DE3711979C2 - - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft einen Taumelscheibenkompressor
gemäß dem Gattungsbegriff des Patentanspruchs 1.
Ein Taumelscheibenkompressor dieser Art ist aus der
DE 35 00 299 A1 bekannt. Bei diesem bekannten Taumelscheibenkompressor
wird die kontinuierliche Fluidverbindung
zwischen der Taumelscheibenkammer und der Ansaugkammer
mit Hilfe einer Drossel erreicht, die einen
konstanten, relativ geringen Querschnitt hat. Dieses
Konzept führt dazu, daß ein schneller Abbau eines
Überdrucks in der Taumelscheibenkammer wegen des
begrenzten Querschnitts der Drossel nicht möglich ist. Die
Drosselöffnung kann aber auch nicht größer gemacht werden,
da sonst eine Druckerhöhung in der Taumelscheibenkammer
durch Zuführen von unter relativ hohem Druck stehenden
Kältemittel aus der Auslaßkammer zu langsam erfolgen
würde, da ein erheblicher Teil des zugeführten Druckgases
über die Drosselöffnung wieder entweichen könnte.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, für einen Taumel
scheibenkompressor mit variabler Förderleistung ein
verbessertes Steuer- bzw. Regelsystem anzugeben, mit dessen
Hilfe der Druck in der Taumelscheibenkammer auf einem Pegel
gehalten werden kann, bei dem eine gleichmäßige Änderung des
Anstellwinkels der Taumelscheibe, ausgehend von einer Position
mit größerem Anstellwinkel bis zum kleinsten möglichen
Anstellwinkel, erfolgen kann, und zwar in Abhängigkeit von
einem geringen Kühlleistungsbedarf und/oder in Abhängigkeit
von einem Absinken des Auslaßdrucks des Kompressors aufgrund
eines Absinkens der Umgebungstemperatur derart, daß die
Förderleistung des Kompressors zwangsweise auf die geringst
mögliche Förderleistung abgesenkt werden kann.
Gleichzeitig wird angestrebt, daß die Förderleistung des
Kompressors in einem großen Bereich, nämlich zwischen einer
sehr kleinen Förderleistung und einer großen Förderleistung,
variabel ist.
Diese Aufgabe wird bei einem gattungsgemäßen Taumelschei
benkompressor gemäß der Erfindung durch die Merkmale des
kennzeichnenden Teils des Patentanspruchs 1 gelöst.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand
von Unteransprüchen.
Die Erfindung wird nachstehend
anhand von Zeichnungen noch näher erläutert. Es
zeigen:
Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine erste bevorzugte
Ausführungsform eines Taumelscheibenkompres
sors mit variabler Förderleistung, welcher mit
Steuer- bzw. Regeleinrichtungen gemäß der Er
findung ausgestattet ist;
Fig. 2 einen vergrößerten Querschnitt durch ein er
stes Ventil des Kompressors gemäß Fig. 1;
Fig. 3 einen vergrößerten Querschnitt durch ein zwei
tes Ventil des Kompressors gemäß Fig. 1 und
Fig. 4 einen vergrößerten Querschnitt durch ein ab
gewandeltes zweites Ventil für einen erfin
dungsgemäßen Taumelscheibenkompressor.
Im einzelnen zeigen Fig. 1 bis 3 einen Taumelscheibenkompressor
mit variabler Verdrängung, der insbesondere zur Verwendung
in einer Klimaanlage für ein Kraftfahrzeug geeignet ist. Der
Kompressor umfaßt einen Zylinderblock 1 in Form eines zylin
drischen Elements mit einem offenen vorderen Ende und einem
im axialen Abstand davon angeordneten offenen hinteren Ende.
Das offene vordere Ende des Zylinderblocks 1 ist durch ein
glockenförmiges Kurbelgehäuse bzw. ein vorderes Gehäuse 2
verschlossen, während das offene hintere Ende durch ein
kappenförmiges hinteres Gehäuse 3 verschlossen ist, wobei sich
zwischen dem Zylinderblock 1 und dem hinteren Gehäuse 3 eine
Ventilplatte 4 befindet. Das vordere Gehäuse 2 besitzt einen
zentral angeordneten Lagerteil 5 A, welcher der drehbaren
Lagerung eines Endes einer Antriebswelle 17 dient. Das andere
Ende der Antriebswelle 17 ist in einem zentralen Lagerteil
5 b des Zylinderblocks 1 gelagert. In dem hinteren Gehäuse 3
sind eine außen liegende Ansaugkammer 6 und eine dazu kon
zentrische, innen liegende Auslaßkammer 7 angeordnet, die
durch eine ringförmige Trennwand 8 voneinander getrennt
sind. Die Ansaugkammer 6 ist mit einer Kompressionskammer
15 jeder von mehreren Zylinderbohrungen 14 in dem Zylinder
block 1 über eine der Ansaugöffnungen 9 in der Ventilplatte
4 verbindbar. Die Auslaßkammer 7 ist ebenfalls mit der
Kompressionskammer 15 jeder der Zylinderbohrungen 14 ver
bindbar, und zwar über eine der Auslaßöffnungen 10 in der
Ventilplatte 4. Ferner sind die Ansaugkammer 6 und die
Auslaßkammer 7 mit einem äußeren Kältemittelkreislauf
einer Klimaanlage über einen Einlaß bzw. einen Auslaß
(nicht dargestellt) verbunden. Die Ansaugöffnungen 9 in
der Ventilplatte 4 sind durch zugeordnete Ansaugventilele
mente 11 verschließbar, welche öffnen, wenn ein Kolben 16
in der zugeordneten Zylinderbohrung 14 einen Saughub aus
führt. Die Zylinderbohrungen 14 sind in dem Zylinderblock
11 derart auf den Umfang desselben verteilt, daß sie den
Lagerteil 5 b umgeben. Jeder der Kolben 16 ist in seine
Zylinderbohrung 14 gleitverschieblich und hin- und herbe
weglich eingepaßt, derart, daß am hinteren Ende des Zylin
derblockes 1 die bereits erwähnten Kompressionskammern 15
gebildet werden. Diese Kompressionskammern 15 kommunizie
ren abwechselnd mit der Ansaugkammer 6 und der Auslaßkammer
7, und zwar in Abhängigkeit von der Hin- und Herbewegung
des Kolbens 16 über die jeweilige Ansaugöffnung 9 bzw. Aus
laßöffnung 10, wobei jeder Auslaßöffnung 10 ein Auslaßven
tilelement 12 zugeordnet ist, welches öffnet, wenn der zu
gehörige Kolben 16 in der betreffenden Zylinderbohrung 14
einen Kompressionshub ausführt.
