WO2005124150A1 - Axialkolbenverdichter, insbesondere verdichter für die klimaanlage eines kraftfahrzeuges - Google Patents

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WO2005124150A1
WO2005124150A1 PCT/EP2005/006059 EP2005006059W WO2005124150A1 WO 2005124150 A1 WO2005124150 A1 WO 2005124150A1 EP 2005006059 W EP2005006059 W EP 2005006059W WO 2005124150 A1 WO2005124150 A1 WO 2005124150A1
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swivel plate
swivel
compressor
compressor according
plate
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PCT/EP2005/006059
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English (en)
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Inventor
Otfried Schwarzkopf
Original Assignee
Zexel Valeo Compressor Europe Gmbh
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Publication date
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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
    • F04B27/10—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

Definitions

  • Axial piston compressors in particular compressors for the air conditioning system of a motor vehicle
  • the invention relates to an axial piston compressor, in particular a compressor for the air conditioning system of a motor vehicle, with a housing and a compressor unit arranged in the housing and driven via a drive shaft for the suction and compression of a refrigerant, the compressor unit and a piston running axially back and forth in a cylinder block the swivel disk driving the pistons rotating with the drive shaft, eg in the form of a swivel ring, a swashplate or swashplate.
  • Such an axial piston compressor is known for example from DE 197 49 727 AI.
  • This comprises a housing in which a plurality of axial pistons are arranged in a circular arrangement around a rotating drive shaft.
  • the drive force is transmitted from the drive shaft via a driver to an annular swivel disk and from this in turn to the pistons which are translationally displaceable parallel to the drive shaft.
  • the annular swivel disk is pivotally mounted on an axially displaceably mounted sleeve on the drive shaft.
  • An elongated hole is provided in the sleeve, through which the driver mentioned extends.
  • the axial mobility of the sleeve on the drive shaft is thus limited by the dimensions of the elongated hole. Installation takes place by pushing the driver through the slot.
  • the drive shaft, driver, sliding sleeve and swivel plate are arranged in a so-called engine room, in which a gaseous working medium of the compressor is present at a certain pressure.
  • the funding volume and thus the funding performance of the compressor are dependent on the pressure ratio between the suction side and the pressure side of the pistons or accordingly on the pressures in the cylinders on the one hand and in the engine compartment on the other.
  • the swivel plate is designed as a swash plate, a non-rotatable receiving plate which is mounted opposite the swash plate being arranged between the swash plate and the pistons.
  • the compressor shown in FIG. 13 is known from EP 1 172 557 A2.
  • This has a swivel plate device with a swivel plate in the form of a swash plate 118, to which pistons 120 are articulated via sliding blocks 121.
  • the swivel plate device has a support device which simultaneously transmits a torque between a drive shaft 114 and the swash plate 118 as a driver component.
  • Swash plate 118 formed.
  • the above-described construction of the swash plate in the form of the paired driver components 117 and 119 ensures an exposed center of gravity of the swash plate device.
  • the center of gravity removed from the tilting axis and also the tilting joint causes an imbalance, since the engine can only be balanced for a preferably swashplate tilting angle. It should be noted that the center of gravity moves depending on the tilt angle at a considerable distance from the tilt joint, which is the center of the pivoting movement.
  • the tilting moment mentioned above always counteracts the deviation moment J.
  • different deviation moments act on a component, the deviation moment mentioned here being the deviation moment relevant for the tilting movement of the swash plate.
  • This moment of variation is caused by the only degree of freedom in the system that is caused by the tilting joint.
  • a construction such as that described above is implemented, for example, in the series compressor 6SEU 12 C from DENSO, in which R134a is used as a refrigerant.
  • the (relevant) deviation moment J of the swashplate causes a tilting moment M sw around the center of the tilting movement of the swashplate, which is effective at least in the area of medium and larger swashplate tilt angles such that the tilting angle of the swashplate attempts to decrease.
  • the inertial forces of the pistons (via their deflection) cause a tilting moment M k tot on the swash plate, which is also effective around the center of the tilting movement of the swash plate.
  • the tilting moment generated by the pistons acts in the direction of an increase in the tilt angle of the swash plate.
  • the center of gravity of the system which lies outside the swivel plate's tilt or pivot point, additionally supports the effect of the pistons.
  • the effect caused by the center of gravity is generally included in the calculation of the (total) moment of deviation, where it is taken into account via a so-called Steiner component.
  • Future compressors should not have an exposed center of gravity in the area of the swivel plate and the unbalance due to the engine, which is caused in particular by the swivel plate, should be low or ideally zero.
  • delivery rate is relatively fuzzy.
  • the delivery rate could be regarded as constant if, for example, the tilting angle of the swashplate is halved when the speed is doubled.
  • the delivery rate would thus be geometrically constant.
  • other parameters also have an effect the delivery rate if the tilt angle of the swivel plate changes, e.g. delivery rate, oil spill or the like.
  • the resetting torque of the swivel disk is used for constant control of the delivery rate at changing speeds of rotation, since the swivel disk counteracts its inclined position due to the dynamic forces on the rotating disk part. This behavior can be supported by the force of a spring, so that the delivery rate that increases with increasing rotational speed or rotational speed is at least partially compensated for by resetting the inclined or swivel position of the swivel plate.
  • FIGS. 1 and 2 show the described tilting behavior as a result of a speed fluctuation.
  • Fig. 1 shows the dependence of the engine room pressure difference related to the suction pressure over the tilt angle o or "alpha" the swashplate. The following pressures were assumed for the calculation:
  • FIG. 1 From the diagram according to FIG. 1 it can be clearly seen that there are courses which cause the swivel plate to be displaced to larger tilting angles when the speed increases. It should be mentioned that Fig. 1 is only to be regarded as an example with a simple geometry. However, the trend shown also applies to more complex geometries. The calculation was based on a swivel ring with a predetermined inner and outer diameter and a predetermined height.
  • piston mass is relevant, the pitch circle diameter on which the pistons rest and the number of pistons.
  • Jl 90 ° + ⁇ main axes of inertia ⁇ ⁇ - ⁇
  • ⁇ 3 ⁇ main axes of inertia ⁇ ⁇ - ⁇
  • Deviation moment J_ z -J 2 cos ⁇ sin ⁇ + J 3 cos ⁇ sin ⁇
  • M kjges m k R ⁇ z, - cosß
  • FIG. 1 was based on the following determination of the tilting moment of the swivel or swash plate, with ⁇ being varied from 0 ° to 16 °:
  • M kg "> M sw 2 shows a diagram for an almost identical engine, this diagram being obtained according to the following calculation scheme, ⁇ being varied from 0 ° to 16 °:
  • FIG. 1 shows the prior art.
  • the regulating behavior according to FIG. 1 can often be determined in the case of current R134a series compressors. With more recent developments, one tries to change this trend into the opposite, namely according to Fig. 2.
  • Fig. 4 the case is shown in which the regulating tilting moments due to the mass moments of inertia / deviation moments of the swivel plate or the swivel plate assembly are dimensioned such that a control behavior results in which the tilt angle of the swivel plate remains almost constant when the speed increases , or is reduced, whereby at least part of the increasing delivery rate resulting solely from the increase in speed is compensated.
  • FIGS. 5, 6 and 7 show the tilting moments M sw , M t corresponding to FIGS. 1, 2 and 4 as well as the sums of the two aforementioned moments for a speed as a function of the tilting angle of the swivel plate or the geometric stroke volume of the compressor.
  • the regulating characteristic of the compressor can be clearly seen on the basis of the sum of the moments in the positive range, while in FIG. 6 the sum of the moments is negative for all tilt angles of the swash plate.
  • a compressor that follows the course of the moments according to FIG. 6 has regulating characteristics.
  • FIG. 7, shows a torque curve with approximately identical torque of M k tot and M sw , so that the total torque is approximately zero for all tilt angles of the swash plate.
  • FIG. 8 a shows the sum M sw + M k gcs for different speeds.
  • FIG. 8a corresponds to FIGS. 1 and 5, and clearly shows the total torque that increases as the rotational speed increases.
  • FIGS. 8a and 8b shows the above-mentioned sum for the case dealt with in FIGS. 2 and 6, it being clear that an increasing regulating torque is obtained with increasing speeds. It should be noted that in the case of FIGS. 8a and 8b, the moment of variation of the swivel plate is zero at the tilt angle 0 °. This means that in this example the swashplate and tilt joint and center of gravity coincide, whereby no exposed center of gravity occurs.
  • FIG. 8c shows the behavior of a compressor in which the deviation torque and the resulting tilting moment M sw + M k gcs are not equal to zero at a swash plate tilt angle of 0 °.
  • M sw + M k gcs is not equal to zero at a very small tilting angle of, for example, 0 °
  • the amount mentioned is reflected over the whole Tilt angle range again. Accordingly, the curve is shifted approximately parallel to a curve with a starting value of M sw + M k ges equal to zero.
  • the upward effect is amplified by the additional tilting moment (cf. FIG. 8a). Because with modern compressors the trend towards one
  • Control behavior goes, which rather follows the course of Figures 2 and 6 or 4 and 7, an adjusting behavior in the region of larger tilt angles is undesirable.
  • the object of the present invention is to provide a compressor in which the deflection of the swash plate from a range of small tilt angles is supported in the simplest possible manner.
  • An essential aspect of the invention lies in providing reduced material accumulation on the swivel plate or a swiveling portion of the same points and / or points which consist of a material which is different from the material of which the rest of the swivel plate or swivel part is made is the same.
  • Such a constructive measure makes it possible to support the tilting of the swivel plate at small tilt angles when the compressor is to be regulated.
  • a certain minimum piston stroke which is required in the case of compressors according to the prior art in order to provide a pressure on the high pressure side which is sufficient to regulate the compressor, can be reduced or become completely unnecessary.
  • compressors that are not permanently subjected to speed that is to say are connected to a drive via a clutch, such a construction makes it easier for the compressor to start up or enables it in the first place.
  • the swivel plate is ring-shaped, that is to say in the form of a swivel ring.
  • the geometry of a swivel ring is particularly well suited for the attachment of places with reduced material accumulation and / or places that are made of a different material. If a compressor has a swash plate, it is designed to be narrower than a swivel ring which has the same predetermined mass moment of inertia at a desired or required predetermined mass moment of inertia. Accordingly, the design measures described in more detail above are particularly easy to implement on a swivel ring.
  • the swivel plate when the swivel plate is designed as a swivel ring, it can be ensured in a simple manner that the stability and / or the strength of the swivel plate due to the points of reduced material accumulation and / or the steep parts on which the swivel plate or its swiveling portion consists of one material , which differs from the rest of the swivel plate or its swiveling portion, is only insignificantly or not at all impaired by the design measures. This ensures the longevity of the compressor according to the invention, since a swivel plate designed in this way is subject to little wear.
