DE3500298C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Taumelscheibenverdichter nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1, wie er aus der US 41 78 135 oder der dieser entsprechenden DE-OS 28 54 049 bekannt ist. Ein bevorzugtes Anwendungsgebiet von Verdichtern nach der Erfindung sind Klimaanlagen in Kraftfahrzeugen. Die Erfindung bezieht sich speziell auf solche Verdichter, bei denen der Druck im Innenraum, also um die Taumelscheibe herum, steuer- oder regelbar ist, um die Fördermenge des Verdichters ändern zu können.

Ein Taumelscheibenverdichter mit variabler Fördermenge ist gewöhnlich dazu ausgebildet, seine Fördermenge durch eine Änderung der Taumelscheibenneigung zu ändern. Aus der US 38 61 829 ist es bekannt, den Kühlmitteldruck im Innenraum eines Verdichters, also um dessen Taumelscheibe herum, zu ändern, um die Taumelscheibenneigung relativ zur Antriebswelle zu ändern. Dieser bekannte Verdichter hat ein flüssigkeitsdichtes Gehäuse, eine darin drehbar gelagerte Antriebswelle, einen im Gehäuse angeordneten Zylinderkörper, welcher Zylinder enthält, die um die Antriebswelle herum angeordnet sind und sich im wesentlichen parallel zur Längsachse der Antriebswelle erstrecken, ferner in diesen Zylindern angeordnete Kolben, die im Betrieb in den Zylindern hin- und hergehende Bewegungen ausführen, und eine Taumelscheibe, die an ihrem Mittelabschnitt an Gelenkzapfen gelagert ist, welche sich senkrecht zur Antriebswelle erstrecken und axial längs dieser Welle verschiebbar sind, und die an einer Außenseite an einem Anlenkzapfen abgestützt sind, welcher zusammen mit der Antriebswelle drehbar ist. Die Taumelscheibe dieses bekannten Verdichters ist zur Schwenkverstellung zusammen mit der axialen Bewegung der Gelenkzapfen längs der Antriebswelle ausgebildet, um ihren Neigungswinkel relativ zur Antriebswelle zu ändern.

Während sich die Taumelscheibe in einer relativ zur Antriebswelle geneigten Lage dreht, bewegen sich die Kolben in ihren Zylindern hin und her und führen dabei Pumparbeit aus.

Bei diesem Verdichter wirkt die resultierende Reaktionskraft von den Kolben auf die Taumelscheibe: Diese Kolben erzeugen Kräfte auf die Taumelscheibe, einige Kolben bei ihren Kompressionshüben, einige bei ihren Saughüben, und diese Kräfte kann man sich vereinigt denken zu einer Resultierenden. Diese wirkt auf die Taumelscheibe an einer Stelle innerhalb einer Hälfte des von den Achsen der Zylinder beschriebenen Kreises, und zwar an einer Stelle, welche auf derselben Seite der Antriebswelle liegt wie die Kolben bei deren Kompressionshüben, so daß die Taumelscheibe von dieser resultierenden Reaktionskraft beaufschlagt wird, um während des Pumpens der Kolben relativ zur Antriebswelle um die als bewegliche Anlenkstelle wirkenden Anlenkzapfen in eine geneigte Lage verschwenkt zu werden.

Die resultierende Reaktionskraft der Kolben wirkt dem Druck im Innenraum des Verdichters, also um dessen Taumelscheibe herum, entgegen, welcher Druck als Gegendruck auf die Kolben wirkt. Wenn deshalb in diesem Innenraum ein Druckabfall auftritt, wird die Taumelscheibe verstellt, um ihren Neigungswinkel und damit die Fördermenge zu erhöhen. Steigt dagegen der Druck in diesem Innenraum, so wird die Taumelscheibenneigung und damit die Fördermenge des Verdichters verringert.

Bei diesem Verdichter ist es bekannt, daß der Unterschied zwischen Werten des Druckes im Innenraum, die der maximalen Taumelscheibenneigung bzw. der minimalen Taumelscheibenneigung entsprechen, in einen Bereich fallen, der zwischen 5 und 10% des Unterschiedes zwischen dem Druck auf der Saugseite und dem Druck auf der Druckseite des Verdichters liegt. Arbeitet z. B. der Verdichter mit einem Förderdruck von 13,8 bar und mit einem Saugdruck von 2 bar, so muß der Druck im Innenraum, also um die Taumelscheibe herum, in einem sehr engen Bereich von ungefähr 2,7 bar bis ungefähr 3,3 bar geregelt werden, also innerhalb einer Druckspanne von ungefähr 0,6 bar. Das bedeutet, daß schon eine kleine Änderung des Druckes im Innenraum eine große Änderung der Taumelscheibenneigung bewirkt. Dies erfordert eine präzise Regelung des Druckes in diesem Innenraum und macht es schwierig, eine stabile Regelung der Fördermenge zu erzielen.

Aus der US 41 78 135 kennt man einen in analoger Weise arbeitenden Taumelscheibenverdichter, dessen Fördermenge ebenfall durch Veränderung des Druckes in seinem Innenraum geregelt wird. Bezüglich der Einzelheiten der Regelung ist auf die US 38 61 829 Bezug genommen. Die Erfahrung zeigt aber, daß dieser Taumelscheibenverdichter sehr "nervös" bereits auf kleine Druckänderungen in seinem Innenraum reagiert, wie sie im Betrieb immer wieder vorkommen können.

Deshalb ist es eine Aufgabe der Erfindung, bei einem Taumelscheibenverdichter der gattungsgemäßen Art die Stabilität der Regelung zu verbessern.

Nach der Erfindung wird diese Aufgabe gelöst durch die im Anspruch 1 angegebenen Maßnahmen. Man erhält so einen Taumelscheibenverdichter, bei dem eine stabile Regelung der Fördermenge über den Druck im Innenraum möglich ist, ohne daß hierzu eine besonders präzise Regelung des Druckes in diesem Innenraum erforderlich wäre. Dies wird in sehr einfacher Weise - und praktisch ohne irgendwelche Mehrkosten - dadurch erreicht, daß bei Zunahme der Taumelscheibenneigung eine nicht unerhebliche Verlagerung der zweiten Anlenkstelle (zwischen einer Seitenfläche der Taumelscheibe einerseits und einer mit dieser nach Art eines Nockensystems zusammenwirkenden Stirnseite eines die Taumelscheibe antreibenden Armes andererseits) in Richtung zur Längsachse der Antriebswelle erfolgt. Dadurch verringern sich bei zunehmender Taumelscheibenneigung die Hebelarme der zweiten Anlenkstelle, und die Folge hiervon ist, daß zur vollen Verstellung der Taumelscheibe eine wesentlich größere Druckdifferenz im Innenraum erforderlich ist als bei derartigen Verdichtern nach dem Stand der Technik, z. B. nach der US 41 78 135.

