DE10010129C2 - Kompressor - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Kompressor, insbesondere für die Klimaanlage eines Kraftfahrzeugs, mit einem Gehäuse und einer in dem Gehäuse angeordneten Ver­ dichtereinheit zum Ansaugen und Verdichten eines Kältemittels, wobei die Ver­ dichtereinheit mehrere Kolben umfasst, die bei Drehung einer drehfest auf einer Antriebswelle ausschwenkbaren Taumelscheibe über eine drehfest im Gehäuse gelagerte, entsprechend der Ausschwenkung und Drehung der Taumelscheibe schwenkende Aufnahmescheibe in Richtung ihrer Längsachsen hin und her bewegt werden und wobei zwischen der Antriebswelle und der Taumelscheibe eine Feder dem Ausschwenken der Taumelscheibe entgegenwirkt, so dass die Taumelscheibe im Stillstand und beim Anfahren des Kompressors die vorzugsweise durch einen Minimalhubanschlag vorgegebene geringstmögliche Ausschwenkung und die Kol­ ben Minimalhub haben.

Kompressoren der hier in Rede stehenden Art werden meist als Klimakompresso­ ren bezeichnet und sind aus der Praxis in den unterschiedlichsten Ausführungsfor­ men bekannt. Solche Kompressoren umfassen ein Gehäuse, welches eine von au­ ßerhalb angetriebene Verdichter- bzw. Pumpeneinheit einschließt. Die beispiels­ weise als Axialkolbenpumpe ausgebildete Pumpeneinheit umfasst wiederum min­ destens einen Kolben, der in einem Zylinderblock hin und her bewegbar ist. Übli­ cherweise ist ein solcher Kompressor mit mehreren Kolben ausgestattet, die bei Drehung einer Taumelscheibe über eine Aufnahmescheibe in Richtung ihrer Längsachse hin und her bewegt werden, wobei die Aufnahmescheibe drehfest im Gehäuse gelagert ist.

Klimakompressoren unterschiedlichster Bauart arbeiten mit einem Kältemittel. Ne­ ben herkömmlichen Kältemitteln, deren Einsatz im Lichte eines zunehmenden Um­ weltbewusstseins immer kritischer erscheint, kann man als Kältemittel ein Inertgas, so bspw. CO₂, verwenden, welches unter Umweltaspekten unbedenklich ist.

Aus der EP 0 301 519 A2 ist ein regelbarer Kompressor bekannt. Dort ist bereits eine ganz besondere Maßnahme vorgesehen, nämlich ein elastisches Mittel, wel­ ches zwischen der Drehachse und der Taumelscheibe wirkt. Das elastische Mittel wirkt derart, dass die Taumelscheibe im Stillstand und beim Anfahren des Kom­ pressors eine geringstmögliche Ausschwenkung hat, wodurch die Kolben ihre Be­ wegung mit Minimalhub beginnen.

Bei dem aus der EP 0 301 519 A2 bekannten Kompressor ist als elastisches Mittel eine Spiralfeder mit abragenden Federbeinen vorgesehen, die sich auf der einen Seite der Antriebswelle unmittelbar an der Antriebswelle abstützt und mit dem ande­ ren Federbein - auf der anderen Seite der Antriebswelle - gegen die Taumel­ scheibe drückt. Dabei ist die Spiralfeder auf dem Schwenkbolzen bzw. zwischen den den Schwenkbolzen aufnehmenden Schwenkarmen der Taumelscheibe ange­ ordnet. Diese konkrete Anordnung hat den Nachteil, dass die Feder asymmetrisch auf die Taumelscheibe wirkt, nämlich mit einer Querkraft, die wiederum einen Kippfehler hervorruft. Dies wiederum führt zu einer asymmetrischen Krafteinleitung in den Schwenkbolzen, wodurch sich der Verschleiß erhöht. Außerdem lässt sich die Feder, so beispielsweise im Falle einer Beschädigung, nur mühsam austau­ schen, nämlich durch komplette Demontage des Schwenkmechanismus der Tau­ melscheibe.