  • the locations of reduced material accumulation preferably include bores and additionally or alternatively grooves.
  • the material of the locations which consist of a material that is different from the material from which the essential rest of the swivel plate or the swiveling portion thereof is made, in a further preferred embodiment, has a lower density than the material which consists of the essential rest of the swivel plate or the swiveling portion thereof.
  • the aforementioned lower density material has a density less than about 7.83 g / cm 3
  • Density of steel the choice preferably being made of a material with a density of approximately 1.5 g / cm 3 . Due to the lower density of the material of the points, which consist of a material that is different from the material from which the essential rest of the swivel plate or the swiveling portion thereof is made, on the one hand the desired control behavior is favored, while the stability of the swivel ring or the swivel plate is not reduced. A particularly easy to manufacture embodiment has points made of plastic material; the density of plastics is of the order of about 1.5 g / cm 3 .
  • the moment of variation of the swivel plate or of the swiveling portion thereof is zero for a predetermined tilt angle in the range of small tilt angles, in particular a tilt angle in the tilt angle range from 0 ° to 8 °, in particular 0 ° to 3 °.
  • the deviation torque of the swashplate or the pivotable portion of the same favors a de-energization of the compressor at tilt angles that are greater than the predetermined tilt angle, while for angles smaller than the angle for which the deviation torque becomes zero, the aforementioned deviation torque regulates the Compressor supports.
  • Such a control behavior corresponds to the requirements placed on a modern axial piston compressor, particularly when used in the air conditioning system of a motor vehicle.
  • the center of gravity of the swivel disk which, as described in more detail above, has points of reduced material accumulation and / or points made of a different material are as the rest of the swivel plate, in a further preferred embodiment it does not differ noticeably from the center of gravity of a swivel plate which is single-material and / or without reduced material accumulation, that is to say solid throughout. Furthermore, the center of gravity of the swivel disk lies on a tilt axis assigned to it. This ensures that a compressor according to the invention runs smoothly.
  • the swivel plate is preferably made of cast iron, which enables it to be produced easily.
  • cast iron gray cast iron (GG), spheroidal cast iron (GGG), cast steel or cast aluminum are used.
  • at least some of the points of reduced material accumulation, for example grooves, are formed as part of the casting of the swivel plate.
  • the points of reduced material accumulation can be realized in a simple manner already when the swivel plate is manufactured.
  • at least part of the steep amount of reduced material accumulation is formed by machining. Processing (additional or alternative to casting) with machining means ensures that the swivel plate is fine-tuned.
  • machining is an increased processing effort, but can achieve good results, especially if the required precision is high. Furthermore, as already mentioned, a combination of casting and subsequent machining is also conceivable, in particular in order to obtain the necessary fine tuning or balancing of the swivel plate.
  • the points of reduced material accumulation and / or the points which consist of a different material from the rest of the swivel plate or the swivelable part of the same are arranged symmetrically to one another in a further preferred embodiment.
  • a special position occupies a point-symmetrical arrangement of the respective points with respect to the tilt joint. This constructive measure also ensures that the swivel plate runs smoothly. Unbalance and a wear-promoting run can be avoided.
  • an average radius and / or an average height of the swivel disk or the swiveling portion thereof are dimensioned such that in the area of the middle and Large tilt angle, in particular in the range of tilt angles that are greater than or a predetermined tilt angle for which the deviation torque of the swivel plate becomes zero, when the swivel plate is rotated, counteracting forces that counteract the swivel movement of the swivel plate via the pistons on the swivel plate acting forces causing a more far-reaching pivot movement, so that the piston stroke decreases with increasing speed by such an amount that an approximately constant delivery rate is established.
  • this constructive measure is designed in such a way that it comes into play in the range of medium and large tilt angles of the swashplate, while at the smallest and small tilt angles, i.e. in a range up to 8 °, more precisely up to the zero crossing of the deviation torque depending on Tilt angle, a tendency of the swivel plate that supports the adjustment can be observed.
  • control characteristic of a compressor according to the invention thus corresponds to the requirements of a modern compressor as used in air conditioning systems of motor vehicles.
  • the center of gravity of the swivel disk or the swivelable portion thereof preferably lies in or at least close to the axis of the drive shaft, where in particular the center of a tilt joint or its tilt axis is also located. This in turn ensures that a compressor according to the invention runs smoothly without an imbalance occurring.
  • an inner and an outer diameter are preferably selected to a maximum within the outer conditions.
  • the external conditions can be, for example, the inside diameter of the engine compartment, sufficient support for sliding blocks of a joint arrangement effective between the piston and swivel plates, or similar limiting or regulating factors. It should be noted at this point that in all of the above embodiments, the desired control behavior of the compressor is not primarily achieved with the component mass, but rather by taking into account or utilizing the moment of inertia of the swivel plate arrangement, which depends on its geometry.
  • a geometry of the swivel plate is available which ensures a combination of low component mass and (sufficiently) large moments of inertia.
  • the desired mass moment of inertia can also be influenced by a suitable choice of the swash plate thickness.
  • the swivel disk or the swiveling portion thereof preferably consists of two or more different materials which determine the mean radius for the calculation of the moment of inertia, the different materials being separated radially and / or axially from one another.
  • an outer or inner partial ring made of a first material, e.g. a higher density material such as lead or the like.
  • the moment of inertia of the compressor according to the invention can be optimized and, on the other hand, the introduction of places with reduced material accumulation or places of another material can be implemented relatively easily. This is particularly the case if the outer ring is made of lead, since this is a soft, easy-to-work material.
  • the swivel disk or the swiveling portion of the swivel disk is formed from several different materials
  • the radially outer parts preferably consist of a denser material, while the radially inner parts consist of a less dense material. This constructive measure also ensures an optimal distribution of the moment of inertia of the swivel plate.
  • 9a shows a “tube” of a swivel ring for a compressor according to the invention, ie an as yet unfinished swivel ring in a perspective oblique view; 9b shows the swivel ring from FIG. 9a in a sectional view;
  • FIG. 10a shows a first embodiment of a swivel ring for a compressor according to the invention in a perspective oblique view
  • FIG. 10b shows the swivel ring from FIG. 10a in a sectional view
  • 11a shows a second embodiment of a swivel ring for a compressor according to the invention in a perspective oblique view
  • FIG. 11b shows the swivel ring from FIG. 11a in a sectional view
  • FIG. 12 shows the deviation torque of the swivel rings according to FIGS. 9a to 11b as a function of the tilt angle of the respective swivel ring.
  • the compressor according to the invention comprises an engine housing which is cup-shaped and has a cylinder block connected to its peripheral edge.
  • Several, preferably five, six or seven axially reciprocating pistons are arranged within the cylinder block, the distribution of the pistons being uniform around a central axis of the housing.
  • a drive shaft driven by a pulley extends through the bottom of the pot-shaped housing into the housing interior or into an engine compartment. The drive shaft is mounted on the one hand in the area of the bottom of the pot-shaped housing and on the other hand within the cylinder block.
  • a swivel plate mechanism which among other things comprises a swivel ring, by means of which the rotary movement of the drive shaft is converted into an axial movement of the pistons.
  • intake and exhaust valves are arranged between a cylinder head and the cylinder block.
  • FIGS. 9a and 9b An example of the swivel plate in the form of a swivel ring 10 on which the two preferred embodiments of the present invention are based is shown in FIGS. 9a and 9b. It is a "blank" that is not in this form in a compressor according to the invention can be found; fundamental considerations can, however, be explained in a simple manner using such a “simplified” representation. Furthermore, a comparison of the moments of variation of the swivel rings of compressors according to the invention with that of a swivel ring according to FIGS. 9a and 9b is also drawn below in order to take advantage of an embodiment according to the invention to be able to explain illustratively.
  • the swivel ring on which the two embodiments are based is made of cast iron and has an inside diameter 11 of 42 mm and an outside diameter 12 of 74 mm with a height 13 of 18 mm. It should be noted at this point that the dimensions mentioned above are in no way to be understood as restrictive, but merely provide an example of the dimensions of such a swivel ring. The abovementioned variables are therefore used primarily for the orientation of the reader, but not for restricting a compressor according to the invention to certain dimensions. The idea of the invention itself is of course independent of any dimensions of the compressor.
  • the cutouts are arranged symmetrically with respect to an x-axis 16, the center of gravity of the swivel ring being formed by the cutouts in the form of bores 14 or grooves 15 compared to that in the figures 9a and 9b "Rohhng" is not changed.
  • the center of gravity of the swivel ring 10 lies on the x-axis 16, which at the same time represents a tilt axis assigned to the respective swivel ring 10.
  • the points of reduced material accumulation in the form of the bores 14 or grooves 15 are provided such that, depending on the embodiment (see also the diagram in FIG. 12, which will be explained in more detail below), at a tilt angle of approximately 1 ° to approximately 2 ° the deviation moment of the swivel ring, which results in a corresponding tilting moment of the swivel ring 10, has a zero crossing.
  • the aforementioned deviation moment favors tilting of the swivel ring 10 in a direction that adjusts the compressor, while for tilt angles greater than approximately 1 ° to approximately 2 °, the deviation moment favors a regulating tendency of a compressor according to the invention.
  • the regulating tendency in particular can be reinforced if necessary by attaching additional weights or else by a multi-material design of a swivel ring 10 of a compressor according to the invention.
  • the different materials are separated radially and / or axially from one another, in particular in such a way that an outer or inner partial ring is made of a first material, preferably of a higher density material such as lead or the like. is formed within an outer or inner circumferential groove of an inner or outer partial ring, which is made of harder and wear-resistant material such as steel or ceramic or the like.
  • the radially outer part is preferably made of denser material than the radially inner part.
  • the recesses in the form of bores or grooves and of course also recesses of any other shape are filled with a material, preferably of lower density, in order to achieve the desired control behavior, and thus locations which are made of a material which is different from that Is material from which the substantial rest of the swivel ring is formed.
  • This The measure serves to maintain the stability of the swivel ring, such an alternative also being of interest, in particular for swash plates in the form of swash plates, since it is precisely with swash plates that recesses which are too large cannot be made without impairing the stability of the swash plate.
  • other measures such as struts or the like that maintain the rigidity or strength of the swivel disk or swivel ring 10 are also conceivable.
  • inside and outside diameters are limited within the outside conditions, in the present case by the inside diameter of the engine room, but are selected to be the maximum in each case.
  • the center of gravity of the swivel ring 10 lies within the tolerances on the axis of the drive shaft, which at the same time represents the center of a tilting joint (not shown) or the associated tilting axis, which is identical to the x-axis 16.
  • the swivel ring without cutouts has a deviation torque over the entire tilting range, which favors a regulating behavior of the swivel ring, while the two swivel rings 10 provided with cutouts show a deviation torque which is in the range of a tilting angle of approximately 1 ° has a zero crossing up to about 2 °.