Eine besonders einfache Ausführung eines solchen Taumelscheibenverdichters erhält man in bevorzugter Weiterbildung der Erfindung dadurch, daß die Nockenfläche eine konvexe Fläche aufweist, die an der Stirnseite des Armes ausgebildet ist, und daß die mit dieser Nockenfläche nach Art eines Nockensystems zusammenwirkende Seitenfläche der Taumelscheibe eine ebene Fläche aufweist, gegen welche diese konvexe Nockenfläche anliegt. Man benötigt in diesem Fall nur eine leicht herstellbare konvexe Fläche am Arm, so daß sich eine sehr einfache Herstellung eines derartigen Taumelscheibenverdichters ergibt.

Eine sehr einfache und zweckmäßige, dabei aber robuste Antriebsverbindung zwischen dem Arm und der Taumelscheibe ist Gegenstand des Patentanspruchs 3. - Aus der US 40 73 603 ist ein Stützgestell für eine Taumelscheibe bekannt, welches aus zwei tiefgezogenen Teilen besteht, die zusammen mit der Welle umlaufen und an ihren offenen Enden durch zwei Verbindungsstücke verbunden sind. Zur Verbindung mit der Taumelscheibe dienen zwei Laschen, die an diesen Verbindungsstücken flächig abgestützt sind und daher durch das im Betrieb auftretende Drehmoment weniger leicht verbogen werden können.

Eine besonders einfache und betriebssichere Ausführungsform ergibt sich in weiterer Ausgestaltung der Erfindung dadurch, daß mindestens eine Feder zwischen der Taumelscheibe und dem Arm angeordnet ist, welche die Taumelscheibe beaufschlagt, um diese ständig in Anlage gegen den Arm zu halten. Dies hält den Arm und die Taumelscheibe ständig in Anlage gegeneinander und verhindert ein Klappern oder Schlagen dieser Teile.

Zur Erzielung einer langen Lebensdauer geht man ferner in bevorzugter Weise so vor, daß die dem Nockensystem zugeordnete Fläche der Taumelscheibe mit einem abnutzungsfesten Werkstoff versehen ist.

Weitere Einzelheiten und vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den im folgenden beschriebenen und in der Zeichnung dargestellten, in keiner Weise als Einschränkung der Erfindung zu verstehenden Ausführungsbeispielen, sowie aus den Unteransprüchen. Es zeigt:

Fig. 1 einen horizontalen Längsschnitt durch einen Taumelscheibenverdichter mit variabler Fördermenge, nach einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,

Fig. 2 einen vertikalen Längsschnitt durch den Verdichter der Fig. 1,

Fig. 3 eine schematische Seitenansicht der Taumelscheibe und der zweiten Anlenkstelle gemäß einem wichtigen Merkmal des Verdichters der Fig. 1 und 2,

Fig. 4 eine Seitenansicht, gesehen längs des Pfeiles IV der Fig. 3,

Fig. 5 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer Regelanordnung für einen erfindungsgemäßen Verdichter, und

Fig. 6 ein Schaubild, welches den Zusammenhang zwischen dem Druck im Innenraum des Verdichters einerseits und dem Neigungswinkel der Taumelscheibe andererseits zeigt, und zwar einmal bei einem Verdichter nach dem Stand der Technik (Kurve I), und zum anderen bei einem erfindungsgemäßen Verdichter (Kurve II).

In der nachfolgenden Beschreibung werden gleiche oder gleichwirkende Teile jeweils mit denselben Bezugszeichen bezeichnet und gewöhnlich nur einmal beschrieben. Die Begriffe "links, rechts, oben, unten" beziehen sich jeweils auf die Darstellung in der betreffenden Zeichnungsfigur.

Die Fig. 1 und 2 zeigen den Gesamtaufbau eines erfindungsgemäßen Taumelscheibenverdichters mit variabler Fördermenge.

Dieser Verdichter wird nachfolgend in seiner Anwendung bei Klimaanlagen für Kraftfahrzeuge beschrieben, wobei dies natürlich nicht die einzige denkbare Anwendungsmöglichkeit eines solchen Verdichters ist. Ein Gehäuse 11 wird gebildet von einem zylindrischen Gehäuseteil 11 a und einem damit verbundenen Zylinderkopf 11 b, vergl. Fig. 1 und 2. Ein Zylinderkörper 12 ist im zylindrischen Gehäuseteil 11 a angeordnet und kann zweckmäßig - wie dargestellt - mit diesem einstückig ausgebildet sein. Der Zylinderkörper 12 ist mit Zylindern 14 versehen, die gleichmäßig um eine Antriebswelle 13 herum angeordnet sind und sich im wesentlichen parallel zur Längsachse der Welle 13 erstrecken.

In jedem Zylinder 14 ist ein zugeordneter Kolben 26 angeordnet. Ein Innenraum 50, in dem die Taumelscheibe 20 umläuft, wird im Gehäuse 11 gebildet von einem inneren Ende des Zylinderkörpers 12 und den Innenwänden des Gehäuseteils 11 a. Die Antriebswelle 13 ist im wesentlichen längs der Längsachse des Gehäuses 11 angeordnet, wobei ihr eines, linkes Ende gelagert ist von einem Wälzlager 15 in Form eines Kugellagers, das in einer Mittelausnehmung 12 a des Zylinderkörpers 12 angeordnet ist. Das andere Ende der Welle 13 erstreckt sich durch den Mittelabschnitt 23 a eines mit einem sich schräg radial nach außen erstreckenden Arm 23 b versehenen Gliedes 23, welch letzteres in einem Kugellager 25 großen Durchmessers gelagert ist, das seinerseits im Gehäuse 11 a angeordnet ist. Auf diese Weise wird das vom Zylinderkörper 12 abgewandte Ende der Antriebswelle 13 mittels des mit dem Arm 23 b versehenen Glieds 23 und des Kugellagers 25 am Gehäuse 11 a abgestützt.