In dem vorderen Gehäuse 2 ist eine zylindrische Taumel
scheibenkammer 13 vorhanden, welche mit sämtlichen Zylin
derbohrungen 14 des Zylinderblockes 1 in Verbindung steht.
Die Taumelscheibenkammer 13 wird in axialer Richtung von
der Antriebswelle 17 durchgriffen, die in den Lagerteilen
5 A und 5 b gelagert ist. Das eine Ende der Antriebswelle
17 steht dabei nach außen über das vordere Gehäuse 2 vor,
so daß es mit einem Kraftfahrzeugmotor (nicht gezeigt)
über eine geeignete Antriebsverbindung und/oder eine
Kupplung verbindbar ist. In der Kammer 13 ist auf der Wel
le 17 ein Antriebselement 18 montiert, welches nachste
hend - für beide Ausführungsbeispiele - als Schwenkzapfen
platte bezeichnet wird. Die Schwenkzapfenplatte 18 ist im
wesentlichen kreisrund ausgebildet und mittels eines Druck
lagers 5 c drehbar an einem vorderen Innenwandbereich des
vorderen Gehäuses 2 abgestützt und kann sich zusammen mit
der Antriebswelle 17 drehen. An ihrem inneren Ende besitzt
die Schwenkzapfenplatte 18 eine Stirnfläche 18 a, an der
sich eine Buchse 19 abstützen kann, solange der Kompressor
mit großer Förderleistung arbeitet. Angrenzend an die
Stirnfläche 18 a besitzt die Platte 18 eine Schrägfläche 18 b,
an die sich eine Antriebsplatte 20 bei ihren Schwenk- bzw.
Taumelbewegungen anlegen kann, sowie einen Stützarm 18 c zum
Abstützen der Antriebsplatte 20. Der Stützarm 18 c und die
Schrägfläche 18 b sind so angeordnet, daß sie in Umfangsrich
tung der Platte 18 um 180° gegeneinander versetzt sind. Die
Antriebsplatte 20 ist als ringförmiges Element ausgebildet,
welches die Antriebswelle 17 umgibt und welches durch den
Stützarm 18 c derart gehaltert ist, daß es um eine zur Dreh
achse der Antriebswelle 17 senkrechte Achse schwenkbar ist.
Im einzelnen besitzt der Stütz- oder Tragarm 18 c eine bo
genförmige Öffnung 22, deren Krümmungsmittelpunkt bei einer
Umdrehung der Schwenkzapfenplatte 18 durch die Punkte hin
durchgeht, an denen eine Taumelscheibe 21 und Verbindungs
stangen 26 über Kugelgelenke miteinander verbunden sind.
Weiterhin besitzt die Antriebsplatte 20 einen nach vorn
abstehenden Ansatz 20 a, der sich in Richtung auf den Arm
18 c der Platte 18 erstreckt und mit diesem fluchtet. Der
Ansatz 20 a und der Stützarm 18 c sind über einen Führungs
zapfen 23 miteinander verbunden, der an dem Ansatz 20 a
befestigt ist und beweglich in die bogenförmige Öffnung 22
des Stützarms 18 c eingreift, so daß die Antriebsplatte 20
gegenüber der Schwenkzapfenplatte 18 Schwenk- bzw. Taumelbe
wegungen ausführen kann, während sie sich gemeinsam mit der
Welle 17 dreht. Die Antriebsplatte 20 kann also Pendelbewe
gungen ausführen, wobei sie unterschiedliche Winkel
mit einer zur Antriebswelle 17 senkrechten Ebene einschließt.
Die Buchse 19, welche gleitverschieblich auf der Antriebs
welle 17 sitzt, ist mit der Antriebsplatte 20 verbunden. Zu
diesem Zweck sind an der Buchse 19 zwei einander diametral
gegenüberliegende Zapfen 24 vorgesehen, auf denen die An
triebsplatte 20 schwenkbar montiert ist. Dies hat zur Fol
ge, daß die Buchse 19 in Abhängigkeit von Schwenkbewegungen
der Antriebsplatte 20 entsprechende Längsbewegungen längs
der Antriebswelle 17 ausführt. Die bereits erwähnte Tau
melscheibe 21 ist an der Antriebsplatte 20 mittels eines
Drucklagers 25 abgestützt und als ringförmiges Element aus
gebildet, welches die Antriebswelle 17 umgibt. Die Tau
melscheibe 21 ist gemeinsam mit der Antriebsplatte 20
schwenkbar und mit den einzelnen Kolben 16 jeweils über
eine Verbindungsstange 26 verbunden, wobei an beiden Enden
jeder Verbindungsstange 26 Kugelgelenke vorgesehen sind.
Dabei sind die Verbindungen zwischen der Taumelscheibe 21
und den einzelnen Kolben 16 derart ausgebildet, daß je
der Kolben 16 in seinen oberen Totpunkt bewegt wird, das
heißt in seine hinterste Position in der zugeordneten
Zylinderbohrung 14, wenn der Stützarm 18 c der Schwenkzap
fenplatte 18 in eine Position gedreht wird, in der er
in axialer Richtung mit der betreffenden Zylinderbohrung
14 fluchtet, wobei die Drehbewegung der Platte 18 über
die Elemente 18 c, 20, 20 a, 21, 22, 23 und 26 in eine Hin-
und Herbewegung der Kolben 16 umgesetzt wird. Im übrigen ist
die Taumelscheibe 21 mittels eines feststehenden Führungs
zapfens 21 a, der in axialer Richtung durch das vordere Ge
häuse 2 und den Zylinderblock 1 hindurchgeht und in dem
hinteren Gehäuse 3 befestigt ist und außerdem in einen
Schlitz am Umfang der Taumelscheibe 21 eingreift, gegen eine
Drehung gesichert, so daß sie nur eine hin- und hergehende
Pendel- bzw. Taumelbewegung ausführen kann.