  • An regulating behavior of the compressor is induced for smaller angles, while a regulating behavior is induced for larger tilt angles of the swivel ring 10. This meets the requirements of a modern compressor.
  • the course of the deviation torque is almost linear as a function of the tilt angle of the swivel ring 10, which ensures an ideal control behavior of a compressor according to the invention.

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Abstract

Axialkolbenverdichter, insbesondere Verdichter für die Klimaanlage eines Kraftfahrzeugs, mit einem Gehäuse und einer in dem Gehäuse angeordneten, über eine Antriebswelle angetriebene Verdichtereinheit zum Ansaugen und Verdichten eines Kältemittels, wobei die Verdichtereinheit in einem Zylinderblock axial hin- und herlaufende Kolben und eine die Kolben antreibende, mit der Antriebswelle drehende Schwenkscheibe (10) (Schwenkring; Taumel- oder Schrägscheibe) umfasst, wobei die Schwenkscheibe (10) bzw. ein dieser zugeordneter schwenkbarer Anteil derselben Stellen (14, 15) reduzierter Materialansamm lung und/oder Stellen aufweist, die aus einem Material bestehen, das unterschiedlich zu dem Material ist, aus dem der Rest der Schwenkscheibe (10) bzw. deren schwenkbarer Anteil besteht, wobei diese Stellen eine gezielte Beeinflussung eines Regelverhaltens des Verdichters bewirken, derart, dass in einem Bereich kleiner Kippwinkel der Schwenkscheibe (10) bzw. des schwenkbaren Anteils derselben, insbesondere in einem Kippwinkelbereich von 0° bis 8°, insbesondere 0° bis 3° ein einem Aufstellmoment der Schwenkscheibe (10) weitestgehend gleichgerichtetes Moment erhalten wird, so dass das Kippmoment der Schwenkscheibe (10) in dem vorgenannten Kippwinkelbereich erhöht wird (beschleunigtes Aufregeln des Verdichters).

Description

Axialkolbenverdichter, insbesondere Verdichter für die Klimaanlage eines Kraftfahrzeuges
B e s c h r e i b u n g
Die Erfindung betrifft einen Axialkolbenverdichter, insbesondere Verdichter für die Klimaanlage eines Kraftfahrzeuges, mit einem Gehäuse und einer in dem Gehäuse angeordneten, über eine Antriebswelle angetriebenen Verdichtereinheit zum Ansaugen und Verdichten eines Kältemittels, wobei die Verdichtereinheit in einem Zylinderblock axial hin- und herlaufende Kolben und eine die Kolben antreibende, mit der Antriebswelle drehende Schwenkscheibe, z.B. in Form eines Schwenkringes, einer Taumel- oder Schrägscheibe, umfaßt.
Ein derartiger Axialkolbenverdichter ist beispielsweise aus der DE 197 49 727 AI bekannt. Dieser umfaßt ein Gehäuse, in dem in einer kreisförmigen Anordnung mehrere Axialkolben um eine rotierende Antriebswelle herum angeordnet sind. Die Antriebskraft wird von der Antriebswelle über einen Mitnehmer auf eine ringförmige Schwenkscheibe und von dieser wiederum auf die parallel zur Antriebswelle translatorisch verschiebbaren Kolben übertragen. Die ringförmige Schwenkscheibe ist an einer axial verschieblich an der Antriebswelle gelagerten Hülse schwenkbar gelagert. In der Hülse ist ein Langloch vorgesehen, durch das der erwähnte Mitnehmer hindurchgreift. Somit ist die axiale Beweglichkeit der Hülse auf der Antriebswelle durch die Abmessungen des Langloches begrenzt. Eine Montage erfolgt durch ein Hindurchstecken des Mitnehmers durch das Langloch. Antriebswelle, Mitnehmer, Schiebehülse und Schwenkscheibe sind in einem sog. Triebwerksraum angeordnet, in dem ein gasförmiges Arbeitsmedium des Verdichters mit einem bestimmten Druck vorliegt. Das Fördervolumen und damit die Förderleistung des Verdichters sind abhängig vom Druckverhältnis zwischen Saugseite und Druckseite der Kolben bzw. entsprechend abhängig von den Drücken in den Zylindern einerseits und im Triebwerksraum andererseits.
Eine etwas andere Bauart eines Axialkolbenverdichters ist zum Beispiel in der
DE 198 39 914 AI beschrieben. Die Schwenkscheibe ist als Taumelscheibe ausgeführt, wobei zwischen Taumelscheibe und den Kolben eine gegenüber der Taumelscheibe gelagerte, drehfeste Aufnahmescheibe angeordnet ist.
Aus der EP 1 172 557 A2 ist der in Fig. 13 dargestellte Verdichter bekannt. Dieser weist eine Schwenkscheibenvorrichtung mit einer Schwenkscheibe in Form einer Schrägscheibe 118 auf, an die Kolben 120 über Gleitsteine 121 angelenkt sind. Ferner weist die Schwenkscheibenvorrichtung eine Stützvorrichtung auf, die gleichzeitig als ein Mitnehmerbauteil ein Drehmoment zwischen einer Antriebswelle 114 und der Schrägscheibe 118 überträgt.
Eine an der Antriebswelle 114 befestigte erste Mitnehmerkomponente 117 in Form einer Lagerung des Mitnehmerbauteils, welche als Aufnahmebohrung ausgeführt ist, ist mit einem erheblichen Abstand neben der Schrägscheibe 118 angeordnet, und eine zweite, in die erste gelenkig eingreifende Mitnehmerkomponente 119 ist als seitlicher Fortsatz der
Schrägscheibe 118 ausgebildet. Der vorstehend beschriebene Aufbau der Schrägscheibe in Form der paarweise ausgeführten Mitnehmerkomponenten 117 und 119 sorgt für einen exponierten Schwerpunkt der Schrägscheibenvorrichtung. Der von Kippachse und gleichfalls Kippgelenk entfernte Schwerpunkt bewirkt eine Unwucht, da das Triebwerk nur für einen in bevorzugter Weise mittleren Schrägscheibenkippwinkel gewuchtet werden kann. Es sei festgehalten, daß sich der Schwerpunkt in Abhängigkeit des Kippwinkels in erheblicher Entfernung zum Kippgelenk, das das Zentrum der Schwenkbewegung darstellt, bewegt. Die Schrägscheibe 118 weist ferner einen verdickten Nabenteil auf und hat, wie vorstehend erläutert, ein durch die Mitnehmerkomponenten 117 und 119 bedingtes ver- hältnismäßig großes Trägheitsmoment mit einem erhebhch von der Kippachse entfernten Schwerpunkt, so daß eine plötzliche Veränderung der Drehgeschwindigkeit mit entsprechender Trägheit zu einer Neigungsverstellung der Schrägscheibe 118 führt. Weiterhin bestimmt die Schwerpunktslage wesentlich ein Regelverhalten mit. Das Regelverhalten wird derart beeinflußt, daß der Verdichter stark aufregelt, d.h. die Massenträgheitskräfte der Schrägscheibe sowie deren Schwerpunktslage ein Deviationsmoment J bewirken, welches wiederum ein Kippmoment Msw = J x U)2 generiert. Das vorstehend erwähnte Kippmoment wirkt immer dem Deviationsmoment J entgegengesetzt. In der Regel bedeutet dies bei Verdichtern nach dem Stand der Technik eine Kippwinkelverringerung, insbesondere im Arbeitsbereich bei mittleren und größeren Kippwinkeln. Im allgemeinen greifen an einem Bauteil natürlich verschiedene Deviationsmomente an, wobei das hier erwähnte Deviationsmoment das für die Kippbewegung der Schrägscheibe relevante Deviationsmoment ist. Dieses Deviationsmoment wird durch den einzigen im System vorhandenen Freiheitsgrad, der durch das Kippgelenk bedingt ist, verursacht.
Eine Konstruktion wie die vorstehend beschriebene ist beispielsweise in dem Serienverdichter 6SEU 12 C von DENSO, in dem R134a als Kältemittel Verwendung findet, um- gesetzt. Das (relevante) Deviationsmoment J der Schrägscheibe bewirkt ein Kippmoment Msw um das Zentrum der Kippbewegung der Schrägscheibe, welches zumindest im Bereich mittlerer und größerer Schrägscheibenkippwinkel derart wirksam ist, daß sich der Kippwinkel der Schrägscheibe zu verringern sucht. Die Massenkräfte der Kolben bewirken (über ihre Auslenkung) an der Schrägscheibe ein Kippmoment Mk ges, welches eben- falls um das Zentrum der Kippbewegung der Schrägscheibe wirksam ist. Im Gegensatz zum Kippmoment der Schrägscheibe Msw wirkt das durch die Kolben erzeugte Kippmoment in Richtung einer Vergrößerung des Kippwinkels der Schrägscheibe. Der Massenschwerpunkt des Systems, welcher außerhalb des Kipp- oder Drehpunktes der Schrägscheibe liegt, unterstützt den Effekt der Kolben zusätzlich. Der Effekt, den der Schwer- punkt bewirkt, fließt im allgemeinen in die Berechnung des (Gesamt-) Deviationsmomentes mit ein, wo es über einen sogenannten Steineranteil berücksichtigt wird.
In bezug auf den erwähnten Verdichter 6SEU 12 C von DENSO ist anzumerken, daß die Masse einer Schwenkscheibe nicht beliebig erhöht werden kann, um das Regelverhalten eines Verdichters dadurch zu verändern. Das hegt daran, daß bei den Verdichtern der beschriebenen Art der Massenschwerpunkt der Schwenkscheibe in der Regel einen deutlichen Abstand zum Kippgelenk der Schwenkscheibe aufweist. Diese Konstruktion begründet sich im wesentlichen damit, daß die Schwenkscheibe zusätzlich zu einer geeigneten Führung auf der Antriebswelle über einen Stellmechanismus mit der Antriebswelle oder ein mit der Antriebswelle verbundenes Bauteil gekoppelt werden muß (Mitnehmerbauteil).
Der erwähnte Abstand vom Schwerpunkt der Schwenkscheibe und des Kippgelenks derselben führt zu einer Unwucht des Triebwerkes, insbesondere in Abhängigkeit vom Schwenkscheibenkippwinkel (der Schwerpunkt wandert „wie bei einer Schaukel" unterhalb des Kippgelenkes), und führt im ungünstigsten Fall zu einer aufregelnden Eigen- Schaft (sog. „Schwerpunktlage").
Zukünftige Verdichter sollten im Bereich der Schwenkscheibe keine exponierte Schwerpunktslage haben und die Unwucht infolge des Triebwerkes, die insbesondere durch die Schwenkscheibe hervorgerufen ist, sollte gering bzw. idealerweise gleich Null sein.