Dieses Ende der Antriebswelle 13 erstreckt sich ferner durch die vordere, rechte Seite des Gehäuses 11 a, wobei ihr Ende aus dem Gehäuse 11 a nach außen ragt und,wie dargestellt, mit einer Keilriemenscheibe 17 zum Antrieb versehen ist. Eine Dichtung 16 ist, wie dargestellt, auf der Außenseite des Mittelabschnitts 23 a angeordnet, um zwischen dem Gehäuse 11 a und dem Vorsprung 23 a abzudichten. Die Riemenscheibe 17 wird über einen - nicht dargestellten - Keilriemen mit dem - ebenfalls nicht dargestellten - Motor eines Fahrzeugs verbunden.

Ein verschiebbares Glied 18 in Form einer Hülse ist auf einen Mittelabschnitt der Antriebswelle 13 aufgeschoben und auf ihr axial verschiebbar angeordnet. Auf diesem Glied 18 sind, wie in Fig. 2 dargestellt, zwei Gelenkzapfen 19 angeordnet, die sich rechtwinklig zur Antriebswelle 13 erstrecken. Eine Taumelscheibe 20 in Form einer Scheibe hat eine Mittelausnehmung 20 b, mit der sie - mit ausreichendem Zwischenraum - auf das verschiebbare Glied 18 aufgesteckt ist. Die Taumelscheibe 20 ist ferner am verschiebbaren Glied 18 angelenkt, und zwar sind die Gelenkzapfen 19 über Kragen oder Zwischenstücke 20 d in radialen Ausnehmungen 20 c an der Innenwand der Mittelausnehmung 20 b der Taumelscheibenplatte 20 gelagert. So bilden die Gelenkzapfen 19 eine erste Anlenk- oder Abstützachse P 1 für die Taumelscheibe 20.

Der Arm 23 b des Glieds 23 weist eine konvexe Nockenfläche 23 c auf, die ein im Querschnitt etwa halbkreisförmiges Nockenprofil aufweist, welches, wie dargestellt, am freien Ende des Arms 23 b ausgebildet ist und gegen eine vom Zylinderkörper 12 abgewandte Seitenfläche 20 a″ der Taumelscheibe 20 anliegt, welche Seitenfläche an einer vorgegebenen, einen Abstand von der Welle 13 aufweisenden Stelle liegt. Die Kontaktstelle zwischen der Seitenfläche 20 a″ und der Nockenfläche 23 c bildet einen zweiten Anlenkpunkt P 2 für die Taumelscheibe 20. Die Nockenfläche 23 c des Armes 23 b und die Seitenfläche 20 a″ der Taumelscheibe 20 bilden zusammen ein Nockensystem.

Die Fig. 3 und 4 zeigen Einzelheiten der Anlenkstelle P 2 und der sie umgebenden Teile. An der Seitenfläche 20 a″ der Taumelscheibe sind zwei Führungsvorsprünge 20 e (Fig. 4) vorgesehen, die sich parallel zueinander und - bezogen auf die Taumelscheibe 20 - etwa radial erstrecken und zwischen sich eine Lücke 20 f bilden, deren Breite wie dargestellt etwa der Breite des Armes 23 b entspricht und in die das freie Ende des Armes 23 b ragt und eingreift. Die Fläche am Boden der Lücke 20 f ist mit einem abrieb- und abnutzungsfesten Werkstoff 40 bedeckt, und die Nockenfläche 23 c ist in Anlage gegen diesen abnutzungsfesten Werkstoff 40 angeordnet, um die zweite Anlenkstelle P 2 zu bilden.

Bewegt sich also die von den Zapfen 19 gebildete erste Anlenkstelle P 1 axial längs der Welle 13, so wird die Taumelscheibe 20 um die erste Anlenkstelle P 1 verschwenkt und verändert dabei ihre axiale Neigung relativ zu einer vertikalen Linie, um so den Hub der Kolben 26 zu ändern. Gleichzeitig bewegt sich die zweite Anlenkstelle P 2 radial längs der Führungsvorsprünge 20 e, wird aber durch sie an einer Verschiebung in Umfangsrichtung gehindert. Der Verdichter ist so ausgebildet, daß beim kleinsten Neigungswinkel der Taumelscheibe 20 die Kolben 26 hin- und hergehende Bewegungen mit einem Hub ausführen, der mehreren Prozent des Maximalhubs entspricht.

Die erste Anlenkstelle P 1 und die zweite Anlenkstelle P 2 sind so angeordnet, daß unabhängig vom Neigungswinkel der Taumelscheibe 20 jeder der Kolben 26 seinen Saughub beinahe in einer extremen Endlage im zugeordneten Zylinder 14 beginnt, die den O.T. des Kolbens bildet.

Wie Fig. 3 zeigt, sind das Nockenprofil und die radiale Lage der Nockenfläche 23 c wie folgt ausgelegt: Wenn die Taumelscheibe 20 aus einer Lage A mit geringstem Neigungswinkel verschwenkt wird, verschiebt sich die zweite Anlenkstelle P 2 radial nach innen in Richtung zur Achse C der Welle 13, und zwar um eine erhebliche Distanz. In der Stellung A′ größter Neigung der Taumelscheibe 20 nimmt die Anlenkstelle P 2 eine Lage P 2′ ein, die am dichtesten bei der Achse C liegt. Hierbei ist die Verschiebung P 2-P 2′ der Anlenkstelle P 2 zwischen der Lage A geringster Neigung und der Lage A′ größter Neigung wesentlich größer als die Verschiebung bei einem Verdichter dieser Art nach dem Stand der Technik.