In dem hinteren Gehäuse 3 ist ein Steuer- bzw. Regelventil
29 angeordnet, welches nachstehend als erstes Ventil 29 be
zeichnet ist und dazu dient, den Druckpegel in der Taumel
scheibenkammer 13 zu regeln und damit den Schwenkwinkel der
Antriebsplatte 20 und der Taumelscheibe 21 zu verändern.
Das erste Ventil 29 besitzt eine Ansaugdruckkammer 30 und
eine Auslaßdruckkammer 31, die axial fluchtend angeordnet,
jedoch voneinander getrennt sind. Die Ansaugdruckkammer 30
steht mit der Ansaugkammer 6 über einen Verbindungskanal 6′
in Verbindung, während die Auslaßdruckkammer 31 mit der Aus
laßkammer 7 über einen Verbindungskanal 7′ in Verbindung
steht. Weiterhin ist die Ansaugdruckkammer 30 von einer Um
gebungsdruckkammer 32, die mit der Atmosphäre in Verbindung
steht, durch eine Membran 33 getrennt. Die Umgebungsdruck
kammer 32 ist oberhalb der Ansaugkammer 30 angeordnet und
enthält eine Feder 34 a, welche die Membran 33 derart be
aufschlagt, daß sie ständig in Richtung auf die Auslaß
druckkammer 31 ausgelenkt würde. Andererseits ist in der
Ansaugdruckkammer 30 eine Gegendruckfeder 34 b angeordnet,
welche eine definierte Gegenkraft auf die Membran 33 aus
übt. An einem Ende der Auslaßdruckkammer 31 ist, angrenzend
an eine zwischen den beiden Kammern 30 und 31 vorgesehene
Öffnung 38 ein kreisringförmiger Ventilsitz 35 vorgesehen.
Die Öffnung 38 steht mit der Taumelscheibenkammer 13 über
einen Kanal 37 in Verbindung, so daß die Taumelscheiben
kammer 13 bei geöffnetem Ventil mit dem Auslaßdruck
beaufschlagbar ist. Dabei führt der Kanal 37, ausgehend von
der Öffnung 38, durch das hintere Gehäuse 3 und den
Zylinderderblock 1 hindurch. Die Kanäle 7′ und 37 bilden erste
Kanäle, zwischen die das erste Ventil 29 eingefügt ist.
Die Membran 33 ist mit dem einen Ende einer Ventilstange
39 verbunden, deren anderes Ende durch die Öffnung 38 und
den Ventilsitz 35 hindurch in die Auslaßdruckkammer 31
hinein reicht und dort mit einem konischen Ventilelement
36 (vergleiche Fig. 2) verbunden ist, welches mit Hilfe
der Stange 39 auf den Ventilsitz 35 zu und von diesem weg
bewegbar ist. Die Bewegungen der Ventilstange 39 und des
Ventilelements 36 werden einerseits durch die Bewegungen
der Membran 33 und andererseits durch eine Feder 40 gesteuert,
die in der Auslaßdruckkammer 31 angeordnet ist
und das Ventilelement 36 in Schließrichtung, das heißt
in Richtung auf den Ventilsitz 35, beaufschlagt.
Der Zylinderblock 1 und das hintere Gehäuse 3 sind mit zweiten
Kanälen 28 a, 28 b versehen, welche sich zwischen der
Ansaugkammer 6 des hinteren Gehäuses 3 und der Taumelschei
benkammer 13 im vorderen Gehäuse 2 erstrecken und eine
Fluidverbindung zwischen den beiden Kammern 6 und 13 schaffen.
Die Kanäle 28 a und 28 b bilden somit Entlastungskanäle,
über die unter einem hohen Druck stehendes Gas aus der
Taumelscheibenkammer 13 in die Ansaugkammer 6 fließen
kann. In der Mitte der beiden in Serie zueinander verlaufenden
Kanäle 28 a, 28 b befindet sich ein weiteres Steuer-
bzw. Regelventil 41 - das zweite Ventil 41 -, welches dazu
dient, die Fluidverbindung zwischen den Kanälen bzw. Kanal
abschnitten 28 a und 28 b zu steuern. Ferner ist noch ein
ebenfalls zu den zweiten Kanälen gehörender ständig offener Kanal 51
mit fest vorgegebenem Querschnitt vorgesehen, der eine ständige gedrosselte
Verbindung zwischen den beiden Kanälen 28 a und 28 b schafft.
Das zweite Ventil 41 besitzt ein Ventilgehäuse 41 a, in dem
eine Ventilkammer 42 vorgesehen ist, die zwischen den Kanälen
28 a und 28 b liegt. Ferner definiert das Gehäuse 41 a einen
Ventilsitz 43. Das Ventilgehäuse 41 a ist in eine Bohrung 3 a
des hinteren Gehäuses 3 eingepaßt, welche gegenüber der Um
gebung mit Hilfe eines Dichtungselements 60 in einem Ver
schlußstopfen 41 b hermetisch abgedichtet ist und mit den
Kanälen 28 a, 28 b kommuniziert. In der Ventilkammer 42 ist
ein Kugelventil 48 angeordnet, welches auf den Ventilsitz
43 zu und von diesem wegbewegbar ist. In dem Ventilgehäuse
41 a sind ferner eine Auslaßdruckkammer 44 und eine Ansaug
druckkammer 45 ausgebildet, die in axialer Richtung durch
die Ventilkammer 42 voneinander getrennt sind. Die Ansaug
druckkammer 45 steht dabei mit der Ansaugkammer 6 ständig
über radiale Bohrungen des Ventilgehäuses 41 sowie über den
Kanal 28 b in Verbindung. In der Ansaugdruckkammer 45 sind
eine Feder 50 und eine in axialer Richtung bewegliche Halte
stange 49 zur Halterung des Kugelventils 48 angeordnet. Ein
Ende der Feder 50 stützt sich an dem Verschlußstopfen 41 b
ab, während sich ihr anderes Ende an der Stange 49 abstützt
und diese zusammen mit dem Kugelventil 48 in Richtung auf
den Ventilsitz 43 vorspannt. Andererseits kommuniziert die
Auslaßdruckkammer 44 ständig über einen Verbindungskanal 44′
mit der Auslaßkammer 7. In der Auslaßdruckkammer 44 befindet
sich ein in axialer Richtung beweglicher Kolben 46 mit
einer Kolbenstange 47, deren eines Ende in axialer Richtung
durch den Ventilsitz 43 vorsteht und das Kugelventil 48 von
dem Ventilsitz 43 wegdrücken kann, wobei die Verbindung bzw.