Im allgemeinen sind es die folgenden Momente, die im Zentrum der Kippbewegung der Schwenkscheibe Einfluß auf das Kippen der Schwenkscheibe haben. In Klammern ist die Richtung des Momentes angegeben, wobei (-) abregelnd (in Richtung des Minimalhubs) und (+) aufregelnd (in Richtung des Maximalhubs) bedeuten.
Moment infolge der Gaskräfte in den Zylinderräumen (+) Moment infolge der Gaskräfte aus dem Triebwerksraum (-) Moment infolge einer Rückstellfeder (-) Moment infolge einer Aufstellfeder (+) - Moment infolge rotierender Massen (-); inklusive Moment infolge Schwerpunktlage (zum Beispiel Schwenkscheibe: Kipp-Position φ Massenschwerpunkt): kann (+) oder (-) sein Moment infolge der translatorisch bewegten Massen (+)
Bei Drehzahlschwankungen und gleichzeitig weitgehend konstanten Betriebsbedingungen beeinflussen nur die beiden letztgenannten Momente, nämlich das Moment infolge der rotierenden Massen und das Moment infolge der translatorisch bewegten Massen das Regelverhalten. Maßgeblich ist hierbei insbesondere die Bilanz der Kräfte und Momente um das Zentrum der Kippbewegung der Schwenkscheibe.
Bei Verdichtern moderner Bauart ist es erwünscht, im Bereich kleiner Schwenkscheiben- kippwinkel ein aufregelndes Moment bereitzustellen, während bei mittleren und größeren Kippwinkeln ein deutlich abregelndes Moment für die Schwenkscheibe favorisiert wird.
In diesem Zusammenhang sei auf die EP 0 809 027 verwiesen, in der darauf hingewiesen wird, daß es bei Verdichtern erstrebenswert ist, eine Konstantregelung der Fördermenge bereitzustellen. In der vorgenannten Druckschrift wird vorgeschlagen, die Kinematik eines Verdichters so zu konzipieren, daß die auf die Schwenkscheibe des Verdichters wirkenden abregelnden Kippmomente im Vergleich zu den aufregelnden Kippmomenten deutlich dominieren.
Dabei sei darauf hingewiesen, daß der Begriff „Fördermenge" relativ unscharf ist. Die Fördermenge könnte als konstant angesehen werden, wenn sich z.B. bei Verdoppelung der Drehzahl der Kippwinkel der Schwenkscheibe halbiert. Damit wäre geometrisch die Fördermenge konstant. Natürlich wirken auch noch andere Parameter auf die Fördermenge ein, wenn sich der Kippwinkel der Schwenkscheibe ändert, z.B. Liefergrad, Ölwurf od. dgl.
Für eine Konstantregelung der Fördermenge bei wechselnden Drehgeschwindigkeiten wird das rückstellende Drehmoment der Schwenkscheibe ausgenutzt, da die Schwenkscheibe ihrer Schrägstellung aufgrund der dynamischen Kräfte am mitdrehenden Schei- benteil entgegenwirkt. Dieses Verhalten kann durch die Kraft einer Feder unterstützt werden, so daß die bei ansteigender Drehgeschwindigkeit bzw. Drehzahl zunehmende Fördermenge durch Rückstellung der Schräg- bzw. Schwenkstellung der Schwenkscheibe zumindest teilweise kompensiert wird.
Zum besseren Verständnis ist das beschriebene Kippverhalten infolge einer Drehzahlschwankung in den Fig. 1 und 2 dargestellt. Fig. 1 zeigt die Abhängigkeit der Triebwerksraum-Druckdifferenz bezogen auf den Saugdruck über dem Kippwinkel o bzw. „alpha" der Schwenkscheibe. Für die Berechnung wurden exemplarisch folgende Drücke unterstellt:
Hochdruck 120 bar und Saugdruck 35 bar.
Gerechnet wurde weiterhin mit Drehzahlen:
600 U/min, 1200 U/min, 2500 U/min, 5000 U/min, 8000 U/min und 11000 U/min.
Zu erkennen sind in Fig. 1 allerdings nur fünf der sechs gerechneten Verläufe. Das liegt daran, daß die Verläufe für die Drehzahlen 600 U/min und 1200 U/min im wesentlichen vollständig übereinander hegen (wegen fehlender Dynamik); deshalb ist die im Stand der Technik geförderte „drehzahlunabhängige Fördermenge" eher eine Wunschvorstellung, die mit den dargelegten Maßnahmen nicht erfüllbar ist.
Anhand des Diagramms gemäß Fig. 1 läßt sich gut erkennen, daß sich Verläufe ergeben, die eine Verstellung der Schwenkscheibe zu größeren Kippwinkeln verursachen, wenn sich die Drehzahl erhöht. Dabei sei erwähnt, daß Fig. 1 nur als Beispiel mit einfacher Geometrie anzusehen ist. Die dargestellte Tendenz gilt jedoch auch für komplexere Geometrien. Der Berechnung lag ein Schwenkring zugrunde mit einem vorbestimmten Innen- und Außendurchmesser und einer vorbestimmten Höhe.
Daneben ist die Kolbenmasse relevant, der Teilkreisdurchmesser, auf dem die Kolben hegen, und die Anzahl der Kolben.
Der Schwenkring hat vorzugsweise ein Massenträgheitsmoment J2 = Jη bzw. J = m/4 (ra 2 + r,2 + h2/3), das größer ist als 100.000 gmm2. Vorzugsweise ist das Massenträgheitsmoment größer als J=200.000-250.000 gmm2.
Weiter hat der Schwenkring vorzugsweise ein Massenträgheitsmoment von J3 — Jζ = (ra 2 2
+ r,2), das größer ist als 200.000 gmm2, vorzugsweise etwa 400.000 - 500.000 gmm2. Nachstehend ist die Herleitung des sog. Deviationsmomentes angegeben, welches für das Kippen der Schwenkscheibe bzw. eines Schwenkringes maßgeblich ist, und zwar im dargestellten Fall allein für das Kippen der Schwenkscheibe bzw. des Schwenkringes verantwortlich ist unter der Voraussetzung, daß der Massenschwerpunkt der Schwenkscheibe bzw. des Schwenkringes sowohl im Kipppunkt als auch im geometrischen Mittelpunkt der Schwenkscheibe bzw. des Schwenkringes hegt. Hierbei handelt es sich um einen anzustrebenden Idealfall der Konstruktion. Für die Herleitung des Deviationsmomentes gilt ganz allgemein unter Bezugnahme auf Fig. 3:
J_z = -JjCθsα2 cosα3 — J2 cosß2 cosß3-J3cosγ2cosγ3 α, = 0 ß, = 90° Richtungswinkel der x-Achse
Yl = 90° gegenüber den Hauptträgheitsachsen ξ η -ζ
αα22 == 9900°° ßa = ψ Richtungswinkel der y-Achse gegenüber den
Jl = 90° + ψ Hauptträgheitsachsen ξ η -ζ
α3 = 90° ßs = 90°- -Ψ Richtungswinkel der z-Achse gegenüber den
Ϊ3 = Ψ Hauptträgheitsachsen ξ η -ζ
J_ = Jη = ^ (ra 2 + r,2 + ^) = k = ^ (*.2+*,2)
(Anmerkung: J, « 2 J2 Ziel: J_z soll eine bestimmte Größe haben J T r J3 T J2 erhöht sich zwangsläufig!)
Deviationsmoment J_z = -J2 cosψ sinψ + J3 cosψ sinψ
Unabhängig von Fig. 3 gilt: Moment infolge Massenkraft der Kolben ß, = θ + 2π (i-1) 1
Zi = R • ω2 tanα cosß, Fm, = mk • z,
M(F = mk • R • cosß, • z, n
Mkjges = mk R ^z , - cosß,
Moment Msw infolge Deviationsmoment Msw = Jyz - ω2 _ msw msw h2
Jyz - { -^- (r* + r> ) " ~7-- (ra + r. + y)} cosα smα msw Jyz = — sin2α (3ra 2 + 3r,2 - h2)
Msw ≥ Mk g. bzw.
[ω2 R2 • mk tanα ^ cos2ß ≤ ω2 sin2α (3ra 2 + 3r,2-h2)] ,=1 24
Dabei bedeuten die oben verwendeten Größen was folgt:
θ Drehwinkel der Welle (wobei die vor- und nachstehenden Betrachtungen der Einfachheit halber für θ=0 angestellt werden) η Anzahl der Kolben R Abstand der Kolbenachse zur Wellenachse ω Wellendrehzahl α Kippwinkel des Schwenkringes/Schwenkscheibe mk Masse eines Kolbens inklusive Gleitsteine bzw. Gleitsteinpaar mk,ges Masse aller Kolben inklusive Gleitsteine msw Masse des Schwenkringes ra Außenradius des Schwenkringes ri Innenradius des Schwenkringes h Höhe des Schwenkringes p Dichte des Schwenkringes
V Volumen des Schwenkringes ßi Winkelposition des Kolbens i zi Beschleunigung des Kolbens i Fmi Massenkraft des Kolbens i (inklusive einem Gleitsteinpaar)
M(Fmi) Moment infolge der Massenkraft des Kolbens i
Mk,ges Moment infolge der Massenkraft aller Kolben
Msw Moment infolge des Aufstellmomentes des Schwenkringes/Schwenkscheibe bzw. infolge des Deviationsmoments (Jyz) J = f (p , r, h) Massenträgheitsmoment
Konkret lag der Fig. 1 folgende Kippmomentbestimmung der Schwenk- bzw. Schrägscheibe zugrunde, wobei α von 0° bis 16° variiert wurde:
Kippmome πtbestimmunq Schräoscheibe t eta 0 0,00 π n (p) 7 - beta 1 Jz 208436 R 29 [mm] beta 1 0,0 0.00 n 2500 (1/miπ) beta 2 51.4 0.90 (Jx =) Jy 106137 alp a 16 0,28 π beta 3 102,9 1.80 mk 45 [g] beta 4 154.3 2,69 Jyz 27105 k.ges 315 [gl beta 5 205.7 3,59 beta 6 257.1 4.49 omega 262 msw 230 [g] beta 7 303,6 5,39 ra 37 ri 21 10 rho 7.9
29154
Figure imgf000012_0001
Fmi i R fr.eing 30 Fmi 1 25.6 R f(ra;ri) 29 Fmi 2 16.0 Fmi 3 -5.7 Fmi 4 -23.1 Fmi 5 -23,1 sin2(alpha 0,5299 Fmi 6 -5.7 taπ(alpha) 0,2867 Fmi 7 16,0
M(Fmi) M(Fmi) 1 0.74 M(Fmi) 2 0.29 M(Fmi) 3 0,04 M(Fmi) 4 0.50 M(Fmi) 5 0.60 M(Fmi) 6 0,04 M(Fmi) 7 0,29 n 2500 [1/miπ] alpha 16 π | k,ges 2, 60321 | sw 1,8578|
Es läßt sich erkennen, daß der Einfluß der Kolbenmassen überwiegt und sich damit das aufregelnde Verhalten der Schräg- bzw. Schwenkscheibe bei steigender Drehzahl ergibt.