Zwei Zapfen 41 (Fig. 3 und 4) sind an den gegenüberliegenden Außenseiten der parallelen Führungsvorsprünge 20 e angeordnet und erstrecken sich seitlich in entgegengesetzter Richtung, wobei ihre Achsen miteinander fluchten. Ein Zapfen 42 ist mit seinem Mittelabschnitt im Arm 23 b befestigt, und zwar auf der von der Taumelscheibe 20 abgewandten Seite der Zapfen 41 und im Abstand von diesem. Federn 43 liegen wie dargestellt zwischen den zugeordneten Paaren von Zapfen 41, 42, um die Seitenfläche 20 a″ der Taumelscheibe 20 in kraftschlüssiger Anlage gegen die Nockenfläche 23 c des Armes 23 b zu halten und dadurch eine sichere Anlage dieser beiden Teile gegeneinander zu erhalten.

Der Nockeneingriff zwischen der Taumelscheibe 20 und dem Arm 23 b des Glieds 23 hat die Funktion, bei einer Änderung der Neigung der Taumelscheibe 20 eine Verschiebung der zweiten Anlenkstelle P 2 relativ zur Achse C der Welle 13 zu bewirken. Dieselbe Funktion kann naturgemäß auch mit anderen Mitteln erreicht werden, und deshalb ist diese Funktion nicht beschränkt auf die Kombination einer ebenen Fläche an der Taumelscheibe 20 mit einer konvexen Fläche am Arm 23 b, wie das im vorliegenden Ausführungsbeispiel dargestellt ist. Jede andere Kombination von gegeneinander anliegenden Flächen mit verschiedenen Profilen kann verwendet werden, sofern sie eine Nockenfunktion erbringt, die derjenigen des dargestellten Ausführungsbeispiels gleichwertig ist, z. B. die Kombination einer konvexen Fläche an der Taumelscheibe mit einer ebenen Fläche am Arm 23 b, ebenso die Kombination einer konkaven Fläche der Taumelscheibe mit einer konvexen Fläche des Arms 23 b, etc.

Die zur Anpressung dienenden Schraubenfedern 43, welche dazu dienen, die Seitenfläche 20 a″ in Anlage gegen die Nockenfläche 23 c des Armes 23 b zu halten, können ggf. entfallen, da die resultierende, von den Kolben 26 beideren Kompressionshüben ausgeübte Reaktionskraft auf die Taumelscheibe 20 in Richtung der Nockenfläche 23 c wirkt und deshalb im Betrieb des Verdichters ebenfalls diese Teile in ähnlicher Weise gegeneinander preßt.

Die Antriebswelle 13 hat längs ihrer Achse eine axiale Ausnehmung 13 a größeren Durchmessers, die sich wie dargestellt in einem vom Zylinderkörper 12 abgewandten Abschnitt der Welle 13 erstreckt. Sie hat ferner eine axiale Ausnehmung 13 b kleineren Durchmessers, die sich kontinuierlich vom einen Ende der axialen Ausnehmung 13 a zum Zylinderkörper 12 erstreckt und an der entsprechenden Stirnseite der Welle 13 mündet. An der Außenseite der Welle 13 ist diese mit einem Paar von in Achsrichtung sich erstreckenden Schlitzen 44 (Fig. 2) an diametral gegenüberliegenden Stellen versehen. Ein innerer Schieber 45 ist verschiebbar in der axialen Ausnehmung 13 a größeren Durchmessers angeordnet und wird durch eine ebenda angeordnete Schraubenfeder 31 in Richtung zum Zylinderkörper 12 beaufschlagt. Ein Querstift 46 erstreckt sich diametral durch den Schieber 45, und seine beiden Enden erstrecken sich jeweils durch den zugeordneten Längsschlitz 44 und durch die Innenwand des äußeren Schiebers 18, welch letzterer axial verschiebbar auf der Welle 13 angeordnet ist. Dadurch wird der Schieber 18 ständig durch die Schraubenfeder 31, welche den inneren Schieber 45 und - über den Querstift 46 auch den äußeren Schieber 18 - beaufschlagt, in Richtung zum Zylinderkörper 12 beaufschlagt, und auf diese Weise wird die Taumelscheibe 20 ständig in einer Richtung beaufschlagt, in der ihre Neigung reduziert wird, also in Richtung zur Leerlaufstellung.

Die Kolben 26 befinden sich in den Zylindern 14 des Zylinderkörpers 12 und führen dort im Betrieb hin- und hergehende Bewegungen aus. Die Zylinder 14 sind in üblicher Weise konzentrisch zur Achse 13 und bevorzugt mit gleichen Winkelabständen voneinander angeordnet. An jedem Kolben 26 ist eine Kolbenstange 27 befestigt und erstreckt sich, in Fortsetzung der jeweiligen Kolben-Längsachse, in Richtung zur Taumelscheibe 20. An ihrer Spitze sind die Kolbenstangen 27 jeweils einstückig mit einer Kugel 27 a versehen, die sphärisch in eine hierzu komplementäre Ausnehmung 28 a′ im Hauptteil 28 a eines zugeordneten Gleitschuhes 28 eingreift. Die Gleitschuhe 28 haben jeweils einen flanschartig verbreiterten Abschnitt 28 b, welcher mit dem Hauptteil 28 a einstückig ausgebildet ist und welcher ständig durch ein erstes Halteglied 29 in Gleitkontakt mit oder enger Nähe zu einer seitlichen Gleitfläche 20 a′ der schwenkend verdrehbaren Taumelscheibe 20 gehalten wird, auch wenn sich letztere dreht. Dabei ist davon auszugehen, daß die scheibenförmige Platte 20 a einen Bestandteil der Taumelscheibe 20 bildet. Das erste Halteglied 29 ist für sich frei verschiebbar, steht in Eingriff mit den Gleitschuhen 28, und ist mit diesen verschiebbar. Ferner ist ein zweites Halteglied 30 vorgesehen, welches das erste Halteglied 29 in Gleitkontakt mit oder enger Nähe zu den Gleitschuhen 28 hält.

Eine Ventilplatte 32 ist an dem äußeren (linken) Ende des Zylinderkörpers 12 angeordnet. Sie trägt (nicht dargestellte) Saugventile, sowie Auslaßventile 32 a, und zwar an Stellen, die den zugeordneten Zylindern 14 entsprechen. Die Saugventile liegen zwischen den Zylinderbohrungen 14 und einem ringförmigen Saugraum 33, der im Zylinderkopf 11 b ausgebildet ist. Die Auslaßventile 32 a liegen zwischen den Zylinderbohrungen und einem ringförmigen Druckraum 34, der ebenfalls im Zylinderkopf 11 b ausgebildet ist. Der Druckraum 34 ist an seinem Auslaß mit einem Rückschlagventil 34 a versehen, welches sich öffnet, wenn der Druck im Druckraum 34 einen vorgegebenen Wert überschreitet. Über dieses Rückschlagventil 34 a steht der Druckraum 34 in Verbindung mit einem Druckanschluß in einem Anschlußglied 34 b, das zur Verbindung mit dem - nicht dargestellten - Kühlkreis der Klimaanlage dient.