Aus der DE 42 30 407 A1 sowie aus der DE 35 06 060 A1 ist jeweils für sich gese­ hen ein Kompressor bekannt, bei dem in gattungsgemäßer Art elastische Mittel be­ schrieben sind, die, beispielsweise als Feder ausgebildet, derart beschaffen und dimensioniert sind, dass sie beidseits der Antriebswelle gegen die jeweilige Tau­ melscheibe drücken. Die dort realisierten elastischen Mittel bzw. Federn erfordern jedoch eine aufwendige Positionierung bzw. einen aufwendigen Federsitz, um ei­ nen gleichmäßigen beidseitigen Druck zu erzeugen.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Kompressor der ein­ gangs genannten Art derart auszugestalten und weiterzubilden, dass im Hinblick auf die Kraftübertragung von den elastischen Mitteln auf die Taumelscheibe eine störungsfreie Funktion bei einfacher Konstruktion und sicherer Anbringung ge­ währleistet ist.

Der erfindungsgemäße Kompressor löst die voranstehende Aufgabe durch die Merkmale des Patentanspruches 1. Danach ist ein Kompressor der gattungsbilden­ den Art dadurch gekennzeichnet, dass die Feder hosenträgerartig ausgebildet ist und mit zwei Federbügeln beidseits der Antriebswelle gegen die Taumelscheibe drückt.

Erfindungsgemäß ist erkannt worden, dass die im Stand der Technik vorgesehenen elastischen Mittel im Betrieb des Kompressor problematisch sind, da sie aufgrund ihrer konkreten Ausbildung als Spiralfelder, wie dies beispielsweise bei Federn von Wäscheklammern üblich ist, asymmetrisch auf die Taumelscheibe wirken. Des Weiteren ist erkannt worden, dass die dabei auftretenden, auf die Taumelscheibe gerichteten Querkräfte zu Kippfehlern führen, die wiederum eine asymmetrische Krafteinleitung in den Schwenkbolzen der Taumelscheibe zur Folge haben. Ein er­ höhter Verschleiß sowie eine erhöhte Reparaturanfälligkeit sind die Folge. Außer­ dem lassen sich die im Stand der Technik vorgesehenen elastischen Mittel nur mit großem Aufwand austauschen.

Des Weiteren ist in erfindungsgemäßer Weise erkannt worden, dass man die im Stand der Technik auftretenden Probleme dadurch eliminieren kann, dass man die elastischen Mittel derart ausbildet und anordnet, dass sie symmetrisch zur Mit­ telachse des Schwenkwinkels der Taumelscheibe zumindest weitgehend gleichmä­ ßig gegen die Taumelscheibe drücken. Mit anderen Worten sind die elastischen Mittel derart ausgelegt, dass sie zentral die Taumelscheibe beaufschlagen, wobei die Vermeidung eines Kippfehlers dadurch gewährleistet ist, dass die elastischen Mittel zur Taumelscheibe hin einen Flächenkontakt oder zumindest an zwei zur An­ triebswelle gleichermaßen beabstandeten Stellen Linienkontakt haben.

So ist die Feder hosenträgerartig ausgebildet und drückt mit zwei Federbügeln beidseits der Antriebswelle gegen die Taumelscheibe. Zum Erhalt einer besseren Stabilität der Federbügel bzw. zur Realisierung einer Art Synchronisation der beiden Federbügel könnten diese unmittelbar vor den Kontaktstellen mit der Taumel­ scheibe und/oder nach deren bogenförmigen Bereich durch einen Quersteg mitei­ nander verbunden sein. Ein solcher Quersteg ist jedoch nicht zwingend erforderlich.

Ausgehend von der hier konkret gewählten Anordnung und Ausbildung der Feder ist es von Vorteil, wenn es sich dabei um eine Blattfeder handelt. Im Rahmen einer solchen Ausgestaltung lässt sich ohne weiteres ein Linienkontakt oder Flächen­ kontakt zu der Taumelscheibe realisieren, wobei sich aufgrund der flächigen Aus­ gestaltung der Blattfeder ein Flächenkontakt ergeben kann.