der Verbindungsquerschnitt zwischen den Kanälen 28 a und 28 b
vergrößert wird. Dabei ist zu beachten, daß der Kanal 51
stets für eine Verbindung mit vorgegebenem freien Querschnitt
zwischen den beiden Kanälen 28 a und 28 b sorgt.
Nachstehend soll nunmehr die Arbeitsweise des vorstehend er
läuterten ersten Ausführungsbeispiels eines Taumelscheiben
kompressors variabler Verdrängung gemäß der Erfindung er
läutert werden.
Wenn der Betrieb des Kompressors gemäß Fig. 1 bis 3 beendet
bzw. unterbrochen wird, sind die Drücke in der Ansaugkammer
6, der Auslaßkammer 7 und der Taumelscheibenkammer 13 norma
lerweise auf einem Druckpegel ausgeglichen, der höher ist
als ein vorgegebener Druckpegel, welcher sich seinerseits
durch Addition des Atmosphärendrucks mit einem Druckwert
ergibt, der dem Druck entspricht, der von der Feder 34 a in
der Umgebungsdruckkammer 32 des ersten Ventils 29 ausgeübt
wird. Daher herrscht entsprechend dem hohen Druck in der
Taumelscheibenkammer 13 und dem hohen Druck in der Ansaug
kammer 6 ein hoher Druck in der Ansaugdruckkammer 30 des
ersten Ventils 29. Aus diesem Grund wird die Membran 33 ent
gegen dem Umgebungsdruck und dem Druck der Feder 34 a in Rich
tung auf die Umgebungsdruckkammer 32 ausgelenkt, wodurch das
Ventilelement 36 in Richtung auf den Ventilsitz 35 bewegt
wird. Die Kommunikation zwischen der Taumelscheibenkammer
13 und der Auslaßdruckkammer 31 des ersten Ventils 29 wird
folglich durch das Schließen der Ventilanordnung 35, 36 un
terbrochen. Dies bedeutet, daß der Druck in der Taumel
scheibenkammer 13 auf einem Pegel gehalten wird, der
gleich dem Druckpegel in der Ansaugkammer 6 ist, und folg
lich wird der Druck in der Taumelscheibenkammer 13 an der
Rückseite jedes der Kolben 16 wirksam. Die Antriebsplatte
20 und die Taumelscheibe 21 werden folglich in einer Lage
stillgesetzt, in der sie einen großen Winkel mit einer
zur Drehachse der Antriebswelle 17 senkrechten Ebene ein
schließen.
Die vorstehend erwähnte Druckausgleichsbedingung zwischen
den Drücken in der Ansaugkammer 6, der Auslaßkammer 7 und
der Taumelscheibenkammer 13 bewirkt außerdem ein Schließen
der Ventilanordnung 43, 48 des zweiten Ventils 41. Dies
ist darauf zurückzuführen, daß die Stange 49 mit dem Kugel
ventil 48 durch die Druckkraft der Feder 50 in der Ansaug
druckkammer 45 gegen den Ventilsitz 43 gedrückt wird. Damit
stehen die Kanäle 28 a und 28 b nur noch über den Kanal 51
festen Querschnitts miteinander in Verbindung. Somit ergibt
sich zwischen der Taumelscheibenkammer 13 und der Ansaug
kammer 6 der kleinste mögliche freie Querschnitt für das
gasförmige Kältemittel.
Wenn der Kompressor gestartet wird, indem man die Antriebs
welle 17 über eine Kupplung, beispielsweise eine übliche
Magnetkupplung, mit dem Kraftfahrzeugmotor verbindet, dann
beginnt sich die Antriebsplatte 20 zu drehen. Wenn die
erforderliche Kühlleistung für die Fahrzeugkabine zu diesem
Zeitpunkt groß ist, dann erfolgt die Drehung der Antriebs
platte 20 mit einem großen Anstell- bzw. Schwenkwinkel der
selben. Folglich wird auch die Taumelscheibe 21 mit einem
großen Schwenkwinkel geschwenkt, und die mit der Taumel
scheibe 21 verbundenen Kolben führen ihre Hin- und Herbe
wegung in den zugeordneten Zylinderbohrungen 14 mit einem
großen Hub aus. Der Kompressor arbeitet somit mit großer
Förderleistung bzw. Verdrängung.