Es handelt sich also um den Fall Mk g„ > Msw In Fig. 2 ist ein Diagramm für ein nahezu identisches Triebwerk angegeben, wobei sich dieses Diagramm nach folgendem Berechnungsschema ergibt, wobei auch hier α von 0° bis 16° variiert wurde:
Kippmomeπtbestimm uπo Sehrioscheibe theta 0 0,00 [*] n (p) 7 - beta i Jz 375185 R 29 [mm] beta 1 0,0 0,00 n 2500 [1/min] beta 2 51.4 0,90 (Jx =) Jy 198786 alpha 16 0,28 π beta 3 102,9 1.80 mk 45 [g] beta 4 154,3 2.69 Jyz 46739 mk.ges 315 [g] beta 5 205.7 3,59 beta 6 257,1 4,49 omega 262 msw 415 [g] beta 7 308,6 5.39 ra 37 [mm] ri h rho
Figure imgf000013_0001
Fmi i R fr.eing 30 Fmi 1 25,6 R f(ra;ri) 29 Fmi 2 16,0 Fmi 3 -5,7 Fmi 4 -23,1 Fmi 5 -23.1 sin2(alpha 0,5299' Fmi 6 -5,7 tan(alpha) 0,28££ Fmi 7 16,0
. M(Fmi) i M(Fmi) 1 0,74 M(Fmi) 2 0.29 M(Fmi) 3 0,04 M(Fmi) 4 0,60 M(Fmi) 5 0,60 M(Fmi) 6 0,04 M(Fmi) 7 0.29 n 2500 M/mir:] alpha 16 π |Mk,ges 2, 60321 |Msw 3,2034|
Hier hegt der Fall Mk < Msw vor. Dieses Berechnungsschema zeigt, daß im Vergleich zu der Berechnung zu Fig. 1 die Dicke bzw. Höhe der Schräg- bzw. Schwenkscheibe von 10 mm (Fig. 1) auf 18 mm (Fig. 2) erhöht worden ist. Das hat zur Konsequenz, daß das relevante Massenträgheitsmoment J. vergleichsweise auf den etwa doppelten Wert ansteigt. In Fig. 2 ist ein abregelndes Verhalten des Schwenkscheibentriebwerkes zu erkennen. Angedeutet wird dieser Trend durch den Pfeil „n" in Fig. 2, wobei „n" die Drehzahl der Schwenkscheibe bzw. Antriebswelle bedeutet. Die gleiche Bedeutung hat natürlich der Pfeil „n" in Fig. 1, nur ist dort der Pfeil umgekehrt gerichtet, wodurch ein Aufregeln mit zunehmender Drehzahl angezeigt werden soll.
Die Fig. 1 gibt den Stand der Technik wieder. Dabei ist das aufregelnde Verhalten entsprechend Fig. 1 bei gegenwärtigen R134a Serienverdichter häufig feststellbar. Bei neueren Entwicklungen versucht man eher, diesen Trend in das Gegenteil zu wandeln, nämlich entsprechend Fig. 2.
In Fig. 4 ist noch der Fall dargestellt, in dem die abregelnden Kippmomente infolge der Massenträgheitsmomente/Deviationsmomente der Schwenkscheibe bzw. der Schwenkscheibenbaugruppe so dimensioniert sind, daß sich ein Regelverhalten ergibt, bei dem bei einer Erhöhung der Drehzahl der Kippwinkel der Schwenkscheibe nahezu konstant bleibt, oder sich verringert, wobei dadurch zumindest ein Teil der sich alleine durch die Drehzahlsteigerung ergebenden steigenden Förderleistung kompensiert wird.
Der Darstellung in Fig. 4 liegt folgende Berechnung zugrunde:
Figure imgf000015_0001
n 2500 [1/min] alpha 1 π Mk.ges 0,1585 Msw 0,1714 2500 [1/miπ] alpha 8 ["] Mk.ges 1,2759 Msw 1,3540 n 2500 [1/miπ] alpha 16 π Mk,ges 2,6032 Msw 2,6032 n 11000 [1/min] alpha 1 π Mk.ges 3,0679 Msw 3,3191 n 11000 [1/miπ] alpha 8 π Mk.ges 24,7014 Msw 26,2141 π 11000 [1/miπ] alpha 16 π Mk.ges 50,3983 |Msw 50,3972
In den Figuren 5, 6 und 7 sind die zu den Figuren 1, 2 und 4 korrespondierenden Kippmomente Msw, Mt sowie die Summen der beiden vorgenannten Momente für eine Drehzahl in Abhängigkeit des Kippwinkels der Schwenkscheibe bzw. des geometrischen Hubvolumens des Verdichters dargestellt. In Fig. 5 kann man die aufregelnde Charakteristik des Verdichters anhand der sich im positiven Bereich befindlichen Momentensumme gut erkennen, während in Fig. 6 die Momentensumme für sämtliche Kippwinkel der Schrägscheibe negativ ist. Ein Verdichter, der dem Verlauf der Momente gemäß Fig. 6 folgt, besitzt abregelnde Charakteristik. Letztendlich sei auf Fig. 7 verwiesen, die einen Momentenverlauf bei ungefährer Momentgleichheit von Mk ges und Msw darstellt, so daß die Momentensumme für sämtliche Kippwinkel der Schrägscheibe annähernd Null ist.
In Fig. 8 a ist die Summe Msw + Mk gcs für verschiedene Drehzahlen angegeben. Fig. 8a korrespondiert zu den Figuren 1 und 5, und zeigt deutlich das für zunehmende Drehzahlen ansteigende, aufregelnde Gesamtmoment.
In Fig. 8b ist die vorstehend erwähnte Summe für den in den Figuren 2 und 6 behandelten Fall dargestellt, wobei gut ersichtlich ist, daß mit zunehmenden Drehzahlen ein zunehmend abregelndes Moment erhalten wird. Es sei darauf hingewiesen, daß das Deviationsmoment der Schwenkscheibe im Falle der Figuren 8a und 8b beim Kippwinkel 0° gleich Null ist. D.h. ist in diesem Beispiel fallen bei der Schrägscheibe Kippgelenk und Massenschwerpunkt zusammen, wobei keine exponierte Schwerpunktslage auftritt.
Das Diagramm in Fig. 8c zeigt das Verhalten eines Verdichters, bei dem das Deviationsmoment und das resultierende Kippmoment Msw + Mk gcs bei einem Kippwinkel der Schrägscheibe von 0° ungleich Null ist. Dies führt dazu, daß der Verdichterstart durch ein Moment unterstützt wird, jedoch ergeben sich folgende Probleme: Dadurch, daß bei einem sehr kleinen Kippwinkel von beispielsweise 0° bereits Msw + Mk gcs ungleich Null ist, spiegelt sich der erwähnte Betrag über dem gesamten Kippwinkelbereich wieder. Der Kurvenverlauf ist demnach gegenüber einem Kurvenverlauf mit einem Startwert von Msw + Mk ges gleich Null etwa parallel verschoben. Weiterhin ist zu berücksichtigen, daß im Bereich größerer Kippwinkel der aufregelnde Effekt durch das zusätzliche Kippmoment verstärkt wird (vgl. hierzu Fig. 8a). Da bei modernen Verdichtern der Trend zu einem
Regelverhalten geht, der eher dem Verlauf der Figuren 2 und 6 bzw. 4 und 7 folgt, ist ein aufregelndes Verhalten im Bereich größerer Kippwinkel unerwünscht.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Verdichter anzugeben, bei dem die Auslenkung der Schrägscheibe aus einem Bereich kleiner Kippwinkel heraus auf möglichst einfache Art und Weise unterstützt wird.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst, wobei vorteilhafte Weiterentwicklungen und konstruktive Details der Erfindung in den Unteransprüchen beschrieben sind.
Ein wesentlicher Aspekt der Erfindung hegt darin, an der Schwenkscheibe bzw. einem schwenkbaren Anteil derselben Stellen reduzierter Materialansammlung und/oder Stellen vorzusehen, die aus einem Material bestehen, das unterschiedlich zu dem Material ist, aus dem der Rest der Schwenkscheibe bzw. des schwenkbaren Anteils derselben ist. Diese Stellen bewirken eine gezielte Beeinflussung eines Regelverhaltens der Schwenkscheibe bzw. des Verdichters, und zwar in der Art und Weise, daß in einem Bereich kleiner Kippwinkel der Schwenkscheibe bzw. des schwenkbaren Anteils derselben, insbesondere in einem Kippwinkelbereich von 0° bis 8°, insbesondere 0° bis 3° ein Aufstellmoment der Schwenkscheibe erhalten wird derart, daß das Kippmoment der Schwenkscheibe in dem vorgenannten Kippwinkelbereich im Vergleich zu einer herkömmlichen Schwenkscheibe, insbesondere im Vergleich zu einer Schwenkscheibe gemäß dem Stand der Technik, erhöht wird und eine den Verdichter aufregelnde Verkippung der Schwenkscheibe bzw. des schwenkbaren Anteils derselben begünstigt wird. Durch eine derartige konstruktive Maßnahme ist es möglich, das Verkippen der Schwenkscheibe bei kleinen Kippwinkeln dann, wenn der Verdichter aufgeregelt werden soll, zu unterstützen. Bei kupplungslosen Verdichtern kann ein bestimmter minimaler Kolbenhub, der bei Verdichtern gemäß dem Stand der Technik dazu benötigt wird, um auf der Hochdruckseite einen zum Aufregeln des Verdichters ausreichenden Druck bereitzustellen, verringert werden bzw. gänzlich überflüssig werden. Bei Verdichtern, die nicht permanent mit Drehzahl beaufschlagt sind, die also über eine Kupplung mit einem Antrieb verbunden sind, erleichtert eine derartige Konstruktion das Anfahren des Verdichters bzw. ermöglicht dieses erst.