Im Konkreten könnte sich die Feder an der Antriebswelle abstützen und gegen die Taumelscheibe entgegen deren Ausschwenkung drücken. An dieser Stelle sei an­ gemerkt, dass die minimale Ausschwenkung der Taumelscheibe durch einen Mini­ malhubanschlag für die Taumelscheibe vorgegeben ist. Jedenfalls wirkt die Feder zwischen der Antriebswelle und der Taumelscheibe und drückt dabei in Bezug auf die Antriebswelle symmetrisch und zumindest weitgehend gleichmäßig gegen die Taumelscheibe, so dass in Bezug auf die Schwenkachse der Taumelscheibe ein Fehler wirksam vermieden ist.

Wie bereits zuvor erwähnt, ist die Taumelscheibe um eine drehfest mit der Antriebs­ welle verbundene, orthogonal zu der Antriebswelle vorzugsweise abseits deren Mit­ tellinie verlaufende Schwenkachse schwenkbar. Im Rahmen einer solchen Vorkeh­ rung ist es insbesondere im Hinblick auf eine einfache Montage der Feder von ganz besonderem Vorteil, wenn diese von oberhalb um die Schwenkachse der Taumel­ scheibe greift und hinter der Schwenkachse gegen die Taumelscheibe drückt. Im Rahmen einer solchen Ausgestaltung ist die Feder unabhängig von der Schwenk­ achse bzw. dem Schwenkbolzen oder den Schwenkwangen der Taumelscheibe montiert, wodurch sich die Möglichkeit zum einfachen Austausch der Feder ergibt.

Zur sicheren Kraftbeaufschlagung der Taumelscheibe könnte die Feder mit den freien Enden der Federbügel in besondere Ausnehmungen der Taumelscheibe greifen, so dass sich die freien Enden der Federbügel innerhalb der Ausnehmung gegen die Taumelscheibe abstützen können. Statt der Ausnehmungen könnten auf der Oberfläche der Taumelscheibe angerauhte Flächen oder sonstige Widerlager vorgesehen sein.

Auf der den Federbügeln abgewandten Seite der Feder ist in weiter vorteilhafter Weise ein Abstützbereich zum Abstützen an der Antriebswelle vorgesehen. Damit sich die Feder sicher gegen die Antriebswelle abstützen kann, weist der Abstützbe­ reich eine vorzugsweise halbkreisförmige, in etwa dem Umfang der Antriebswelle angepasste Ausnehmung auf, mit der sich die Feder gegen eine auf der Antriebs­ welle ausgebildete Schulter stützt oder mit der die Feder in einer auf der Antriebs­ welle ausgebildete, vorzugsweise umlaufende Nut eingreift. Dabei ist wesentlich, dass die auf der Antriebswelle ausgebildete Abstützstelle - Schulter oder Nut - derart ausgebildet ist, dass die Feder im eingesetzten Zustand, d. h. abgestützt gegen die Schulter bzw. Nut einerseits und gegen die Antriebswelle drückend ande­ rerseits aufgrund ihrer Federelastizität vorgespannt ist. Insoweit wird die Taumel­ scheibe stets in Richtung einer geringstmöglichen Ausschwenkung gedrückt, die die Taumelscheibe im Stillstand sowie beim Anfahren des Kompressors - zwangs­ weise - einnimmt.

