck. Bevorzugt ist die Vorspannungserhöhungseinrichtung derart ausgelegt, dass die zusätzliche Vorspannkomponente so groß ist, dass die Gesamtvorspannkraft des Rückschlagventils gleich der Feder-Vorspannkraftkomponente im Fall einer Druckgleichheit der am hoch- und am niederdruckseitigen Port anstehenden Drücke ist. Dies bedeutet, dass die
Vorspannungserhöhungseinrichtung genau diejenige Kraft kompensiert, um die die
Vorspannung des Rückschlagventils aufgrund der Druckumkehr an den Ports vermindert wird, wobei als Referenzsituation der Fall des völligen Druckausgleichs im Gesamtsystem dient. Die Federkraft kann somit in herkömmlicher Weise dimensioniert werden. Im Normalfall, d.h. wenn der Druck am hochdruckseitigen Port höher ist als der Druck am niederdruckseitigen Port, wirkt in herkömmlicher Weise die Feder-Vorspannkomponente. Dies gilt auch im Fall eines vollständigen Druckausgleichs. In dem besonders ungünstigen Fall der Druckumkehr, der im Fokus der vorliegenden Erfindung steht, wird die abgeschwächte Vorspannkraft gerade kompensiert, sodass die Kolben des Kompressors gegen denselben Widerstand wie im
Normalfall anlaufen.
Die konkrete Ausgestaltung der Vorspannungserhöhungseinrichtung kann unterschiedlich sein. Bei einer ersten bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass sich die Feder mit ihrem dem Ventilkörper abgewandten Ende gegen eine elektromagnetische oder elektromotorische Stelleinheit abstützt, welche mit einer von der Druckdifferenz zwischen dem hoch- und dem niederdruckseitigen Port abhängigen Steuerung wirkverbunden ist. Die Position der
Abstützstelle der Feder, d.h. des Federwiderlagers, und damit die Höhe der Vorspannkraft wird somit elektrisch gesteuert, bevorzugt geregelt. Hierzu können temperatur- und/oder
druckempfindliche Sensoren vorgesehen sein, die die Druck- und/oder Temperaturverhältnisse im System erfassen und an die Steuerung melden, die ihrerseits die Stelleinrichtung
entsprechend ansteuert. Bei dieser Variante lassen sich beliebig komplexe Abhängigkeiten realisieren; allerdings wird dies zu dem Preis erkauft, das eine dauernde Überwachung dürch eine aktive Komponente erforderlich ist, was zu Mehrkosten führen kann.
Bei einer alternativen Ausführungsform ist vorgesehen, dass sich die Feder mit ihrem dem Ventilkörper angewandten Ende gegen einen Doppelkolben abstützt, der zwei hintereinander angeordnete, druckgetrennte Zylinderkammern derart durchsetzt, dass in den einzelnen Zylinderkammern anstehende Drücke antagonistisch auf den Doppelkolben wirken, wobei die der abgestützten Feder zugewandte Zylinderkammer mit dem niederdruckseitigen und die der abgestützten Feder abgewandte Zylinderkammer mit dem hochdruckseitigen Port
druckverbunden ist. Es wird somit eine passive, mechanische Druckkompensatipn etabliert. Der Doppelkolben reagiert auf die Druckdifferenz zwischen hoch- und niederdruckseitigem Port. Steigender Druck am niederdruckseitigen Port im Verhältnis zum hochdruckseitigen Port führt zu einer Verschiebung des Doppelkolbens und damit des Federwiderlagers in Schließrichtung des Rückschlagventils. Auf den Ventilkörper wirken somit in Schließrichtung sowohl die
Federkraft als auch die durch die Druckdifferenz bedingte, durch die Verschiebung des
Federwiderlagers hervorgerufene zusätzliche Kraftkomponente. Im umgekehrten Fall wird die Feder entlastet, wobei die vollständige Entlastung als Referenz für den Normalbetrieb, d.h. den Fall, in dem„nur" die erste Feder-Vorspannkraftkomponente auf den Ventilkörper wirkt, herangezogen werden kann.
