-
Die Erfindung betrifft einen regelbaren Taumelscheibenkompressor, insbesondere zur Anordnung im Kältemittelkreislauf einer Fahrzeugklimaanlage.
-
Die in der Fahrzeug-Klimatechnik zur Anwendung kommenden Kompressoren werden bevorzugt über den Keilriementrieb des Fahrzeugmotors, seltener aber auch durch einen integrierten Elektromotor angetrieben. Sie saugen in einem Kältemittelkreislauf, in dem eine begrenzte Kältemittelmenge durch Zustandsänderungen immer wieder aufbereitet wird, über eine Saugleitung dampfförmiges Kältemittel aus einem Wärmetauscher, komprimieren dieses und fördern es in einen Kältemittelverflüssiger, aus dem es über ein Expansionsventil wieder dem Verdampfer zugeführt wird und an dem es der in die Fahrgastzelle geförderten Luft die zum Verdampfen erforderliche Wärmemenge entzieht und diese somit abkühlt. Als Kältemittel werden insbesondere Fluorkohlenwasserstoffe (FKW), z. B. das Kältemittel R134a, oder neuerdings CO2-Kältemittel (R744) verwendet.
-
Der Kältemittel-Massenstrom und damit die Kälteleistung der nach dem Verdrängerprinzip arbeitenden Taumelscheibenkompressoren, bei denen eine neigungsverstellbare rotierende Taumelscheibe in der Regel mehrere Hin- und Herbewegungen ausführende Kolben (Hubkolben) antreibt, ist von der Motordrehzahl direkt abhängig. Das hat zur Folge, daß bei normalen Betriebsdrehzahlen ein Überschuß an Kälteleistung erzeugt wird. Eine Anpassung an den Kältemittelbedarf am Verdampfer ist durch Zu- und Abschalten des Kompressors oder durch den Einsatz von Taumelscheibenkompressoren mit stufenloser Hubregelung und damit stufenloser Regelung des Kältemittel-Massenstromes möglich. Diese Regelung kann durch eine ständige Veränderung des Neigungswinkels der Taumelscheibe erfolgen. Hierzu ist die Taumelscheibe schwenkbar auf der Antriebswelle befestigt. Eine Änderung des Neigungswinkels erfolgt als Reaktion auf eine Änderung der Druckdifferenz zwischen dem Druck in der Kurbelkammer und dem Druck in der Ansaugkammer des Kompressors. Ein solcher regelbarer Taumelscheibenkompressor ist beispielsweise in der
EP 0 748 937 B1 beschrieben.
-
Die Kurbelkammer ist zumeist über ein Regelventil mit der Druckkammer verbunden, so daß der Kurbelkammerdruck geregelt und dadurch das Hubvolumen gezielt verändert werden kann. Fällt der Ansaugdruck, fällt auch der Druck in den Zylinderbohrungen, in denen die Kolben bewegt werden, und die Druckdifferenz zum Druck in der Kurbelkammer wird erhöht. Diese Erhöhung der Druckdifferenz wiederum verringert die Neigung der Taumelscheibe und auch den Kolbenhub. Zur Stabilisierung der Neigungsstellung der Taumelscheibe kann diese durch eine Feder in Richtung der Reduzierung ihrer Schrägstellung, also in Richtung einer Verkleinerung des Hubvolumens vorgespannt sein. Zur Definition der Stellungen der Taumelscheibe mit dem maximalen und dem minimalen Neigungswinkel dienen Anschläge, die an der Taumelscheibe selbst in Form von Führungskulissen im Zusammenwirken mit einem drehfest an der Antriebswelle angeordneten Mitnehmer (
EP 0 742 116 B1 ) oder aber an den mit der Taumelscheibe zusammenwirkenden Elementen ausgebildet sein können, beispielsweise an einer Antriebsplatte und einem auf der dieser abgewandten Seite der Taumelscheibe angeordneten Gegenlager (
EP 0 748 937 B1 ).
-
Des Weiteren zeigt die
DE 197 33 751 A1 einen regelbaren Taumelscheibenkompressor mit einer in einer Kurbelkammer auf einer Antriebswelle neigungsverstellbar angeordneten und mehrere Hubkolben antreibende Taumelscheibe. Dabei ist der der maximalen Schrägstellung entsprechende Neigungswinkel der Taumelscheibe durch die Blocklänge einer auf den Hubkolben abgewandten Seite der Taumelscheibe abgestützten Regelfeder bestimmt. Zur Definition der Stellungen der Taumelscheibe mit dem minimalen Neigungswinkel dient hier jedoch ebenfalls ein Anschlag. Die Ausbildung dieser Anschläge erfordert einen Materialmehraufwand und führt zu einem erhöhten Gewicht.
-
Es ist Aufgabe der Erfindung, einen regelbaren Taumelscheibenkompressor nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 so zu gestalten, daß der durch die Ausbildung von Anschlägen für die Taumelscheibe verursachte Materialaufwand reduziert ist.
-
Diese Aufgabe wird bei einem Taumelscheibenkompressor nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 durch dessen kennzeichnende Merkmale gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen aufgeführt.