Zur Vermeidung einer unbeabsichtigten Lageveränderung der Feder ist es von weiterem Vorteil, wenn die Feder in ihrer eingespannten Position fixiert ist. Dazu könnte die Feder eine zwischen dem Abstützbereich und den Federbügeln abra­ gende Nase aufweisen, mit der die Feder in einen die Schwenkachse der Taumel­ scheibe aufnehmenden, starr mit der Antriebswelle verbundenen Mitnehmer oder in den Schwenkbolzen der Taumelscheibe greift. Wesentlich ist jedenfalls, dass die Feder dadurch mit ihrem Abstützbereich relativ zu der Antriebswelle zumindest weitgehend festgelegt ist, so dass eine unbeabsichtigte Entkopplung des Abstütz­ bereichs von der Antriebswelle wirksam vermieden ist. Im Konkreten könnte die Nase in etwa mittig zwischen den Federbügeln ausgebildet sein, so dass eine symmetrische Fixierung der Feder und somit auch eine symmetrische Krafteinwir­ kung der Federbügel auf der Taumelscheibe gewährleistet ist.

Es gibt nun verschiedene Möglichkeiten, die Lehre der vorliegenden Erfindung in vorteilhafter Weise auszugestalten und weiterzubilden. Dazu ist einerseits auf die dem Patentanspruch 1 nachgeordneten Ansprüche, andererseits auf die nachfol­ gende Erläuterung zweier Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeich­ nung zu verweisen. In Verbindung mit der Erläuterung der bevorzugten Ausfüh­ rungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung werden auch im Allgemeinen bevorzugte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Lehre erläutert. In der Zeich­ nung zeigt

Fig. 1 in einer schematischen Darstellung, teilweise geschnitten, einen gattungsbildenden Kompressor, wobei dort die elastischen Mit­ tel der Einfachheit halber nicht eingezeichnet sind,

Fig. 2 in einer schematischen Darstellung den Gegenstand aus Fig. 1 teilweise und vergrößert, mit einer Blattfeder als elastisches Mittel,

Fig. 3 ein erstes Ausführungsbeispiel einer als elastisches Mittel dienenden Blattfeder und

Fig. 4 ein zweites Ausführungsbeispiel einer als elastisches Mittel die­ nenden Blattfeder.

Fig. 1 zeigt in einer schematischen Darstellung einen Kompressor für die Klimaan­ lage eines Kraftfahrzeugs. Der Kompressor umfasst ein Gehäuse 1 und eine in dem Gehäuse 1 angeordnete Verdichtungseinheit 2 zum Ansaugen und Verdichten ei­ nes Kältemittels, wobei es sich bei dem Kältemittel um ein Inertgas, so beispiels­ weise CO₂, handeln kann.

Das Kältemittel strömt von einem in einem stirnseitigen Gehäusedeckel 3 ausgebil­ deten Ansaugbereich 4 durch die Verdichtereinheit 2 hindurch in den ebenfalls im Gehäusedeckel 3 ausgebildeten Auslassbereich 5. An dieser Stelle sei angemerkt, dass es sich bei dem Ansaugbereich 4 um einen Niederdruckbereich und bei dem Auslassbereich 5 um einen Hochdruckbereich handelt.

Fig. 1 lässt des Weiteren erkennen, dass der Gehäusedeckel 3 abdichtend mit dem Gehäuse 1 verbunden ist. Zwischen dem Gehäusedeckel 3 und dem Gehäuse 1 ist des Weiteren eine Ventilplatte 6 vorgesehen, auf die hier nicht näher eingegangen wird.

Die als Axialkolbenpumpe ausgebildete Verdichtereinheit 2 umfasst mehrere Kol­ ben 7, die in einem Zylinderblock 8 hin und her bewegbar sind. Die Bewegung der Kolben 7 erfolgt bei Drehung einer drehfest auf einer Antriebswelle 9 ausschwenk­ baren Taumelscheibe 10, und zwar über eine drehfest im Gehäuse 1 gelagerte, entsprechend der Ausschwenkung und Drehung der Taumelscheibe 10 schwen­ kende Aufnahmescheibe 11. Die Kolben 7 werden über die Aufnahmescheibe 11 in Richtung ihrer Längsachsen hin und her bewegt.