Bei einer weiteren Alternativausführungsform ist vorgesehen, dass sich die Feder mit ihrem dem Ventilkörper abgewandten Ende gegen einen Kolben eines ein temperatursensitiv expansions- und kontraktionsfähiges Thermomaterial enthaltenden Thermostatkopfes abstützt. Die Funktionsweise von Thermostatköpfen ist allgemein bekannt. Sie umfassen einen Kolben, der eine mit dem Thermomaterial, das beispielsweise ein Gas, eine Flüssigkeit, ein Gel oder ein Festkörper sein kann, gefüllte Patrone abschließt. Expansion oder Kontraktion des
Thermomaterials führt zu einer entsprechenden Bewegung des Kolbens und damit zu einer Verschiebung des Federwiderlagers. Die Vorspannfeder ist an dem Kolben abgestützt, sodass zusätzlich zu der Federkraft eine temperaturabhängige zusätzlich Vorspannkraft erzeugt wird. Dabei ist bevorzugt vorgesehen, dass der Kolben die Feder bei Expansion des
Thermomaterials entlastet.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden, speziellen Beschreibung und den Zeichnungen.
Es zeigen:
Figur 1 eine schematische Ubersichtsdarstellung eines Klimakompressors,
Figur 2: eine schematische Darstellung eines herkömmlichen Rückschlagventils,
Figur 3: eine schematische Darstellung einer ersten Ausführungsform der Erfindung,
Figur 4: eine schematische Darstellung einer zweiten Ausführungsform der Erfindung,
Figur 5: eine schematische Darstellung einer dritten Ausführungsform der Erfindung. Gleiche Bezugszeichen in den Figuren deuten auf gleiche oder analoge Bauteile hin.
Figur 1 zeigt eine schematische Übersichtsdarstellung eines Klimakompressors 10 im eingebauten Zustand. Die dem Kompressor 10 zugerechneten Elemente sind innerhalb der gestrichelt dargestellten Systemgrenze 12 gezeichnet. Zentraler Bestandteil des Kompressors 10 ist das Kurbelgehäuse 14, in welchem die nicht dargestellten Kolben in bekannter Weise laufen, wobei ihr Hub von der Schrägstellung einer ebenfalls nicht dargestellten, angetriebenen Taumelscheibe gesteuert ist. Das Kurbelgehäuse steht mit einer Saugkammer 16 und einer Druckkammer 18 in Verbindung, wobei mittels eines Regelkreises, der ein Regelventil 20 sowie ein Drosselventil 22 umfasst, die Druckdifferenzen zwischen Kurbelgehäuse 14, Saugkammer 16 und Druckkammer 18 bei Betrieb so geregelt werden, dass sich die erforderliche
Kippstellung der Taumelscheibe einstellt. Hierzu ist das Regelventil 20 mit einer nicht dargestellten Steuereinheit verbunden. Die Schnittstellen des Kompressors 10 zum übrigen Klimasystem werden durch den niederdruckseitigen Port 24 und den hochdruckseitigen Port 26 bereitgestellt. Der niederdruckseitige Port 24 ist mit dem Ausgang eines nicht dargestellten Verdampfers verbunden. Der hochdruckseitige Port 26 ist über einen nicht dargestellten Wärmetauscher mit dem Eingang des Verdampfers verbunden.
Zwischen der Druckkammer 18 und dem hochdruckseitigen Port 26 ist ein Rückschlagventil 28 angeordnet, welches einen Ventilsitz 30 und einen Ventilkörper 32 umfasst, der von einer Vorspannfeder 34 entgegen der bestimmungsgemäßen Strömungsrichtung von der
Druckkammer zum hochdruckseitigen Port gegen den Ventilsitz vorgespannt wird.
Figur 2 zeigt in schematischer Darstellung die übliche Bauweise des Rückschlagventils 28. Bei vollständigem Druckausgleich im System, d.h. im Fall, dass insbesondere die Drücke am hoch- und niederdruckseitigen Port sowie in der Saug- und der Druckkammer gleich sind, wirkt auf den Ventilkörper 32 ausschließlich die Kraft der Feder 34. Hinter dem Ventilkörper 32 herrscht der hochdruckseitige Systemdruck; vor dem Ventilkörper 32 herrscht (über die Saug- und die Druckkammer) der niederdruckseitige Systemdruck, die sich im Fall der Druckgleichheit ausgleichen. Im Fall ungünstiger thermischer Verhältnisse zu denen es im Fall einer lokalen Aufheizung des Innenraumes und damit des Verdampfers kommen kann, erhöht sich insbesondere die Temperatur am Verdampferausgang und somit am niederdruckseitigen Port sowie in Saug- und Druckkammer. Der hochdruckseitige Systembereich ist hiervor jedoch nicht betroffen. Er befindet nicht im Innenraum, sondern unter der durchlüfteten Motorhaube des Kraftfahrzeugs zwischen dem Rückschlagventil 28 und dem Eingang des Verdampfers, sodass sein Druck nicht, zumindest nicht in gleichem Maße ansteigt. Folglich ist er niedriger als die übrigen Drücke im System, sodass die auf den Ventilkörper 32 wirkende Gesamtkraft kleiner ist als die Kraft der Feder 34. Wie eingangs erläutert, führt eine solche Konstellation zu erheblichen Startschwierigkeiten des Klimakompressors.