In einer bevorzugten Aus führungs form ist die Schwenkscheibe ringförmig, d.h. also in Form eines Schwenkrings ausgebildet. Die Geometrie eines Schwenkrings eignet sich besonders gut für die Anbringung von Stellen reduzierter Materialansammlung und/oder Stellen, die aus einem anderen Material bestehen. Weist ein Verdichter eine Schrägscheibe auf, so ist diese bei einem gewünschten bzw. geforderten vorbestimmten Massenträgheitsmoment schmäler ausgelegt als ein Schwenkring, der das gleiche vorbestimmte Massenträgheitsmoment aufweist. Dementsprechend sind die vorstehend näher beschriebenen konstruktiven Maßnahmen besonders einfach an einem Schwenkring zu implementieren. Weiterhin ist bei einer Ausbildung der Schwenkscheibe als Schwenkring auf einfache Art und Weise gewährleistbar, daß die Stabihtät und/oder die Festigkeit der Schwenkscheibe durch die Stellen reduzierter Materialansammlung und/oder die Steilen, an denen die Schwenkscheibe bzw. deren schwenkbarer Anteil aus einem Material besteht, das vom Rest der Schwenkscheibe bzw. deren schwenkbarem Anteil unterschiedlich ist, durch die konstruktiven Maßnahmen nur unwesentlich bzw. gar nicht beeinträchtigt werden. Dies stellt die Langlebigkeit des erfindungsgemäßen Verdichters sicher, da eine derart ausgebildete Schwenkscheibe einem geringen Verschleiß unterhegt. Die Stellen reduzierter Materialansammlung umfassen vorzugsweise Bohrungen und zusätzlich oder aber auch alternativ Nuten. Hierbei handelt es sich um konstruktiv einfach implementierbare Merkmale.
Das Material der Stellen, die aus einem Material bestehen, das unterschiedlich zu dem Material ist, aus dem der wesentliche Rest der Schwenkscheibe bzw. des schwenkbaren Anteils derselben besteht, weist in einer weiteren bevorzugten Aus führungs form eine geringere Dichte auf als das Material, aus dem der wesentliche Rest der Schwenkscheibe bzw. des schwenkbaren Anteils derselben besteht. Bevorzugt weist das vorstehend erwähnte Material geringerer Dichte eine Dichte auf, die kleiner als etwa 7,83 g/cm3
(Dichte von Stahl) ist, wobei vorzugsweise die Wahl auf ein Material mit einer Dichte von etwa 1 ,5 g/cm3 fällt. Durch die niedrigere Dichte des Materials der Stellen, die aus einem Material bestehen, das unterschiedlich zu dem Material ist, aus dem der wesentliche Rest der Schwenkscheibe bzw. des schwenkbaren Anteils derselben besteht, wird einerseits das gewünschte Regelverhalten begünstigt, während die Stabihtät des Schwenkrings oder der Schwenkscheibe nicht gemindert wird. Eine besonders einfach herzustellende Ausführungsform weist Stellen aus Kunststoffmaterial auf; die Dichte von Kunststoffen bewegt sich in der Größenordnung von etwa 1,5 g/cm3.
In einer weiteren bevorzugten Aus führungs form ist das Deviationsmoment der Schwenkscheibe bzw. des schwenkbaren Anteils derselben für einen vorbestimmten Kippwinkel in dem Bereich kleiner Kippwinkel, insbesondere einen Kippwinkel im Kippwinkelbereich von 0° bis 8°, insbesondere 0° bis 3°, gleich Null. Optional begünstigt das Deviationsmoment der Schwenkscheibe bzw. des schwenkbaren Anteils derselben bei Kippwinkeln, die größer sind als der vorbestimmte Kippwinkel, ein Abregein des Verdichters, während für Winkel kleiner als der Winkel, für den das Deviationsmoment gleich Null wird, das vorgenannte Deviationsmoment das Aufregeln des Verdichters unterstützt. Ein derartiges Regelverhalten entspricht den Anforderungen, die an einen modernen Axialkolbenverdichter insbesondere beim Einsatz in der Klimaanlage eines Kraftfahrzeugs gestellt werden.
Der Schwerpunkt der Schwenkscheibe, die wie vorstehend näher beschrieben Stellen reduzierter Materialansammlung und/oder Stellen aufweist, die aus einem anderen Material sind als der Rest der Schwenkscheibe, unterscheidet sich in einer weiteren bevorzugten Aus führungs form nicht merklich vom Schwerpunkt einer Schwenkscheibe, die einstoffig und/oder ohne Stellen reduzierter Materialansammlung, d.h. durchgehend massiv ausgebildet ist. Ferner hegt der Schwerpunkt der Schwenkscheibe auf einer derselben zugeord- neten Kippachse. Dies stellt eine hohe Laufruhe eines erfindungsgemäßen Verdichters sicher.
Die Schwenkscheibe ist vorzugsweise aus Guß, was eine einfache Herstellung derselben ermöglicht. Insbesondere gelangen Grauguß (GG), Sphäroguß (GGG), Stahl-Guß oder Aluminium-Guß zur Verwendung. In einer weiteren bevorzugten Aus führungs form wird mindestens ein Teil der Stellen reduzierter Materialansammlung, beispielsweise Nuten, im Rahmen des Gießens der Schwenkscheibe gebildet. Dadurch können die Stellen reduzierter Materialansammlung bereits beim Herstellen der Schwenkscheibe auf einfache Art und Weise realisiert werden. Mindestens ein Teil der Steilen reduzierter Materialan- Sammlung wird in einer weiteren bevorzugten Ausführungsform durch spanabhebende Bearbeitung gebildet. Eine (zum Gießen zusätzliche oder alternative) Bearbeitung mit spanabhebenden Mitteln stellt eine nötige Feinabstimmung der Schwenkscheibe sicher. Im Gegensatz zum Gießen stellt eine spanabhebende Bearbeitung zwar einen erhöhten Bearbeitungsaufwand dar, kann jedoch gerade bei einer hohen benötigten Präzision gute Ergebnisse erzielen. Ferner ist, wie bereits erwähnt, auch eine Kombination von Gießen und anschließender spanabhebender Bearbeitung denkbar, insbesondere um eine notwendige Feinabstimmung bzw. Austarierung der Schwenkscheibe zu erhalten.
Die Stellen reduzierter Materialansammlung und/oder die Stellen, die aus einem vom Rest der Schwenkscheibe bzw. des schwenkbaren Teils derselben unterschiedlichen Material bestehen, sind in einer weiteren bevorzugten Aus führungs form zueinander symmetrisch angeordnet. Eine besondere Stellung nimmt eine bezüglich des Kippgelenks punktsymmetrische Anordnung der jeweiligen Stellen ein. Auch diese konstruktive Maßnahme stellt einen runden Lauf der Schwenkscheibe sicher. Unwuchten und ein verschleißfördernder Lauf können vermieden werden.
Vorzugsweise sind ein mittlerer Radius und/ oder eine mittlere Höhe der Schwenkscheibe bzw. des schwenkbaren Anteils derselben derart bemessen, daß im Bereich mittlerer und großer Kippwinkel, also insbesondere im Bereich von Kippwinkeln, die größer sind als der bzw. ein vorbestimmter Kippwinkel, für den das Deviationsmoment der Schwenkscheibe gleich Null wird, beim Drehen der Schwenkscheibe auftretende, der Schwenkbewegung der Schwenkscheibe entgegenwirkende Fhehkräfte über seitens der Kolben auf die Schwenkscheibe wirkenden, eine weiterreichende Schwenkbewegung verursachenden Kräften hegen, so daß sich der Kolbenhub mit zunehmender Drehzahl um ein solches Maß verringert, daß sich eine in etwa konstante Fördermenge einstellt. Diese konstruktive Maßnahme ist wie erwähnt derart ausgebildet, daß sie im Bereich mittlerer und großer Kippwinkel der Schwenkscheibe zum Tragen kommt, während bei kleinsten und kleinen Kippwinkeln, also etwa in einem Bereich bis zu 8°, genauer gesagt bis zum Nulldurchgang des Deviationsmoments in Abhängigkeit vom Kippwinkel, eine das Aufregeln unterstützende Tendenz der Schwenkscheibe beobachtet werden kann.
Damit entspricht die Regelcharakteristik eines erfindungsgemäßen Verdichters den An- forderungen eines modernen Verdichters, wie er in Klimaanlagen von Kraftfahrzeugen zum Einsatz kommt.
Vorzugsweise hegt der Schwerpunkt der Schwenkscheibe bzw. des schwenkbaren Anteils derselben im oder zumindest nahe der Achse der Antriebswelle, wo sich insbesondere auch das Zentrum eines derselben zugeordneten Kippgelenkes bzw. deren Kippachse befindet. Hierdurch wird wiederum eine hohe Laufruhe eines erfindungsgemäßen Verdichters ohne Auftreten einer Unwucht erzielt.
Bei Ausbildung der Schwenkscheibe als Schwenkring werden ein Innen- und ein Außen- durchmesser innerhalb der äußeren Bedingungen bevorzugt jeweils maximal gewählt. Die äußeren Bedingungen können dabei z.B. der Innendurchmesser des Triebwerksraums, eine ausreichende Abstützung für Gleitsteine einer zwischen Kolben und Schwenkscheiben wirksamen Gelenkanordnung oder ähnliche limitierende bzw. regulierende Faktoren sein. Es sei an dieser Stelle angemerkt, daß in all den vorstehenden Aus führungs formen das gewünschte Regelverhalten des Verdichters primär nicht mit der Bauteilmasse, sondern durch eine Berücksichtigung bzw. eine Ausnutzung des Massenträgheitsmomentes der Schwenkscheibenanordnung, welches von deren Geometrie abhängt, erreicht wird. In dem nun diskutierten bevorzugten Ausführungsbeispiel, in dem die Radien des Schwenk- ringes bzw. die Durchmesser des Schwenkringes jeweils maximal gewählt sind, steht eine Geometrie der Schwenkscheibe zur Verfügung, die eine Kombination aus geringer Bauteilmasse und (genügend) großen Massenträgheitsmomenten gewährleistet. Einfluß kann auf das gewünschte Massenträgheitsmoment ferner auch durch eine geeignete Wahl der Schwenkscheibendicke genommen werden.
Die Schwenkscheibe bzw. der schwenkbare Anteil derselben besteht vorzugsweise aus zwei oder mehr unterschiedhchen, den mittleren Radius für die Berechnung des Massen- trägheitsmoments bestimmenden Werkstoffen, wobei die unterschiedlichen Werkstoffe radial und/oder axial voneinander getrennt sind. Dies ist insbesondere derart der Fall, daß bei einem Schwenkring ein äußerer oder innerer Teilring aus einem ersten Werkstoff, z.B. einem Werkstoff höherer Dichte wie Blei oder dgl., innerhalb einer äußeren oder inneren Umfangsnut eines inneren oder äußeren Teilringes ausgebildet ist, der aus härterem und verschleißfestem Werkstoff wie beispielsweise Stahl, Keramik oder dgl. hergestellt ist. Dadurch läßt sich einerseits das Massenträgheitsmoment des erfindungsgemäßen Verdichters optimieren und andererseits auch das Einbringen von Stellen reduzierter Materialansammlung bzw. von Stellen eines anderen Materials relativ einfach realisieren. Dies ist insbesondere der Fall, wenn der äußere Ring aus Blei gefertigt ist, da dieses ein weiches, leicht zu bearbeitendes Material darstellt. Bei einer Ausbildung der Schwenkscheibe bzw. des schwenkbaren Anteils derselben aus mehreren Werkstoffen unterschiedlicher
Dichte bestehen vorzugsweise die radial äußeren Teile aus dichterem Werkstoff, während die radial inneren Teile aus einem weniger dichten Werkstoff bestehen. Auch diese konstruktive Maßnahme stellt eine optimale Verteilung des Massenträgheitsmoments der Schwenkscheibe sicher.