Ein Potentiometer 51 bildet eine Sensorvorrichtung zum Erfassen der Taumelscheibenneigung. Es ist im Zylinderkopf 11 b angeordnet und hat einen Schieber 51 a, der durch Federn 51 b in Richtung zur Welle 13 gepreßt wird, damit er kraftschlüssig über eine Stange 51 c mit dem inneren Schieber 45 verbunden ist und dessen Bewegungen folgt. Die Stange 51c ist axial frei verschiebbar in der Ausnehmung 13 b kleineren Durchmessers der Welle 13 angeordnet. Der Schieber 51 a des Potentiometers 51 folgt also exakt den axialen Bewegungen des inneren Schiebers 45.

Fig. 5 zeigt beispielhaft ein Regelsystem zur Regelung eines Verdichters nach der Erfindung. Der Innenraum 50, in dem die Taumelscheibe 20 umläuft, steht über einen Durchlaß 53 mit einer darin ausgebildeten Drossel 52 in Verbindung mit einem Raum 33′ niedrigeren Druckes, z. B. dem Saugraum 33. Im Betrieb entweicht bei den Kompressionshüben Leckgas durch die Spalte zwischen den Zylindern 14 und den Kolben 26 in den Innenraum 50. Der Querschnitt der Drossel 52 ist nun so ausgelegt, daß dieses Leckgas durch diese Drossel 52 in den Raum 33′ niedrigeren Druckes, also z. B. den Saugraum 33, mit einer Durchflußrate entweichen kann, daß der Druck im Innenraum 50 ständig und bei allen Betriebsbedingungen des Verdichters unter einem zulässigen Maximalwert bleibt. In Fig. 5 ist der Durchflußweg des Leckgases (aus den Druck führenden Zylindern) symbolisch in Form einer Drossel 52′ angedeutet. Diese Drossel symbolisiert die erwähnten Spalte zwischen den Zylindern 14 und den Kolben 26, durch welche das Leckgas in den Innenraum 50 strömt.

Der Innenraum 50 steht mit einem Raum 34′ höheren Druckes, z. B. dem Druckraum 34, über einen Durchlaß 55 in Verbindung, in dem ein Magnetventil 54 angeordnet ist. Der Ausgang des Potentiometers 51 ist mit dem Eingang eines elektronischen Regelgeräts 56 verbunden, dessen Ausgang seinerseits mit dem Elektromagneten des Magnetventils 54 verbunden ist.

Arbeitsweise

Wenn das elektronische Regelgerät 56 das Magnetventil 54 nicht erregt, wird letzteres geöffnet und verbindet den Innenraum 50 über das geöffnete Ventil 54 und die Leitung 55 mit dem Raum 34′ höheren Druckes. Falls hierbei der Verdichter in Ruhe ist, wird der Schieber 18 durch die Kraft der Schraubenfeder 31, bezogen auf Fig. 5, ganz nach links gedrückt, und folglich wird die Taumelscheibe 20 in ihrer Lage geringster Neigung gehalten. Wird hierbei die Riemenscheibe 17 durch den - nicht dargestellten - Motor gedreht, so treibt die Welle 13 das Glied 23 und damit auch dessen Arm 23 b an, und da letzterer mit den Führungsvorsprüngen 20 e der Taumelscheibe 20 in Eingriff steht, treibt er auch die Taumelscheibe an.

Die Taumelscheibe 20 bewirkt in ihrer Stellung geringster Neigung einen Hub der Kolben 26 um einen Betrag, der mehreren Prozent des Maximalhubs entspricht. Diese Hubbewegungen der Kolben 26 bewirken eine Absenkung des Druckes im Raum 33′ niedrigeren Druckes, und gleichzeitig ein Ansteigen des Druckes im Raum 34′ höheren Druckes. Der Druckabfall im Raum 33′ wird über die Drossel 52 zum Innenraum 50 übertragen, und ebenso wird der Druckanstieg im Raum 34′ - durch den geöffneten Durchlaß 55 - zum Innenraum 50 übertragen, so daß der Druck dort nicht abfällt und auf die Taumelscheibe 20 in Richtung zu den Kolben 26 hin wirkt.

Wie Fig. 3 zeigt, wirken hierdurch Kräfte infolge des Drucks im Innenraum 50 auf die Kolben 26 und damit als Resultierende f 2 auf die Taumelscheibe 20. Man kann dies auch als die Gegendruckkraft f 2 bezeichnen.

In der entgegengesetzten Richtung wirkt die Resultierende f 1 der von den Kolben 26 erzeugten Reaktionskräfte, deren Lage in Fig. 3 angegeben ist. Diese Kraft f 1 wirkt auf die Taumelscheibe 20 in Richtung weg von den Kolben 26.

Die Drehmomente, welche diese Kräfte, bezogen auf die Anlenkstelle P 2 ausüben, wirken einander entgegen und sind im Gleichgewicht, so daß die Taumelscheibe 20 durch die Feder 31 (Fig. 1 und 2) in ihrer Lage kleinster Neigung gehalten wird und der Verdichter im Leerlauf arbeitet.

Wenn das elektronische Regelgerät 56 dem Magnetventil 54 Strom zuführt, geht dieses in seine Schließstellung und unterbricht die Verbindung zwischen dem Innenraum 50 und dem Raum 34′ höheren Drucks. Dann wird ein Sinken des Druckes im Raum 33′ niedrigeren Druckes, welches durch Hubbewegungen der Kolben 26 bewirkt wird, durch die Drossel 52 in den Innenraum 50 übertragen und bewirkt dort ebenfalls ein Sinken des Druckes. Gleichzeitig nimmt der Druck im Raum 34′ höheren Druckes zu. Folglich nimmt die Gegendruckkraft f 2 und damit das von ihr erzeugte Drehmoment ab, so daß das Drehmoment der Resultierenden f 1, welches in entgegengesetzter Richtung wirkt, größer ist als das Drehmoment der Kraft f 1, so daß es eine Erhöhung der Neigung der Taumelscheibe 20 und damit des Hubs der Kolben 26 bewirkt, wodurch die Fördermenge des Verdichters erhöht wird.