Figur 3 zeigt eine erste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Hierbei stützt sich die Vorspannfeder 34 gegen den Stößel 36 eines Elektromagneten 38 ab. In Fällen, in denen eine nicht näher dargestellte Steuerung ungünstige Druck- bzw. Temperaturverhältnisse sensiert, kann der Elektromagnet 38 durch entsprechende Bestromung kompensatorisch angeregt werden, d.h. der Stößel 36 wird auf den Ventilkörper 32 zu verschoben, sodass die Feder 34 eine zusätzliche Kompression erfährt und auf den Ventilkörper 32 eine erhöhte Vorspannkraft wirkt.
Figur 4 zeigt eine zweite Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Hier stützt sich die Feder 34 gegen einen Doppelkolben 40 ab. Der Doppelkolben 40 durchsetzt eine Niederdruck- Druckkammer 42 und eine Hochdruck-Druckkammer 44. Diese Bezeichnungen beziehen sich nicht zwangsläufig auf die in den Kammern 42, 44 herrschenden Drücke, sondern vielmehr auf ihre pneumatische Verbindung mit den entsprechenden Ports, was in Figur 4 mit Pfeilen angedeutet ist. Insbesondere ist die Niederdruck-Druckkammer 42 pneumatisch mit dem niederdruckseitigen Port 24 verbunden und die Hochdruck-Druckkammer 44 ist mit dem hochdruckseitigen Port 26 verbunden. Die Position des Doppelkolbens 40 hängt somit von der Druckdifferenz zwischen dem hoch- und dem niederdruckseitigen Port 24, 26 ab. Entsprechend hängt die Abstützstelle der Feder 34, d.h. das Federwiderlager, ebenfalls von dieser
Druckdifferenz ab. Bei der dargestellten Anordnung führt ein Überdruck am niederdruckseitigen Port 24 im Vergleich zum hochdruckseitigen Port 26 zu einer Verschiebung des Doppelkolbens 40 auf den Ventilkörper 32 zu. Hierdurch wird die Vorspannkraft der Feder 34 verstärkt. Im umgekehrten, d.h. im Normalfall, wenn in der Hochdruck-Druckkammer 44 ein höherer Druck herrscht als in der Niederdruck-Druckkammer 42 verschiebt sich der Doppelkolben 40 vom Ventilkörper 32 weg und entlastet die Feder 34. Insbesondere kann die Maximalverschiebung des Doppelkolbens 40 in dieser Richtung (nach rechts in Figur 4), d.h. die maximale Entlastung der Feder 34, als Referenz-Vorspannkraft für deh Ventilkörper 32 dienen.
Figur 5 schließlich zeigt eine dritte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Hier stützt sich die Feder 34 gegen den Kolben 46 eines Thermostatkopfes 48 ab. Der Kolben 46 schließt eine Thermomaterial-Patrone 50, insbesondere eine gasgefüllte Kammer druckdicht ab. Im
Normalbetrieb, wenn der Thermokopf von dem durch die Kompression im Kompressor erwärmten Kältemittel umströmt wird, hat die Gasfüllung in der Patrone 50 eine hohe
Temperatur. Dieser Zustand markiert den Normalbetrieb. In diesem Zustand ist das Gas in der Kammer 50 maximal ausgedehnt, sodass der Kolben 46 maximal nach (in Figur 5) rechts verschoben und die Feder 34 maximal entlastet ist. Im Ruhezustand kühlt das Gas auf Raumtemperatur ab, sodass der Kolben 46 nach (in Figur 5) links verschoben und die
Vorspannkraft des Ventilkörpers 32 erhöht wird. Dies gilt auch in dem oben mehrfach beschriebenen thermisch ungünstigen Zustand einer lokalen Erwärmung des
Fahrzeuginnenraums, von der der Verdampfer, nicht jedoch der Klimakompressor und damit der Thermokopf betroffen sind. Folglich vermeidet diese Ausführungsform die im
Zusammenhang mit Figur 2 beschriebene Verminderung der Vorspannkraft bei Druckumkehr am hoch- und niederdruckseitigen Port.