Die Erfindung wird nachfolgend in Hinsicht auf weitere Vorteile und Merkmale beispielhaft und unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben. Die Zeichnungen zeigen in:
Fig. 9a einen „Rohhng" eines Schwenkrings für einen erfindungsgemäßen Verdichter, d.h. einen noch nicht fertiggestellten Schwenkring in einer perspektivischen Schrägansicht; Fig. 9b den Schwenkring aus Fig. 9a in Schnittansicht;
Fig. 10a eine erste Aus führungs form eines Schwenkrings für einen erfindungsgemäßen Verdichter in perspektivischer Schrägansicht;
Fig. 10b den Schwenkring aus Fig. 10a in Schnittansicht;
Fig. 11a eine zweite Aus führungs form eines Schwenkrings für einen erfindungsgemäßen Verdichter in perspektivischer Schrägansicht;
Fig. 11b den Schwenkring aus Fig. 11a in Schnittansicht; und
Fig. 12 eine Darstellung des Deviationsmoments der Schwenkringe gemäß den Figuren 9a bis 11b in Abhängigkeit des Kippwinkels des jeweiligen Schwenkringes.
Der erfindungsgemäße Verdichter umfaßt für beide in der Folge näher zu beschreibende bevorzugte Ausführungsformen ein Triebwerksgehäuse, welches topfförmig ausgebildet ist und an dessen Umfangsrand ein Zylinderblock anschließt. Innerhalb des Zylinderblocks sind mehrere, vorzugsweise fünf, sechs oder sieben axial hin- und herlaufende Kolben angeordnet, wobei die Verteilung der Kolben um eine Gehäusemittelachse herum gleichförmig ist. Durch den Boden des topfförmigen Gehäuses hindurch erstreckt sich eine über eine Riemenscheibe angetriebene Antriebswelle in das Gehäuseinnere bzw. in einen Triebwerksraum hinein. Die Lagerung der Antriebswelle erfolgt zum einen im Bereich des Bodens des topfförmigen Gehäuses und zum anderen innerhalb des Zylin- derblocks. Innerhalb des Triebwerksraums ist ein Schwenkscheibenmechanismus, welcher u.a. einen Schwenkring umfaßt, wirksam, durch den die Drehbewegung der Antriebswelle in eine Axialbewegung der Kolben umgesetzt wird. Ferner sind zwischen einem Zylinderkopf und dem Zylinderblock Ein- und Auslaßventile angeordnet. Der vorstehende Aufbau ist im Großen und Ganzen aus dem einschlägigen Stand der Technik bekannt.
Ein Beispiel für die den beiden bevorzugten Ausführungsformen der vorhegenden Erfindung zugrundehegende Schwenkscheibe in Form eines Schwenkringes 10 ist in Fig. 9a und Fig. 9b dargestellt. Es handelt sich um einen „Rohling", der nicht in dieser Form in einem erfindungsgemäßen Verdichter gefunden werden kann; prinzipielle Überlegungen können jedoch an einer derart „vereinfachten" Darstellung auf einfache Art und Weise erläutert werden. Ferner wird nachstehend auch ein Vergleich der Deviationsmomente der Schwenkringe von erfindungsgemäßen Verdichtern mit dem eines Schwenkrings gemäß der Figuren 9a und 9b gezogen, um die Vorteile einer erfindungsgemäßen Ausgestaltung illustrativ erläutern zu können.
Der den beiden Aus führungs formen gemeinsam zugrundehegende Schwenkring ist aus Guß gefertigt und weist einen Innendurchmesser 11 von 42 mm und einen Außendurch- messer 12 von 74 mm bei einer Höhe 13 von 18 mm auf. Es sei an dieser Stelle angemerkt, daß die vorstehend genannten Abmessungen keineswegs einschränkend zu verstehen sind, sondern lediglich ein Beispiel für die Dimensionen eines derartigen Schwenkringes angeben. Die vorstehend genannten Größen dienen deshalb hauptsächlich der Orientierung des Lesers, nicht jedoch einer Einschränkung eines erfindungsgemäßen Verdichters auf bestimmte Maße. Der Erfindungsgedanke selbst ist selbstverständlich unabhängig von jeglichen Ausmaßen des Verdichters.
Um ein Deviationsmoment der Schwenkscheibe, das bei einem Kippwinkel von 0° ungleich Null ist, und das bei einem vorbestimmten Kippwinkel ungleich 0° gleich Null wird, zu erhalten, sind in den beiden bevorzugten Aus führungs formen eines erfindungsgemäßen Verdichters in den jeweiligen Schwenkringen Stellen reduzierter Materialansammlung vorgesehen, die im ersten bevorzugten Ausführungsbeispiel gemäß den Figuren 10a und 10b in Form von Bohrungen 14 bzw. bohrungs artigen, also zylindrischen Aussparungen vorhegen. Im zweiten bevorzugten Ausführungsbeispiel gemäß den Figu- ren 11a und 11b hegen die Aussparungen in Form von Nuten 15 vor.
Wie den Figuren 10a und 10b sowie 11a und 11b entnommen werden kann, sind die Aussparungen symmetrisch bezüglich einer x-Achse 16 angeordnet, wobei der Schwerpunkt des Schwenkrings durch die Aussparungen in Form von Bohrungen 14 bzw. Nuten 15 im Vergleich zu dem in den Figuren 9a und 9b dargestellten „Rohhng" nicht verändert wird. Der Schwerpunkt des Schwenkrings 10 liegt in jedem der beiden bevorzugten Ausführungsbeispiele auf der x-Achse 16, die gleichzeitig eine dem jeweiligen Schwenkring 10 zugeordnete Kippachse darstellt. Aufgrund der geometrischen Dimensionen, insbesondere einer relativ großen Höhe 13 des Schwenkrings 10, beeinträchtigen die Stellen reduzierter Materialansammlung 14 bzw. 15 weder die Stabihtät noch die Festigkeit des Schwenkrings 10, wenn man die jeweiligen Werte hierfür mit denen des Rohlings gemäß den Figuren 9a und 9b vergleicht. Die Aus- sparungen gemäß den Figuren 10a bis 11b sind beim Gießen in den Rohhng eingebracht, wobei die nötige Feinabstimmung, die dafür sorgt, daß der Schwenkring ohne Unwucht läuft, durch eine spanabhebende (Nach-)Bearbeitung sichergestellt wird.
Die Stellen reduzierter Materialansammlung in Form der Bohrungen 14 bzw. Nuten 15 sind derart angebracht, daß je nach Ausführungsform (vergleiche hierzu auch das Diagramm in Fig. 12, das nachstehend noch näher erläutert wird) bei einem Kippwinkel von etwa 1 ° bis etwa 2° das Deviationsmoment des Schwenkrings, das ein entsprechendes Kippmoment des Schwenkrings 10 zur Folge hat, einen Nulldurchgang aufweist. Für kleinere Kippwinkel begünstigt das vorstehend erwähnte Deviationsmoment ein Verkippen des Schwenkrings 10 in eine den Verdichter aufregelnde Richtung, während für Kippwinkel größer etwa 1 ° bis etwa 2° das Deviationsmoment eine abregelnde Tendenz eines erfindungsgemäßen Verdichters favorisiert. An dieser Stelle sei angemerkt, daß gerade die abregelnde Tendenz eventuell bei Bedarf durch das Anbringen von Zusatzgewichten oder aber auch durch eine mehrstoffige Auslegung eines Schwenkrings 10 eines erfindungs- gemäßen Verdichters verstärkt werden kann. Besonders bietet es sich in diesem Falle an, daß die unterschiedlichen Werkstoffe radial und/oder axial voneinander getrennt sind, und zwar insbesondere derart, daß ein äußerer oder innerer Teilring aus einem ersten Werkstoff, bevorzugterweise aus einem Werkstoff höherer Dichte wie Blei oder dgl., innerhalb einer äußeren oder inneren Umfangsnut eines inneren oder äußeren Teilrings ausgebildet ist, der aus härterem und verschleißfestem Werkstoff wie beispielsweise Stahl oder Keramik oder dgl. hergestellt ist. Dabei ist bevorzugterweise der radial äußere Teil aus dichterem Werkstoff als der radial innere Teil.
Selbstverständlich ist es auch denkbar, daß die Aussparungen in Form von Bohrungen oder Nuten sowie natürhch auch Aussparungen jeglicher anderer Form zum Erreichen des gewünschten Regelverhaltens mit einem Material vorzugsweise geringerer Dichte gefüllt werden, und somit Stellen, die aus einem Material bestehen, das unterschiedlich zu dem Material ist, aus dem der wesenthche Rest des Schwenkrings besteht, bilden. Diese Maßnahme dient der Erhaltung der Stabilität des Schwenkrings, wobei eine solche Alternative auch und insbesondere für Schwenkscheiben in Form von Schrägscheiben von Interesse ist, da gerade bei Schrägscheiben keine zu großen Aussparungen eingebracht werden können, ohne die Stabihtät der Schrägscheibe zu beeinträchtigen. Ferner sind in den Bereichen reduzierter Materialansammlung natürhch auch andere, die Steifheit bzw. Festigkeit der Schwenkscheibe bzw. des Schwenkrings 10 erhaltende Maßnahmen wie Verstrebungen oder dergleichen denkbar.
Angemerkt sei an dieser Stelle auch, daß der Innen- und Außendurchmesser innerhalb der äußeren Bedingungen, im vorhegenden Fall durch den Innendurchmesser des Triebwerksraumes begrenzt sind, jedoch in Hinsicht auf diesen jeweils maximal gewählt sind. Der Schwerpunkt des Schwenkrings 10 hegt im Rahmen der Toleranzen auf der Achse der Antriebswelle, welche gleichzeitig das Zentrum eines (nicht dargestellten) Kippgelenkes bzw. die zugehörige Kippachse darstellt, welche mit der x-Achse 16 identisch ist.
Durch die hinsichtlich der Kippachse symmetrische Verteilung der Aussparungen wird ein Deviationsmoment erzeugt, das bei einem Kippwinkel von 0° ungleich Null ist. Es sei hier insbesondere auf die Lage der jeweiligen Aussparungen verwiesen, die auf der einen Seite der Kippachse näher am oberen Rand des Schwenkrings 10 und auf der anderen Seite der Kippachse näher am unteren Rand des Schwenkrings 10 angebracht sind. Das selbe gilt für Aussparungen in Form von Nuten 15, wie in den Figuren 11a und 11b dargestellt. Aus der Fig. 11b ist ferner entnehmbar, daß sich die Nuten beim vorhegenden bevorzugten Ausführungsbeispiel über einen Winkel von 135° erstrecken und eine Tiefe von 18 mm aufweisen. Auch die vorstehend genannten Werte sind lediglich als illustrativ anzusehen und dienen der Orientierung des Lesers. Auf den grundsätzhchen Erfindungsgedanken haben sie selbstverständlich keinen maßgeblichen Einfluß.