Fig. 2 zeigt deutlich, dass zwischen der Antriebswelle 9 und der Taumelscheibe 10 elastische Mittel 12 vorgesehen sind, die dem Ausschwenken der Taumelscheibe 10 entgegenwirken, so dass die Taumelscheibe 10 im Stillstand beim Anfahren des Kompressors die geringstmögliche Ausschwenkung und die Kolben 7 entsprechend Minimalhub haben.

Die elastischen Mittel 12 sind derart ausgebildet und angeordnet, dass sie symmet­ risch zur Mittelachse des Schwenkwinkels der Taumelscheibe 10 zumindest weit­ gehend gleichmäßig gegen die Taumelscheibe 10 drücken. Mit anderen Worten sind die elastischen Mittel 12 derart ausgebildet und dimensioniert, dass sie beid­ seits der Antriebswelle gleichermaßen gegen die Taumelscheibe 10 drücken und somit eine asymmetrische bzw. ungleichmäßige Krafteinleitung bzw. einen Kipp­ fehler der Taumelscheibe ausschließen.

Bei den in den Figuren gezeigten Ausführungsbeispielen sind die elastischen Mittel 12 als Blattfeder ausgebildet, wobei sich die Feder 12 an der Antriebswelle 9 ab­ stützt und gegen die Taumelscheibe 10 entgegen deren Ausschwenkung drückt.

Fig. 1 und 2 zeigen gemeinsam, dass die Taumelscheibe 10 um eine drehfest mit der Antriebswelle 9 verbundene, orthogonal zu der Antriebswelle 9 abseits de­ ren Mittellinie verlaufende Schwenkachse schwenkbar ist. Die Feder 12 ist gemäß den in den Fig. 2, 3 und 4 gezeigten Ausführungsbeispielen bogenförmig aus­ gebildet und greift - gemäß der Darstellung in Fig. 2 - um die Schwenkachse 13 der Taumelscheibe und drückt hinter der Schwenkachse 13 gegen die Taumel­ scheibe 10.

Die Fig. 3 und 4 zeigen - jeweils aus unterschiedlichen Richtungen - zwei alter­ native Ausgestaltungen der Feder 12, wobei die Feder 12 im Rahmen beider Aus­ gestaltungen hosenträgerartig ausgebildet ist und mit zwei Federbügeln 14 beid­ seits der Antriebswelle 9 symmetrisch gegen die Taumelscheibe 10 drückt.

Auf der den Federbügeln 14 abgewandten Seite der Feder 12 ist ein zum Abstützen an der Antriebswelle 9 dienender Abstützbereich 15 ausgebildet. Bei beiden Ausführungsbeispielen - Fig. 3 und 4 - umfasst der Abstützbereich 15 eine halbkreisförmige, in etwa dem Umfang der Antriebswelle 9 angepasste Ausneh­ mung 16, mit der die Feder 12 in einer auf der Antriebswelle 9 ausgebildete, um­ laufende Nut 17 greift. Dies ist in Fig. 2 angedeutet.

Schließlich lassen die Fig. 2, 3 und 4 erkennen, dass die Feder 12 zu deren Fixierung eine Nase 18 aufweist, die zwischen dem Abstützbereich 15 und den Fe­ derbügeln 14 nach innen abragt. Mit der Nase 18 greift die Feder 12 in einen die Schwenkachse 13 der Taumelscheibe 10 aufnehmenden, starr mit der Antriebs­ welle 9 verbundenen Mitnehmer 19 und ist dadurch in einer vorgespannten Position fixiert. Die Nase 18 ist mittig zwischen den Federbügeln 14 ausgebildet und in Richtung der Federbügeln 14, d. h. zur Mitte der Feder 12 hin, orientiert bzw. gebo­ gen.

Abschließend sei ganz besonders darauf hingewiesen, dass die voranstehend ge­ nannten Ausführungsbeispiele lediglich der Erörterung der beanspruchten Lehre dienen, diese jedoch nicht auf die Ausführungsbeispiele einschränken. Des weite­ ren sei angemerkt, dass eine beliebige Kombination der voranstehend erörterten Merkmale denkbar ist, dass jedoch eine hier zufällig gewählte Verknüpfung von Merkmalen nicht zwingend erforderlich und somit auch nicht bindend ist.