Solange der Kompressor mit großer Verdrängung arbeitet,
nimmt der Auslaßdruck in der Auslaßkammer 7 und folglich
auch der Druck in der Auslaßdruckkammer 44 des zweiten Ven
tils 41 allmählich zu. Wenn der Pegel des Auslaßdruckes da
bei einen Wert erreicht, der über dem Pegel der Summe aus
dem Ansaugdruck und dem von der Feder 50 in der Ansaugdruck
kammer 45 ausgeübten Druck liegt, dann bewirkt die resultie
rende Druckdifferenz eine Abwärtsbewegung des Kolbens 46
und der Ventilstange 47 des zweiten Ventils 41, so daß das
Kugelventil 48 von seinem Ventilsitz 43 abgehoben wird. Auf
diese Weise wird eine Verbindung zwischen der Taumelscheiben
kammer 13 und der Ansaugkammer 6 über die an den Ventilsitz
43 angrenzende Ventilöffnung und die Ventilkammer 42 herge
stellt. Solange der Kompressor mit großer Förderleistung
arbeitet, zirkuliert in dem den Kompressor enthaltenden
Kältemittelkreislauf eine große Kältemittelmenge, die eine
ausreichende Menge einer Schmierölkomponente enthält. Daher
bewirkt das in die Zylinderbohrungen 14 des Zylinder
blocks 1 angesaugte Kältemittel in dem Kompressor eine
hohe Dichtwirkung zwischen den Wänden der Zylinderbohrungen
14 und den Mantelflächen der Kolben 16, wodurch Leckströme
aus den Kompressionskammern 15 der Zylinderbohrungen 14 in
die Taumelscheibenkammer 13 verhindert bzw. stark gedrosselt
werden. Da für diesen Zustand andererseits eine ausreichende
Fluidkommunikation zwischen der Taumelscheibenkammer
13 und der Ansaugkammer 6 besteht, und zwar über
das zweite Ventil 41, kann das Leckgas, welches in die
Taumelscheibenkammer 13 gelangt, sofort durch die Kanäle
28 a und 28 b in die Ansaugkammer 6 abfließen. Folglich kann
der Druck in der Taumelscheibenkammer 13 auf dem Wert gehalten
werden, der durch den Druck in der Ansaugkammer 6
und die Federkraft der Feder 50 vorgegeben ist.
Dadurch, daß der Kompressor eine Zeit lang mit hoher Förder
leistung weiterarbeitet, wird die klimatisierte Fahrzeug
kabine abgekühlt und die erforderliche Kühlleistung (die
vom Verdampfer der Klimaanlage abzugebende Wärmemenge) ver
ringert sich. Aufgrund der Verringerung der erforderlichen
Kühlleistung sinkt der Ansaugdruck für das Kältemittel, welches
von dem Verdampfer zu der Ansaugkammer gelangt, ab.
Wenn der Ansaugdruck in der Ansaugkammer 6 geringer wird
als ein vorgegebener Druckpegel für das erste Ventil 29,
das heißt geringer als ein Druckpegel, der der Summe des
Atmosphärendrucks und des von der Feder 34 ausgeübten Druckes
entspricht, dann wird die Membran 33 aus einer Position,
in die sie ausgelenkt war, in Richtung auf die An
saugdruckkammer 30 zurückbewegt, und zwar aufgrund der
Druckdifferenz zwischen dem Ansaugdruck in der Ansaugkammer
6 und dem für das erste Ventil 29 vorgegebenen
Druck, bis das Ventilelement 36 von der Ventilöffnung 35
abgehoben wird und diese öffnet. Durch das Öffnen des
Ventils wird eine Fluidverbindung zwischen der Auslaß
druckkammer 31 des ersten Ventils 29 und dem Kanal 37
geschaffen. Das unter einem hohen Auslaßdruck stehende
komprimierte Kältemittel fließt folglich von der Auslaß
kammer 7 in die Taumelscheibenkammer 13, so daß der
Druck in der Taumelscheibenkammer 13 ansteigt. Der erhöhte
Druck in der Taumelscheibenkammer 13 wirkt wiederum
auf die hinteren Stirnflächen jedes der Kolben 16
und verringert deren Hub. Die Abnahme des Kolbenhubs hat
eine Verringerung des Schwenkwinkels der Antriebsplatte
20 und der Taumelscheibe 21 zur Folge. Folglich wird die
Förderleistung des Kompressors allmählich veringert. Was
das zweite Ventil 41 anbelangt, so wird jedoch dort der
Druck in der Auslaßdruckkammer 44 immer noch auf einem Pegel
gehalten, der höher ist als in der Ansaugdruckkammer
45, und die Fluidverbindung zwischen der Taumelscheiben
kammer 13 und der Ansaugkammer 6 wird folglich über die
beiden Kanäle 28 a und 28 b und den geöffneten Ventilsitz 43
aufrechterhalten.
Während der Kompressor weiterläuft, wird die Kabine des
Fahrzeugs noch weiter abgekühlt, wodurch die erforderliche
Kühlleistung am Verdampfer der Klimaanlage weiter abnimmt.
Folglich sinkt der Ansaugdruck für das aus dem äußeren
Kreislauf in die Ansaugkammer 6 angesaugte Kältemittel
weiter ab. Die Verringerung des Ansaugdruckes für das
Kältemittel bewirkt eine Verringerung des Druckpegels in
der Ansaugdruckkammer 30 des ersten Ventils 29, wobei des
sen Ventilöffnung jedoch geöffnet bleibt. Folglich wird
die Zufuhr des hohen Auslaßdruckes von der Auslaßkammer
7 zu dem Taumelscheibengehäuse 13 fortgesetzt. Daher wird
der Anstellwinkel (der Neigungswinkel gegenüber einer zur
Drehachse senkrechten Ebene) für die Antriebsplatte 20 und
die Taumelscheibe 21 in dem Taumelscheibengehäuse 13 zwangs
läufig verringert, so daß ein Arbeiten des Kompressors mit
kleiner Förderleistung erreicht wird.
Wenn der Kompressor seinen Betrieb mit kleiner Förderleistung
fortsetzt, nimmt der Auslaßdruck des Kompressors allmählich
ab (außerdem erfolgt eine Verringerung des Auslaßdruckes
des Kompressors aufgrund des Absinkens der Umgebungstemperatur).
Wenn der Druckpegel in der Auslaßdruckkammer 44 des zweiten
Ventils 41 bei mit geringer Förderleistung arbeitendem
Kompressor unter den Druckpegel in der Ansaugdruckkammer
45 fällt, nämlich unter den Druck, der sich aus der Summe
des Ansaugdruckes und der von der Feder 50 ausgeübten
Druckkraft ergibt, dann werden die Stange 49 und das Kugel
ventil 48 in Richtung auf den Ventilsitz 43 bewegt, um die
dem Ventilsitz 43 zugeordnete Öffnung zu schließen. Hierdurch
wird die Fluidverbindung zwischen den Kanälen 28 a und
28 b über die Ventilkammer 42 unterbrochen. Es verbleibt somit
nur noch der Verbindungskanal 51 festen Querschnitts,
der für eine Fluidverbindung zwischen der Taumelscheiben
kammer 13 und der Ansaugkammer 6 sorgt und über den eine
begrenzte Leckgasmenge aus der Taumelscheibenkammer 13 in
die Ansaugkammer 6 strömen kann. Auf diese Weise wird in
der Taumelscheibenkammer 13 aufgrund der Leckgasströme aus
den einzelnen Zylinderbohrungen 14 ein Druckanstieg erreicht.