Das Rückschlagventil 34 a erleichtert den Anlauf, indem es einen kleinen Differentialdruck bewirkt, der einen ausreichenden Druckanstieg im Raum 34′ höheren Druckes verursacht, so daß die Taumelscheibe 20 signifikant in der die Neigung erhöhenden Richtung verstellt wird, ehe sich das Rückschlagventil 34 a öffnet und einen Kühlmittelstrom vom Verdichter zur Klimaanlage ermöglicht.

Wenn sich die Neigung der Taumelscheibe 20 ändert, wird dies auf den Schieber 51 a des Potentiometers 51 übertragen, und zwar durch den inneren Schieber 45, der sich bei dieser Neigungsänderung axial in der Ausnehmung 13 a der Welle 13 verschiebt, und durch die Stange 51 c, welche diese Bewegung auf den Schieber 51 a überträgt. Ein Ausgangssignal vom Potentiometer 51, das repräsentativ für die Neigung der Taumelscheibe 20 ist, wird zum elektronischen Regelgerät 56 übertragen. Gleichzeitig werden zum Regelgerät 56 weitere Informationen übertragen wie Wärmebelastung der Klimaanlage, Drehzahl des Motors, etc., und daraus erzeugt das Regelgerät 56 ein Regelsignal und führt dieses dem Magnetventil 54 zu.

Das Regelgerät 56 ermittelt also aus der Neigung der Taumelscheibe 20, die vom Potentiometer 51 erfaßt wird, ob die - von der Taumelscheibenneigung abhängige - Fördermenge des Verdichters im Sollwert liegt, und wenn dies der Fall ist, bewirkt sie eine Öffnung des Steuerventils 54, das als Stellglied wirkt. Über den Durchlaß 55 wird dann dem Innenraum 50 Druck vom Raum 34′ höheren Druckes zugeführt, und der erhöhte Druck im Innenraum 50 unterbricht dann die Abnahme des Druckes im Innenraum 50 und unterbricht dadurch auch die Zunahme der Neigung der Taumelscheibe 20.

Die Zufuhr von höherem Druck zum Innenraum 50 bewirkt dort dann eine Druckerhöhung und damit eine Abnahme der Taumelscheibenneigung (durch Erhöhung der Kraft f 2 in Fig. 3). Diese Abnahme der Taumelscheibenneigung wird vom Potentiometer 51 erfaßt, und dementsprechend bewirkt dann das elektronische Regelgerät 56, daß das Steuerventil 54 geschlossen wird und so die Verbindung zwischen dem Innenraum 50 und dem Raum 34′ höheren Druckes unterbricht. Ab diesem Zeitpunkt nimmt der Druck im Innenraum 50 ab, da er über die Drossel 52 in den Raum 33′ niedrigeren Druckes abströmen kann, so daß die Neigung der Taumelscheibe 20 wieder zunimmt.

Der beschriebene Regelvorgang (Zweipunktregelung bei diesem Beispiel) wird ständig wiederholt, um die Fördermenge des Verdichters jeweils auf einen Wert zu regeln, welcher der Wärmebelastung der Klimaanlage entspricht.

Falls die Fördermenge infolge einer Zu- oder Abnahme der Motordrehzahl, oder infolge einer Ab- oder Zunahme der Wärmebelastung, über einen Wert ansteigt oder unter einen Wert fällt, wie er für die Wärmebelastung der Klimaanlage erforderlich ist, wird das elektronische Regelgerät 56 wirksam und öffnet oder schließt das Steuerventil 54 zur Steuerung der Taumelscheibenneigung und damit der Fördermenge des Verdichters. Wenn z. B. die Fördermenge des Verdichters über einen Wert ansteigt, wie er für die Wärmebelastung der Klimaanlage erforderlich ist, wird der Druck im Innenraum 50 erhöht, um die Taumelscheibenneigung zu reduzieren. Wenn dagegen die Fördermenge des Verdichters unter diesen Wert fällt, so wird der Druck im Innenraum 50 abgesenkt, um die Neigung der Taumelscheibe 20 zu erhöhen.

Wenn hierbei die Taumelscheibenneigung zunimmt, verschiebt sich die zweite Anlenkstelle P 2 in Richtung zur Längsachse C der Welle 13, vergl. Fig. 3.

Bei dieser Verschiebung von P 2 werden die auf diese Stelle bezogenen Drehmomente der Kräfte f 1 und f 2 kleiner, d. h. mit zunehmender Taumelscheibenneigung werden diese Drehmomente durch die Verschiebung der zweiten Anlenkstelle P 2 verkleinert. Hierbei ist f 2 die Resultierende durch den Gegendruck im Innenraum 50, welche auf die Taumelscheibe 20 in Richtung zu den Kolben 26 wirkt, und f 1 ist die Resultierende der Kräfte, die von den Kolben 26 bei deren Saug- und Druckhüben erzeugt werden und auf die Taumelscheibe 20 in Richtung weg von den Kolben 26 wirken.

Die Hebelarme der Kräfte f 1 und f 2, bezogen auf die Lage der zweiten Anlenkstelle P 2 bei geringer Taumelscheibenneigung, sind in Fig. 3 mit 11 und 12 bezeichnet. Ebenso sind in analoger Weise diese Hebelarme, bezogen auf die Lage der zweiten Anlenkstelle P 2′ bei starker Neigung der Taumelscheibe 20, in Fig. 3 mit l′1 und l′2 bezeichnet. Es gelten dann folgende Ungleichungen

f 1 × l 1 < f 1 × l′1
f 2 × l 2 < f 2 × l′2

Es sei nun angenommen, daß bei einem bisher üblichen Verdichter dieses Typs l 1 25 mm und l 2 35 mm betragen soll, und daß dort bei Zunahme der Taumelscheibenneigung die zweite Anlenkstelle P 2 um 2 mm radial nach innen verschoben wird. Dann beträgt l′1 23 mm und l′2 33 mm. Der Druck im Innenraum 50 würde sich verhalten wie das Verhältnis der Drehmomente von f 1 und f 2 wie folgt:

l 1 : l 2 = 25 : 35 = 0,714
l′1 : l′2 = 23 : 33 = 0,697

Dies gilt also für einen Verdichter nach dem Stand der Technik.