Claims (12)

1. Kompressor, insbesondere für die Klimaanlage eines Kraftfahrzeugs, mit ei­ nem Gehäuse (1) und einer in dem Gehäuse (1) angeordneten Verdichtereinheit (2) zum Ansaugen und Verdichten eines Kältemittels, wobei die Verdichtereinheit (2) mehrere Kolben (7) umfasst, die bei Drehung einer drehfest auf einer Antriebswelle (9) ausschwenkbaren Taumelscheibe (10) über eine drehfest im Gehäuse (1) gela­ gerte, entsprechend der Ausschwenkung und Drehung der Taumelscheibe (10) schwenkende Aufnahmescheibe (11) in Richtung ihrer Längsachsen hin und her bewegt werden und wobei zwischen der Antriebswelle (9) und der Taumelscheibe (10) eine Feder (12) dem Ausschwenken der Taumelscheibe (10) entgegenwirkt, so dass die Taumelscheibe (10) im Stillstand und beim Anfahren des Kompressors die vorzugsweise durch einen Minimalhubanschlag vorgegebene geringstmögliche Ausschwenkung und die Kolben (7) Minimalhub haben, dadurch gekennzeichnet, dass die Feder (12) hosenträgerartig ausge­ bildet ist und mit zwei Federbügeln (14) beidseits der Antriebswelle (9) gegen die Taumelscheibe (10) drückt.

2. Kompressor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Feder (12) derart ausgebildet ist, dass sie symmetrisch zur Mittelachse der Taumelscheibe (10) zumindest weitgehend gleichmäßig gegen die Taumel­ scheibe (10) drückt.

3. Kompressor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Fe­ der (12) als Blattfeder ausgeführt ist.

4. Kompressor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Feder (12) an der Antriebswelle (9) abstützt und gegen die Taumel­ scheibe (10) entgegen deren Ausschwenkung drückt.

5. Kompressor nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Taumelscheibe (10) um eine drehfest mit der Antriebswelle (9) verbundene, orthogonal zu der An­ triebswelle (9) vorzugsweise abseits deren Mittellinie verlaufende Schwenkachse (13) schwenkbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Feder (12) bogenförmig ausgebildet ist, zumindest teilweise um die Schwenkachse (13) greift und hinter der Schwenkachse (13) gegen die Taumelscheibe (10) drückt.

6. Kompressor nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Feder (12) mit den freien Enden der Federbügel (14) in Ausnehmungen der Taumelscheibe (10) greift.

7. Kompressor nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass auf der den Federbügeln (14) abgewandten Seite der Feder (12) ein Abstütz­ bereich (15) zum Abstützen an der Antriebswelle (9) ausgebildet ist.

8. Kompressor nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstützbe­ reich (15) eine vorzugsweise halbkreisförmige, in etwa dem Umfang der Antriebs­ welle (9) angepasste Ausnehmung (16) aufweist, mit der sich die Feder (12) gegen eine auf der Antriebswelle (9) ausgebildete Schulter 20 stützt.

9. Kompressor nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstützbe­ reich (15) eine vorzugsweise halbkreisförmige, in etwa dem Umfang der Antriebs­ welle (9) angepasste Ausnehmung (16) aufweist, mit der die Feder (12) in eine auf der Antriebswelle (9) ausgebildete, vorzugsweise umlaufende Nut (17) eingreift.

10. Kompressor nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Feder (12) in ihrer Position fixiert ist.

11. Kompressor nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Feder (12) zu deren Fixierung mit einer zwischen dem Abstützbereich (15) und den Fe­ derbügeln (14) abragenden Nase (18) in einen starr mit der Antriebswelle (9) ver­ bundenen Mitnehmer (19) greift.

12. Kompressor nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Nase (18) in etwa mittig zwischen den Federbügeln (14) ausgebildet ist.