Hierdurch ist gewährleistet, daß der Druck in der
Taumelscheibenkammer auf einem solchen Pegel gehalten wird,
wie er zum Bewegen der Antriebsplatte 20 und der Taumel
scheibe 21 aus einem Zustand mit einem großen Anstellwinkel
(der einer großen Förderleistung des Kompressors entspricht)
in eine mehr senkrechte Stellung erforderlich ist, die der
kleinsten möglichen Förderleistung des Kompressors entspricht.
Fig. 4 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung,
nämlich eine weitere Ausführungsform für ein zweites Ventil
41′ für einen erfindungsgemäßen Taumelscheibenkompres
sor mit variabler Förderleistung. Im einzelnen unterscheidet
sich das Ventil gemäß Fig. 4 von demjenigen gemäß
Fig. 3 dadurch, daß dieses zweite Ventil 41′ derart arbeitet,
daß die Fluidverbindung zwischen den Kanälen 28 a und
28 b direkt in Abhängigkeit von einer Änderung des Auslaß
druckes in der Auslaßkammer 7 des Kompressors gesteuert
bzw. geregelt wird. Im einzelnen besitzt das zweite Ventil
41′ eine in dem hinteren Gehäuse 3 ausgebildet hermetisch
abgedichtete Auslaßdruckkammer 52, in der ein Faltenbalg
54 angeordnet ist, der eine Umgebungsdruckkammer 53
begrenzt, die mit der Umgebung in Verbindung steht. Der
Faltenbalg 54 ist mit seinem einen Ende mit einem Ver
schlußstopfen 58 verbunden und am anderen Ende über eine
gleitverschieblich bewegliche Ventilstange 55 b mit einem
konischen Ventilelement 55 a. Das konische Ventilelement 55 a
dient dem Öffnen und Schließen einer Ventilöffnung 56, welche
zwischen einer Ansaugdruckkammer 59 a und einer Kammer
59 b für den Taumelscheibenkammerdruck in dem hinteren Gehäuse
3 des Kompressors angeordnet ist. In der Umgebungs
druckkammer 53 ist eine Feder 57 angeordnet, die den Fal
tenbalg 54 ständig in seinen gestreckten Zustand vorspannt,
in dem das Ventilelement 55 a gegen die Ventilöffnung
56 gedrückt wird und diese schließt. Wenn der Auslaßdruck
über einen vorgegebenen Pegel ansteigt, welcher etwa
der Summe aus dem Umgebungsdruck und dem von der Feder 57
ausgeübten Druck entspricht, dann wird der Faltenbalg 54
zusammengedrückt, wodurch sich das konische Ventilelement
55 a von der Ventilöffnung 56 wegbewegt. Hierdurch wird
die Ventilöffnung 56 geöffnet, so daß sich eine verstärkte
Fluidverbindung zwischen der Taumelscheibenkammer 13 und
der Ansaugkammer 6 des Kompressors ergibt. Der Kanal 51
festen Querschnitts sorgt stets für eine definierte Fluid
verbindung zwischen der Taumelscheibenkammer 13 und der
Ansaugkammer 6. Das zweite Ventil 41′ beim zweiten Aus
führungsbeispiel ist somit in der Lage, die Fluidverbindung
zwischen der Taumelscheibenkammer 13 und der Ansaugkammer
6 in Abhängigkeit von einer Änderung des Auslaßdruckes in
der Auslaßkammer 7 des Kompressors zu ändern.
Aus der vorstehenden Beschreibung eines ersten und eines
zweiten bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung wird
deutlich, daß bei dem mit variabler Förderleistung arbeitenden
Taumelscheibenkompressor gemäß der Erfindung das Ausmaß
der Fluidverbindung zwischen der Taumelscheibenkammer
und der Ansaugkammer in Abhängigkeit von einer Änderung im
Auslaßdruck des Kompressors, bezogen auf einen vorgegebenen
Druckpegel, geändert wird. Dies bedeutet, daß das Ausmaß
der Fluidverbindung zwischen der Taumelscheibenkammer und
der Ansaugkammer dann erhöht wird, wenn der Auslaßdruckpegel
höher ist als der vorgegebene Pegel, wodurch das unter
hohem Druck stehende Kältemittel in der Taumelscheibenkammer
gleichmäßig in die Ansaugkammer entweichen kann. Wenn
der Auslaßdruck jedoch unter dem vorgegebenen Druckpegel
liegt, dann wird das Ausmaß der Fluidverbindung zwischen
der Taumelscheibenkammer und der Ansaugkammer derart verringert,
daß der Druck in der Taumelscheibenkammer auf
einem angemessenen Niveau gehalten wird, und zwar aufgrund
der Tatsache, daß das Entweichen von Leckgas aus der Tau
melscheibenkammer in die Ansaugkammer unterdrückt bzw.
eingeschränkt wird. Der Druckpegel in der Taumelscheiben
kammer wird daher ausreichend hoch, um die Antriebsplatte
und die Taumelscheibe in eine Position zu bewegen, in der
sie den kleinsten möglichen Neigungswinkel gegenüber der
Senkrechten haben, wenn die erforderliche Kühlleistung
niedrig ist oder wenn der Auslaßdruck des Kompressors
durch die Umgebungstemperatur für den Kompressor abgesenkt
wird. Folglich kann der Kompressor seine Förderleistung
automatisch in Abhängigkeit von der von ihm geforderten
Kühlleistung verändern.