Es sei ferner angenommen, daß bei einem Verdichter nach der Erfindung die Verschiebung der zweiten Anlenkstelle P 2 bei Erhöhung der Taumelscheibenneigung 10 mm beträgt. Dann beträgt - unter Voraussetzung derselben Ausgangswerte - l′1 15 mm und l′2 25 mm. Die Drücke im Innenraum 50 wären dann proportional dem Verhältnis der Drehmomente von f 1 und f 2 wie folgt:

l 1 : l′2 = 25 : 35 = 0,714
l′1 : l′2 = 15 : 25 = 0,6

Wie dieses Zahlenbeispiel zeigt, benötigt man bei einem erfindungsgemäßen Verdichter eine wesentlich größere Abnahme des Druckes im Innenraum 50, um die maximale Taumelscheibenneigung zu erhalten. Umgekehrt gesagt, benötigt man bei der Erfindung für eine bestimmte Winkeländerung der Taumelscheibenneigung eine größere Änderung des Druckes im Innenraum 50 als bei den Verdichtern nach dem Stand der Technik. In der Praxis bedeutet dies, daß mit der Erfindung wesentlich leichter eine stabile Regelung und damit ein stabiler Betrieb zu erzielen ist als mit den Verdichtern nach dem Stand der Technik.

Fig. 6 zeigt den Zusammenhang zwischen dem Druck im Innenraum 50 und dem Neigungswinkel der Taumelscheibe 20, also der Förderleistung des Verdichters. Die Kurve I zeigt diesen Verlauf bei einem Verdichter nach dem Stand der Technik mit einer normalen Verschiebung der zweiten Anlenkstelle P 2 relativ zu einer Änderung des Neigungswinkels der Taumelscheibe 20. Die Kurve II zeigt dasselbe bei einem erfindungsgemäßen Verdichter, bei dem die zweite Anlenkstelle P 2 bei erhöhter Taumelscheibenneigung stärker nach innen verschoben wird, wie das oben bei Fig. 3 erläutert wurde.

Aus dem Schaubild ergibt sich, daß nach der Kurve II die Taumelscheibenneigung (und damit die Förderleistung des Verdichters) eine kleinere Änderung relativ zu einer Druckänderung Δ P im Innenraum erfährt, als das bei der Kurve I der Fall ist. Hierbei bedeuten Δ V 1 und Δ V 2 Änderungen in der Fördermenge des Verdichters. Man erkennt, daß dieselbe Druckänderung Δ P im Innenraum 50 bei der Kurve I eine größere Änderung Δ V 1 der Fördermenge bewirkt, bei der Kurve II dagegen nur eine kleine Änderung Δ V 2. Deshalb kann nach der Erfindung die Fördermenge leicht in stabiler Weise geregelt werden, selbst ohne eine präzise Regelung des Drucks im Innenraum 50.

Ferner ist der Durchströmquerschnitt der Drossel 52 in bevorzugter Weise so ausgelegt, daß bei allen Betriebszuständen des Verdichters Leckgas, das durch die Spalte zwischen den Zylindern 14 und den Kolben 26 in den Innenraum 50 leckt, ständig durch die Drossel 52 zum Raum 33′ niedrigeren Druckes abströmen kann, und zwar so, daß wenn das Steuerventil 54 geschlossen ist, der Druck im Innenraum 50 in allen Fällen abnimmt. Deshalb ist hier eine Regelung des Druckes im Innenraum 50 einfach dadurch möglich, daß man nur das Magnetventil 54 entsprechend betätigt, um damit - als Stellglied - die Verbindung zwischen dem Raum 34′ höheren Druckes und dem Innenraum 50 zu steuern, z. B. sie zu öffnen oder zu schließen.

Falls gewünscht wird, die gesamte Motorleistung für den Fahrbetrieb verfügbar zu machen, z. B. beim Beschleunigen des Fahrzeugs, beim Befahren einer Steigung, etc., führt das elektronische Regelgerät 56 dem Magnetventil 54 keinen Strom mehr zu, so daß dieses geöffnet wird und sofort den höheren Druck vom Raum 34′ über den Durchlaß 55 dem Innenraum 50 zuführt. Der Druck im Innenraum 50 wird dann schnell erhöht, so daß die Taumelscheibe 20 schnell in ihre Stellung geringster Neigung verschwenkt wird und der Verdichter in den Leerlaufbetrieb übergeht. Derjenige Teil der Motorleistung, der sonst dem Verdichter zugeführt wird, wird also dann den Antriebsrädern zugeführt, um die Beschleunigung oder Steigfähigkeit des Fahrzeugs, oder sonstige Fahrzeugcharakteristiken, zu verbessern.

Ferner sind, wie bereits erwähnt, die Lagen der ersten und zweiten Anlenkstelle P 1 bzw. P 2 so ausgelegt, daß die Kolben 26 ihren Hub ausgehend von ihren extremen Endlagen, also ihren oberen Totpunkten, in den jeweiligen Zylindern 14 beginnen, und zwar unabhängig von der jeweiligen Neigung der Taumelscheibe 20. Das bedeutet, daß der in einem Zylinder jeweils nicht vom Kolben durchlaufene Abschnitt sehr klein ist, selbst wenn die Taumelscheibe 20 eine sehr kleine Neigung einnimmt und folglich die Fördermenge des Verdichters sehr klein ist. Dadurch erhält man stets einen ausreichenden Kompressionswirkungsgrad.

Wie bereits beschrieben, ist der erfindungsgemäße Taumelscheibenverdichter so ausgebildet, daß die zweite Anlenkstelle P 2 für die Taumelscheibe 20 bei Zunahme der Taumelscheibenneigung um einen größeren Betrag in Richtung zur Welle 13 verschoben wird, als dies bei den Verdichtern nach dem Stand der Technik der Fall war. Deshalb bewirkt bei einem erfindungsgemäßen Verdichter eine vorgegebene Änderung des Druckes im Innenraum 50 eine kleinere Winkeländerung der Taumelscheibenneigung, also eine kleinere Änderung der Förderleistung, als bei den Verdichtern nach dem Stand der Technik, und dies ermöglicht eine stabile Regelung der Förderleistung des Verdichters selbst ohne eine präzise Regelung des Drucks in diesem Innenraum.