Natürlich stellen die in der speziellen Beschreibung diskutierten und in den Figuren gezeigten Ausführungsformen nur illustrative Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung dar. Dem Fachmann ist im Lichte der hiesigen Offenbarung ein breites Spektrum an
Variationsmöglichkeiten an die Hand gegeben. Insbesondere ist die spezielle Auslegung und Dimensionierung der einzelnen Bauteile dem Fachmann in Ansehung des jeweiligen Einzelfalls überlassen.
BEZUGSZEICHENLISTE
Klimakompressor
Systemgrenze
Kurbelgehäuse
Saugkammer
Druckkammer
Regelventil
Drosselventil
niederdruckseitiger Port
hochdruckseitiger Port
Rückschlagventil
Ventilsitz
Ventilkörper
Vorspannfeder
Stößel
Elektromagnet
Doppelkolben
Niederdruck-Druckkammer
Hochdruck-Druckkammer
Kolben
Thermostatkopf
Thermomaterial-Patrone

Claims

P AT E N TA N S P R Ü C H E
Klimakompressor für ein Kraftfahrzeug, dessen Druckkammer (18) mit einem
hochdruckseitigen Port (26) und dessen Saugkammer (16) mit einem niederdruckseitigen Port (24) verbunden ist, wobei zwischen der Druckkammer (18) und dem
hochdruckseitigen Port (26) ein Rückschlagventil (28) angeordnet ist, dessen Ventilkörper (32) entgegen der bestimmungsgemäßen Kältemittel-Stromrichtung und in
Schließrichtung des Rückschlagventils (28) durch eine Vorspannkraft vorgespannt ist, die eine erste Feder-Vorspannkraftkomponente aufweist, welche durch eine am Ventilkörper (32) einerseits und an einem Federwiderlager andererseits abgestützte Feder (34) erzeugt ist,
dadurch gekennzeichnet,
dass das Rückschlagventil (28) mit einer Vorspannungserhöhungseinrichtung
ausgestattet ist, die dem Ventilkörper (32) eine zusätzliche Vorspannkraftkomponente aufprägt, wenn ein am hochdruckseitigen Port (26) anstehender Druck kleiner ist als ein am niederdruckseitigen Port (24) anstehender Druck.
Klimakompressor nach Anspruch 1 ,
dadurch gekennzeichnet,
dass die zusätzliche Vorspannkraftkomponente so groß ist, dass die
Gesamtvorspannkraft des Rückschlagventils (28) gleich der Feder- Vorspannkraftkomponente im Fall einer Druckgleichheit der am hoch- und am
niederdruckseitigen Port (24; 26) anstehenden Drücke ist.
Klimakompressor nach einem der vorangehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass die zusätzliche Vorspannkraftkomponente eine zweite Feder- Vorspannkraftkomponente ist, die aus einer Verschiebung des Federwiderlagers resultiert.
Klimakompressor nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet,
dass sich die Feder (34) mit ihrem dem Ventilkörper (32) abgewandten Ende gegen eine elektromagnetische oder elektromotorische Stelieinheit (36, 38) abstützt, welche mit einer von der Druckdifferenz zwischen dem hoch- und dem niederdruckseitigen Port (24, 26) abhängigen Steuerung wirkverbunden ist.
5. Klimakompressor nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet,
dass sich die Feder (34) mit ihrem dem Ventilkörper (32) abgewandten Ende gegen einen Doppelkolben (40) abstützt, der zwei hintereinander angeordnete, druckgetrennte Zylinderkammern (42, 44) derart durchsetzt, dass in den einzelnen Zylinderkammern (42, 44) anstehende Drücke antagonistisch auf den Doppelkolben (40) wirken,
wobei die der abgestützten Feder (34) zugewandte Zylinderkammer (42) mit dem niederdruckseitigen (24) und die der abgestützten Feder (34) abgewandte
Zylinderkammer (44) mit dem hochdruckseitigen Port (26) druckverbunden ist.
6. Klimakompressor nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet,
dass sich die Feder (34) mit ihrem dem Ventilkörper (32) abgewandten Ende gegen einen Kolben (46) eines ein temperatursensitiv expansions- und kontraktionsfähiges
Thermomaterial enthaltenden Thermostatkopfes (48) abstützt.
7. Klimakompressor nach Anspruch 6,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Kolben (46) die Feder (34) bei Expansion des Thermomaterials entlastet.
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