Claims (8)
1. Taumelscheibenkompressor mit variabler Förderleistung
mit einem Gehäuselement, in dem eine Ansaugkammer für
ein Kältemittel vor der Kompression desselben und eine
Auslaßkammer für das Kältemittel nach der Kompression
desselben vorgesehen sind, mit einem Zylinderblock, in
dem mehrere Zylinderbohrungen derart angeordnet sind,
daß sie eine axiale Antriebswelle umgeben, wobei in
jeder Zylinderbohrung ein hin- und herbeweglicher
Kolben zum Ansaugen des Kältemittels aus der Ansaugkammer
und zum Ausstoßen des komprimierten Kältemittels
in die Auslaßkammer angeordnet ist, mit einem
Taumelscheibengehäuse, in dem eine Taumelscheibenkammer
ausgebildet ist, die mit den Zylinderbohrungen
in Verbindung steht und eine Antriebsplatte enthält,
die gemeinsam mit der Antriebswelle zu einer Drehbewegung
antreibbar ist und deren Neigungswinkel
bezüglich der Antriebswelle variabel ist und die der
Halterung und Abstützung einer nicht drehbaren
Taumelscheibe dient, und mit mehreren Verbindungsstangen,
welche die Taumelscheibe und die Kolben miteinander
verbinden, mit ersten Kanälen, über die eine Fluidverbindung
zwischen der Taumelscheibenkammer und der
Auslaßkammer in dem Gehäuseelement herstellbar ist,
mit einem ersten Ventil, das zwischen den ersten
Kanälen eingefügt ist, um diese zu öffnen und zu
schließen, mit zweiten Kanälen, über die zwischen der
Taumelscheibenkammer und der Ansaugkammer eine
kontinuierliche Fluidverbindung besteht, und mit einer
dem ersten Ventil zugeordneten ersten Ventilsteuerung,
mit deren Hilfe ein Ventilelement in Abhängigkeit von
einer Änderung des Druckes in der Ansaugkammer
bezüglich eines ersten vorgegebenen Druckes derart
steuerbar ist, daß das Ventilelement in eine erste
Stellung bewegbar ist, in der es die ersten Kanäle
freigibt, wenn der Druck in der Ansaugkammer kleiner
ist als der erste vorgegebene Druck, und in eine
zweite Position, in der es die ersten Kanäle schließt,
wenn der Druck in der Ansaugkammer größer ist als der
erste vorgegebene Druck,
gekennzeichnet durch folgende Merkmale:
es ist ein zweites Ventil (41) vorgesehen, das zwischen die zweiten Kanäle (28 a, 28 b, 51) eingefügt ist, um den Querschnitt der zweiten Kanäle (28 a, 28 b, 51) zu verändern, und das ein Ventilgehäuse (41 a) mit einer Auslaßdruckkammer (44), welche mit der Auslaßkammer (7) in Verbindung steht, und eine Ventilkammer (42) aufweist, die in die zweiten Kanäle (28 a, 28 b, 51) eingefügt ist;
das zweite Ventil (41) umfaßt eine zweite Ventilsteuerung, mit deren Hilfe ein Ventilelement (48) in Abhängigkeit von einer Änderung des Druckes in der Auslaßkammer (7) bezüglich eines zweiten vorgegebenen Druckes derart steuerbar ist, daß das Ventilelement (48) in eine erste Stellung bewegbar ist, in der es den freien Querschnitt der zweiten Kanäle (28 a, 28 b, 51) vergrößert, wenn der Druck in der Auslaßkammer (7) größer ist als der zweite vorgegebene Druck, und in eine zweite Position, in der es den freien Querschnitt der zweiten Kanäle (28 a, 28 b, 51) verringert, wenn der Druck in der Auslaßkammer (7) nicht größer ist als der zweite vorgegebene Druck.
es ist ein zweites Ventil (41) vorgesehen, das zwischen die zweiten Kanäle (28 a, 28 b, 51) eingefügt ist, um den Querschnitt der zweiten Kanäle (28 a, 28 b, 51) zu verändern, und das ein Ventilgehäuse (41 a) mit einer Auslaßdruckkammer (44), welche mit der Auslaßkammer (7) in Verbindung steht, und eine Ventilkammer (42) aufweist, die in die zweiten Kanäle (28 a, 28 b, 51) eingefügt ist;
das zweite Ventil (41) umfaßt eine zweite Ventilsteuerung, mit deren Hilfe ein Ventilelement (48) in Abhängigkeit von einer Änderung des Druckes in der Auslaßkammer (7) bezüglich eines zweiten vorgegebenen Druckes derart steuerbar ist, daß das Ventilelement (48) in eine erste Stellung bewegbar ist, in der es den freien Querschnitt der zweiten Kanäle (28 a, 28 b, 51) vergrößert, wenn der Druck in der Auslaßkammer (7) größer ist als der zweite vorgegebene Druck, und in eine zweite Position, in der es den freien Querschnitt der zweiten Kanäle (28 a, 28 b, 51) verringert, wenn der Druck in der Auslaßkammer (7) nicht größer ist als der zweite vorgegebene Druck.
2. Taumelscheibenkompressor nach Anspruch 1, dadurch ge
kennzeichnet, daß die zweiten Kanäle (28 a, 28 b, 51)
einen Kanal (51) mit fest vorgegebenem Querschnitt
umfassen, über den ständig eine gedrosselte Verbindung
zwischen der Ansaugkammer (6) und der Taumelscheibenkammer
(13) besteht.
3. Kompressor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß das zweite Ventil (41) folgende Merkmale umfaßt:
Einen Kolben (46), welcher in die Auslaßdruckkammer (44) des Ventilgehäuses (41 a) eingepaßt ist, wobei das Ventilelement (48), welches mit dem Ventilgehäuse (41 a) angeordnet ist, mit dem Kolbenelement (46) und dem Ventilsitz (43) derart zusammenwirkt, daß der freie Querschnitt der zweiten Kanäle (28 a, 28 b, 51) veränderbar ist;
eine Ansaugdruckkammer (45), die in dem Ventilgehäuse (41 a) definiert ist und mit der Ansaugkammer (6) in dem Gehäuseelement (3) in Verbindung steht, wobei die Ansaugdruckkammer (45) eine Stange zur Halterung des Ventilelements (48) aufnimmt; und
ein Federelement (50), welches in der Ansaugdruckkammer (45) angeordnet ist und das Ventilelement (48) und die Stange ständig mit einer vorgegebenen Federspannung in Richtung auf den Ventilsitz (43) vorspannt.