Ferner wird die Regelung der Taumelscheibenneigung (und damit der Förderleistung des Verdichters) dadurch bewirkt, daß man einen Druck von einem Raum höheren Druckes dem Innenraum des Verdichters (um dessen Taumelscheibe herum) zuführt. Von dort aus fließt ein ständiger Leckstrom zu einem Raum niedrigeren Druckes. Deshalb kann der Druck in diesem Innenraum rasch erhöht werden, um ein rasches Abschalten des Verdichters zu bewirken, besonders, wenn die gesamte Motorleistung dem Fahrzeugantrieb zugeführt werden soll, z. B. beim Beschleunigen des Fahrzeugs, dem Befahren einer Steigung, etc.

Ferner wird dieser Druck dem Innenraum über eine einzige Ventilanordnung zugeführt, die zudem einen einfachen Aufbau hat. Dies erleichtert die Steuerung oder Regelung der Fördermenge des Verdichters und verringert die Herstellungskosten.

Claims (5)

1. Taumelscheibenverdichter mit variabler Fördermenge, insbesondere für die Klimaanlage eines Kraftfahrzeugs, mit einem Gehäuse (11), in dem ein Innenraum (50), ein Saugraum (33) und ein Druckraum (34) ausgebildet sind und eine Antriebswelle (13) drehbar angeordnet ist, mit einem im Gehäuse (11) angeordneten Zylinderkörper (12), dessen um die Antriebswelle (13) herum angeordneten, jeweils einen Kolben (26) enthaltenden Zylinder (14) jeweils so angeordnet sind, daß ihr Inneres mit dem Saugraum (33) und dem Druckraum (34) verbindbar ist, und mit einer im Innenraum (50) zum Antrieb der Kolben (26) vorgesehenen, auf der Antriebswelle (13) verschwenk- und verschiebbar angeordneten Taumelscheibe (20), mit einer Anlenkung (19), welche eine erste Anlenkstelle (P 1) bildet, die die Taumelscheibe (20) an einer bezüglich ihres Durchmessers zentralen Stelle abstützt und die längs der Antriebswelle (13) axial verschiebbar ist, und mit einem einen Arm (23 b) aufweisenden Glied (23), das zusammen mit der Antriebswelle (13) um deren Längsachse (C) drehbar ist, wobei eine Stirnseite (23 c) des Armes (23 b) nach Art eines Nockensystems gegen eine Seitenfläche (40) der Taumelscheibe (20) anliegt, um eine zweite Anlenkstelle (P 2) zu bilden, welche die Taumelscheibe (20) im radialen Abstand von der Drehachse der Antriebswelle (13) abstützt, so daß die zweite Anlenkstelle (P 2) zusammen mit dem den Arm (23 b) aufweisenden Glied (23) um die Längsachse (C) der Antriebswelle (13) drehbar ist, wobei sich der radiale Abstand der zweiten Anlenkstelle (P 2) von der Antriebswelle (13) bei einer Änderung der Taumelscheibenneigung ändert und diese Taumelscheibenneigung veränderbar ist, um den Hub der Kolben (26) zu verändern abhängig von der Differenz zwischen der von den Kolben (26) bei deren Kompressions- und Saughüben ausgeübten Reaktionskraft (f 1) und dem Druck im Innenraum (50) um die Taumelscheibe (20) herum, welcher als Gegendruck (Kraft f 2) auf diese Kolben (26) wirkt, dadurch gekennzeichnet, daß von den nach Art eines Nockensystems zusammenwirkenden Elementen, nämlich der Seitenfläche (40) der Taumelscheibe (20) einerseits und der Stirnseite (23 c) des Armes (23 b) andererseits, mindestens eines eine die Lage der zweiten Anlenkstelle (P 2) bestimmende Nockenfläche aufweist, deren Profil, in Verbindung mit der radialen Lage dieser Anlenkstelle (P 2), bei Zunahme der Taumelscheibenneigung eine nicht unerhebliche Verlagerung der zweiten Anlenkstelle (P 2) in Richtung zur Längsachse (C) der Antriebswelle (13) bewirkt.

2. Taumelscheibenverdichter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Nockenfläche eine konvexe Fläche aufweist, die an der Stirnseite (23 c) des Armes (23 b) ausgebildet ist, und daß die mit dieser Nockenfläche nach Art eines Nockensystems zusammenwirkende Seitenfläche der Taumelscheibe (20) eine ebene Fläche aufweist, gegen welche diese konvexe Nockenfläche anliegt.

3. Taumelscheibenverdichter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Taumelscheibe (20) auf ihrer einen Seite zwei Führungsvorsprünge (20 e) aufweist, welche sich etwa parallel zueinander und etwa in radialer Richtung erstrecken, daß diese Führungsvorsprünge (20 e) zwischen sich eine Ausnehmung (20 f) bilden, und daß die eine Stirnfläche (23 c) des Armes (23 b) mit ihrer Nockenfläche in dieser Ausnehmung (20 f) in kraftschlüssiger Verbindung mit der Seitenfläche (40) der Taumelscheibe (20) angeordnet ist, so daß die zweite Anlenkstelle (P 2) bei einer Änderung der Taumelscheibenneigung radial relativ zur Taumelscheibe (20) längs dieser Führungsvorsprünge (20 e) verschiebbar, dabei aber an einer Verschiebung in Umfangsrichtung relativ zur Taumelscheibe (20) gehindert ist.

4. Taumelscheibenverdichter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine Feder (43) zwischen der Taumelscheibe (20) und dem Arm (23 b) angeordnet ist, welche die Taumelscheibe (20) beaufschlagt, um diese ständig in Anlage gegen den Arm (23 b) zu halten.

5. Taumelscheibenverdichter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die dem Nockensystem zugeordnete Fläche der Taumelscheibe (20) mit einem abnutzungsfesten Werkstoff (40) versehen ist.