In Fig. 12 sind schließlich die Verläufe der für die Kippbewegung des Schwenkrings 10 verantwortlichen Deviationsmomente Jyz über dem Kippwinkel α des Schwenkrings 10 aufgetragen. In dieser Figur sind eine Kurve 17, die das Verhalten eines Schwenkrings 10 mit Nuten 15 repräsentiert, sowie eine Kurve 18, die das Verhalten eines Schwenkrings 10 mit Bohrungen 14 repräsentiert, neben einer Vergleichskurve 19, die das Verhalten eines Schwenkrings ohne Aussparungen, also eines Schwenkrings gemäß den Figuren 9a und 9b, repräsentiert, aufgetragen. Wie den Diagrammen entnommen werden kann, besitzt der Schwenkring ohne Aussparungen über den gesamten Kippwmkelbereich ein Deviationsmoment, das ein abregelndes Verhalten des Schwenkrings favorisiert, während die beiden mit Aussparungen versehenen Schwenkringe 10 ein Deviationsmoment zeigen, das im Be- reich eines Kippwinkels von ungefähr 1° bis etwa 2° einen Nulldurchgang aufweist. Für kleinere Winkel wird ein aufregelndes Regelverhalten des Verdichters induziert, während für größere Kippwinkel des Schwenkrings 10 ein abregelndes Verhalten induziert wird. Damit werden die Anforderungen an einen modernen Verdichter erfüllt. Anzumerken ist, daß der Verlauf des Deviationsmoments in Abhängigkeit des Kippwinkels des Schwenk- rings 10 nahezu linear ist, was ein ideales Regelverhalten eines erfindungsgemäßen Verdichters sicherstellt.
Obwohl die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen mit fester Merkmalskombination beschrieben wird, umfaßt sie doch auch die denkbaren weiteren vorteilhaften Kom- binationen dieser Merkmale, wie sie insbesondere, aber nicht erschöpfend, durch die Unteransprüche angegeben sind. Sämthche in den Anmeldungsunterlagen offenbarten Merkmale werde als erfindungswesentlich beansprucht, soweit sie einzeln oder in Kombination gegenüber dem Stand der Technik neu sind. B e z u g s z e i c h e n l i s t e
10 Schwenkring
11 Innendurchmesser
12 Außendurchmesser 13 Höhe
14 Bohrung
15 Nut
16 X-Achse
17 Deviationsmoment in Abhängigkeit des Kippwinkels bei Aussparungen in Form von Nuten 15
18 Deviationsmoment in Abhängigkeit des Kippwinkels bei Aussparungen in Form von Bohrungen 14
19 Deviationsmoment in Abhängigkeit des Kippwinkels ohne Aussparungen

Claims

Patentansprüche
1. Axialkolbenverdichter, insbesondere Verdichter für die Klimaanlage eines Kraftfahrzeugs, mit einem Gehäuse und einer in dem Gehäuse angeordneten, über eine Antriebswelle angetriebene Verdichtereinheit zum Ansaugen und Verdichten eines Kältemittels, wobei die Verdichtereinheit in einem Zyhnderblock axial hin- und herlaufende Kolben und eine die Kolben antreibende, mit der Antriebswelle drehende Schwenkscheibe (10) (Schwenkring; Taumel- oder Schrägscheibe) umfaßt, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwenkscheibe (10) bzw. ein dieser zugeordneter schwenkbarer Anteil dersel- ben Stellen (14, 15) reduzierter Materialansammlung und/oder Stellen aufweist, die aus einem Material bestehen, das unterschiedhch zu dem Material ist, aus dem der wesentliche Rest der Schwenkscheibe (10) bzw. deren schwenkbarer Anteil besteht, wobei diese Stellen eine gezielte Beeinflussung eines Regelverhaltens der Schwenkscheibe (10) bewirken, derart, daß in einem Bereich kleiner Kippwinkel der Schwenkscheibe (10) bzw. des schwenkbaren Anteils derselben, insbesondere in einem Kippwinkelbereich von 0° bis 8°, insbesondere 0° bis 3° ein Aufstellmoment der Schwenkscheibe (10) erhalten wird derart, daß das Kippmoment der Schwenkscheibe (10) im Verhältnis zu einer Schwenkscheibe ohne vorbezeichnete Stellen in dem vorgenannten Kippwinkelbereich erhöht wird (beschleunigtes Aufregeln des Verdichters).
2. Verdichter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwenkscheibe ringförmig, d.h. als Schwenkring (10) ausgebildet ist.
3. Verdichter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Stellen reduzierter Materialansammlungen Bohrungen (14) und/oder Nuten (15) umfassen.
4. Verdichter nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Material der Stellen, die aus einem Material bestehen, das unterschiedhch zu dem Material ist, aus dem der wesenthche Rest der Schwenkscheibe bzw. des schwenkbaren Anteils derselben besteht, eine geringere Dichte aufweist als das Material, aus dem der wesenthche Rest der Schwenkscheibe bzw. des schwenkbaren Anteils derselben besteht.
5. Verdichter nach einem der vorangehenden Ansprüche, insbesondere Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Material der Stellen, die aus einem Material bestehen, das unterschiedhch zu dem Material ist, aus dem der wesentliche Rest der Schwenkscheibe bzw. des schwenkbaren Anteils derselben besteht, eine Dichte aufweist, die kleiner als etwa 7,83 g/cm3, vorzugsweise etwa gleich 1,5 g/cm3, ist.
6. Verdichter nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Deviationsmoment der Schwenkscheibe (10) bzw. des schwenkbaren Anteils derselben für einen vorbestimmten Kippwinkel in dem Bereich kleiner Kippwinkel, insbesondere einen Kippwinkel im Kippwinkelbereich von 0° bis 8°, insbesondere 0° bis 3°, gleich Null ist.
7. Verdichter nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß bei Kippwinkeln, die größer sind als der vorbestimmte Kippwinkel, das Deviationsmoment der Schwenkscheibe bzw. des schwenkbaren Anteils derselben kippwinkelverkleinernd wirksam ist, während es für Kippwinkel, die kleiner als der vorbestimmte Kippwinkel sind, kippwinkelvergrößernd wirksam ist.
8. Verdichter nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Schwerpunkt der Schwenkscheibe (10) bzw. des schwenkbaren Anteils derselben, welche bzw. welcher die Stellen reduzierter Materialansammlung und/oder die Stellen aus einem vom Rest der Schwenkscheibe (10) bzw. dem schwenkbaren Anteil derselben unterschiedlichen Material aufweist, sich weitgehend nicht vom Schwerpunkt einer Schwenkscheibe unterscheidet, die einstoffig und/oder ohne Stellen reduzierter Materialansammlung ausgebildet ist, wobei der Schwerpunkt der Schwenkscheibe (10) bzw. des schwenkbaren Anteils derselben auf einer derselben zugeordneten Kippachse (16) Hegt.
9. Verdichter nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwenkscheibe (10) aus Guß, insbesondere Grauguß (GG), Sphäroguß (GGG), Stahl-Guß oder Aluminium-Guß besteht.
10. Verdichter nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Teil der Stellen (14, 15) reduzierter Materialansammlung gegossen sind, d.h. im Rahmen des Giessens der Schwenkscheibe (10) gebildet sind.
11. Verdichter nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Teil der Stellen (14, 15) reduzierter Materialansammlung durch spanabhebende Bearbeitung gebildet ist und/oder eine nötige Feinabstimmung bzw. Austarierung der Schwenkscheibe (10) bzw. des schwenkbaren Anteils derselben durch eine spanabhebende Bearbeitung erzielt sind.
12. Verdichter nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Stellen (14, 15) reduzierter Materialansammlung und/oder die Stellen, die aus einem vom Rest der Schwenkscheibe unterschiedlichen Material bestehen, zuein- ander symmetrisch, insbesondere punktsymmetrisch bezüglich des Kippgelenks, angeordnet sind.
13. Verdichter nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein mittlerer Radius und/oder eine mittlere Höhe der Schwenkscheibe (10) bzw. des schwenkbaren Anteils derselben derart bemessen sind, daß bei mittleren und großen Kippwinkeln, insbesondere bei Kippwinkeln größer 8°, insbesondere bei Kippwinkeln größer 3°, beim Drehen der Schwenkscheibe (10) auftretende, der Schwenkbewegung (Kippwinkelvergrößerung) der Schwenkscheibe (10) entgegen- wirkende Fhehkräfte über seitens der Kolben auf die Schwenkscheibe (10) wirkenden, eine weiterreichende Schwenkbewegung verursachenden Kräften hegen, so daß sich der Kolbenhub mit zunehmender Drehzahl um ein solches Maß verringert, daß sich eine in etwa konstante Fördermenge einstellt.
14. Verdichter nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Schwerpunkt der Schwenkscheibe (10) bzw. des schwenkbaren Anteils derselben in, oder zumindest nahe der Achse der Antriebswelle Hegt, wo sich insbesondere auch das Zentrum eines derselben zugeordneten Kippgelenkes bzw. deren Kippachse (16) befindet.
15. Verdichter nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß bei Ausbildung der Schwenkscheibe (10) als Schwenkring ein Innen- (11) und Außendurchmesser (12) innerhalb der äußeren Bedingungen jeweils maximal gewählt sind.
16. Verdichter nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwenkscheibe (10) bzw. der schwenkbare Anteil derselben aus zwei oder mehr unterschiedlichen, einen mittleren Radius für die Berechnung des Massen- trägheitsmoments bestimmenden Werkstoffen hergestellt ist, wobei die unterschiedlichen Werkstoffe radial und/oder axial voneinander getrennt sind, insbesondere derart, daß bei einem Schwenkring (10) ein äußerer oder innerer Teilring aus einem ersten Werkstoff, beispielsweise einem Werkstoff höherer Dichte, wie Blei oder dgl., innerhalb einer äußeren oder inneren Umfangsnut eines inneren oder äußeren Teilringes ausgebildet ist, der aus härterem und verschleißfestem Werkstoff wie beispielsweise Stahl, Keramik oder dgl. hergesteUt ist.
17. Verdichter nach einem der vorangehenden Ansprüche, insbesondere nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß bei Ausbildung der Schwenkscheibe (10) bzw. des schwenkbaren Anteils derselben aus mehreren Werkstoffen unterschiedlicher Dichte die radial äußeren Teile aus dichterem Werkstoff als die radial inneren Teile bestehen.
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