Einen Kolben (46), welcher in die Auslaßdruckkammer (44) des Ventilgehäuses (41 a) eingepaßt ist, wobei das Ventilelement (48), welches mit dem Ventilgehäuse (41 a) angeordnet ist, mit dem Kolbenelement (46) und dem Ventilsitz (43) derart zusammenwirkt, daß der freie Querschnitt der zweiten Kanäle (28 a, 28 b, 51) veränderbar ist;
eine Ansaugdruckkammer (45), die in dem Ventilgehäuse (41 a) definiert ist und mit der Ansaugkammer (6) in dem Gehäuseelement (3) in Verbindung steht, wobei die Ansaugdruckkammer (45) eine Stange zur Halterung des Ventilelements (48) aufnimmt; und
ein Federelement (50), welches in der Ansaugdruckkammer (45) angeordnet ist und das Ventilelement (48) und die Stange ständig mit einer vorgegebenen Federspannung in Richtung auf den Ventilsitz (43) vorspannt.
4. Taumelscheibenkompressor nach Anspruch 3, dadurch
gekennzeichnet, daß das zweite Ventil (41′) in das
Gehäuseelement (3) eingebaut ist.
5. Taumelscheibenkompressor nach Anspruch 3, dadurch
gekennzeichnet, daß das Ventilelement (48) als Kugel
ausgebildet ist.
6. Taumelscheibenkompressor nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, daß das zweite Ventil (41′) folgende
Elemente umfaßt:
eine hermetisch abgedichtete, in dem Gehäuseelement (3) ausgebildete Auslaßdruckkammer (52), welche mit der Auslaßkammer (7) des Gehäuseelements (3) in Verbindung steht;
einen Faltenbalg (54), der in dem Gehäuseelement (3) angeordnet ist und in diesem eine Umgebungssdruckkammer (53) definiert, welche mit der Umgebungsluft in Verbindung steht;
eine Feder (67), welches in der Umgebungsdruckkammer (53) angeordnet ist und welches den Faltenbalg (54) entgegen dem in der Auslaßdruckkammer (52) herrschenden Auslaßdruck in einen gestreckten Zustand vorspannt;
eine Ventilöffnung (56), die in die zweiten Kanäle eingefügt ist; und
ein Ventilelement (55 a) mit einer Ventilstange (55 b), welche mit dem Faltenbalg (54) verbunden ist, derart, daß das Ventilelement (55 a) in Abhängigkeit von einer Verlängerung und Verkürzung des Faltenbalges (54) auf die Ventilöffnung (56) zu und von dieser wegbewegbar ist.
eine hermetisch abgedichtete, in dem Gehäuseelement (3) ausgebildete Auslaßdruckkammer (52), welche mit der Auslaßkammer (7) des Gehäuseelements (3) in Verbindung steht;
einen Faltenbalg (54), der in dem Gehäuseelement (3) angeordnet ist und in diesem eine Umgebungssdruckkammer (53) definiert, welche mit der Umgebungsluft in Verbindung steht;
eine Feder (67), welches in der Umgebungsdruckkammer (53) angeordnet ist und welches den Faltenbalg (54) entgegen dem in der Auslaßdruckkammer (52) herrschenden Auslaßdruck in einen gestreckten Zustand vorspannt;
eine Ventilöffnung (56), die in die zweiten Kanäle eingefügt ist; und
ein Ventilelement (55 a) mit einer Ventilstange (55 b), welche mit dem Faltenbalg (54) verbunden ist, derart, daß das Ventilelement (55 a) in Abhängigkeit von einer Verlängerung und Verkürzung des Faltenbalges (54) auf die Ventilöffnung (56) zu und von dieser wegbewegbar ist.
7. Taumelscheibenkompressor nach Anspruch 6, dadurch
gekennzeichnet, daß das Ventilelement (55 a) konisch
ausgebildet ist und daß die zugeordnete Ventilöffnung
(56) als runde, durchgehende Öffnung ausgebildet ist.
8. Taumelscheibenkompressor nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, daß das erste Ventil (29) folgende
Elemente umfaßt:
einen hohlzylindrischen Ventil-Grundkörper, der in das Gehäuseelement (3) eingebaut ist;
eine in dem Grundkörper angeordnete Membran (33), welche innerhalb des Grundkörpers eine
Umgebungsdruckkammer (32) und eine Ansaugdruckkammer (30) definiert, die mit der Ansaugkammer (6) in dem Gehäuseelement (3) in Verbindung steht, wobei die Membran (33) in Abhängigkeit von Änderungen des Ansaugdruckes in dem Kältemittel vor der Kompression desselben auslenkbar ist;
eine Feder (34 a), welche in der Umgebungsdruckkammer (32) angeordnet ist, um die Membran (33) unter einer vorgegebenen Federvorspannung zu halten; und
eine Ventilstange, welche beweglich in dem hohlzylindrischen Grundkörper angeordnet, mit ihrem ersten Ende mit der Membran verbunden und mit ihrem zweiten Ende mit einem Ventilelement (36) verbunden ist.
einen hohlzylindrischen Ventil-Grundkörper, der in das Gehäuseelement (3) eingebaut ist;
eine in dem Grundkörper angeordnete Membran (33), welche innerhalb des Grundkörpers eine
Umgebungsdruckkammer (32) und eine Ansaugdruckkammer (30) definiert, die mit der Ansaugkammer (6) in dem Gehäuseelement (3) in Verbindung steht, wobei die Membran (33) in Abhängigkeit von Änderungen des Ansaugdruckes in dem Kältemittel vor der Kompression desselben auslenkbar ist;
eine Feder (34 a), welche in der Umgebungsdruckkammer (32) angeordnet ist, um die Membran (33) unter einer vorgegebenen Federvorspannung zu halten; und
eine Ventilstange, welche beweglich in dem hohlzylindrischen Grundkörper angeordnet, mit ihrem ersten Ende mit der Membran verbunden und mit ihrem zweiten Ende mit einem Ventilelement (36) verbunden ist.
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