-
Die Erfindung besteht darin, daß bei einem regelbaren Taumelscheibenkompressor mit einer im Kompressor ausgebildeten Kurbelkammer auf einer Antriebswelle neigungsverstellbar angeordneten und mehrere Hubkolben antreibenden Taumelscheibe, deren Neigung infolge einer Veränderung des Druckes im Kurbelgehäuse zwischen zwei definierten Schrägstellungen veränderbar ist, wobei diese Schrägstellungen durch die Blocklänge zweier Federn bestimmt wird. Dabei wird der maximale Neigungswinkel der Taumelscheibe gegenüber der Antriebswelle durch die Blocklänge einer ohnehin eingesetzten und die Taumelscheibe beaufschlagenden Regelfeder bestimmt, die die Taumelscheibe in Richtung der Hubkolben beaufschlagt und zur Stabilisierung ihrer Schrägstellung beiträgt, und der minimale Neigungswinkel durch die Blocklänge einer sog. Nullhubfeder, die mit der Taumelscheibe ebenfalls zusammenwirkt und auf der den Hubkolben zugewandten Seite an dieser angreift. Auf diese Weise erübrigt sich die Ausbildung von Anschlägen oder von entsprechend begrenzten Führungskulissen, was mit einer Materialeinsparung und einer Gewichtsreduzierung am Kompressor einhergeht.
-
Regelprinzip ist, daß am jeweiligen Hubkolben ein Druckgleichgewicht zwischen Vorder- und Rückseite herrscht, wobei an der Vorderseite der Saug- und der Kompressionsdruck und an der Rückseite der Druck in der Kurbelkammer wirken, wobei letzterer, durch den Druck der Regelfeder unterstützt, als Regeldruck wirkt. Zusammen mit der Regelfeder und dem Druck in der Kurbelkammer wird also ein Druckpotential gebildet, das vom Regeldruck mit der Folge einer Störung oder der Herstellung eines Druckgleichgewichtes geändert werden kann, so daß sich der Neigungswinkel der Taumelscheibe ändert. Die Regelfeder dient dazu, einen Regelbereich zu geben und eine bestimmte Schrägstellung der Taumelscheibe zu stabilisieren.
-
Als Regelfeder und Nullhubfeder werden bevorzugt Druckfedern eingesetzt, wobei die Regelfeder eine größere Federkonstante als die Nullhubfeder hat. Beispielsweise kann die Regelfeder eine Federkonstante von 80 bis 200 N/mm gegenüber einer Federkonstanten der Nullhubfeder von 20 bis 40 N/mm aufweisen und damit um ein Vielfaches größer sein. Vorzugsweise ist die Federkonstante der Regelfeder um etwa das Dreifache größer.
-
Zur Führung der Taumelscheibe und Definition der beiden Schrägstellungen und auch für eine definierte Neigungsverstellbewegung sind an der Taumelscheibe zwei Laschen mit jeweils einer Führungskulisse ausgebildet. Diese Laschen sind parallel zueinander und jeweils parallel in einer Ebene zur Antriebswelle angeordnet. In die Führungskulissen greift ein Mitnehmerstift ein, der über eine Mitnehmerscheibe drehfest mit der Antriebswelle verbunden ist. Die Führungskulissen weisen die Form eines gekrümmten Langloches auf, dessen Krümmungmittelpunkt an der Peripherie der Taumelscheibe im Bereich der Kolbenankopplung liegt. Der Vorteil ist, daß die Führungskulissen in ihrer Länge nicht mehr begrenzt sein müssen, um Anschläge für die beiden Schrägstellungen auszubilden, da diese ja durch die Blocklängen der beiden Druckfedern gebildet werden. Das bedeutet, daß die Führungskulissen an ihrem freien Ende offen sein und taumelscheibenseitig im wesentlichen bis an die Taumelscheibe ausgebildet sein können. Damit verbunden sind eine Material- und Gewichtseinsparung und auch eine Reduzierung des erforderlichen Bauraumes für die Taurelscheibe.
-
Überdies bietet die Definierung der maximalen Schrägstellung der Taumelscheibe bei gleichbleibender minimaler Schrägstellung durch die Blocklänge der Regelfeder die Möglichkeit, diese maximale Schrägstellung durch den Einsatz von Regelfedern mit jeweils einer anderen Blocklänge zu variieren. Das bedeutet, daß mit einem Kompressor eines bestimmten Typs durch den Einsatz verschiedener Regelfedern auch verschiedene maximale Hubvolumina realisiert werden können, so daß ein und derselbe Kompressor, jeweils mit einer anderen Regelfeder ausgerüstet, in verschiedenen Fahrzeugtypen einsetzbar ist. Damit wird in vorteilhafter Weise die Komponentenvielfalt reduziert.
-
Die Erfindung wird nachstehend anhand eines Ausführungsbeispiels erläutert. In den zugehörigen Zeichnungen zeigen:
-
1: einen Taumelscheibenkompressor mit einer in maximaler Schrägstellung befindlichen Taumelscheibe und
-
2: diesen mit in minimaler Schrägstelung befindlicher Taumelscheibe.
-
Der in 1 gezeigte Taumelscheibenkompressor weist eine Kurbelkammer 1 mit einer auf einer Antriebswelle 2 neigungsverstellbar angeordneten und mehrere Hubkolben 3 antreibenden Taumelscheibe 4 auf, wobei die Hubkolben 3 über Gleitschuhe 5 an die Taumelscheibe 4 gekoppelt sind. Diese weist für eine definierte Neigungsverstellbewegung und zur Definition von Schrägstellungen zwei parallel zueinander ausgebildete Laschen 6, die jeweils in einer Ebene parallel zur Antriebswelle 2 mit jeweils einer Führungskulisse 7 angeordnet sind, auf, von denen in der Darstellung nur eine zu sehen ist. In die Führungskulissen 7 greift ein Mitnehmerstift 8 ein, der an zwei Laschen 9 gehaltert ist, die an einer drehfest mit der Antriebswelle 2 verbundenen Mitnehmerscheibe 10 befestigt sind. Die Führungskulissen 7 haben die Form eines gekrümmten Langloches, dessen Krümmungsmittelpunkt an der Peripherie der Taumelscheibe 4 im Bereich der Ankopplung der Hubkolben 3 zwischen den ein Gelenk mitbildenden Gleitschuhen 5 liegt, sind an ihrem freien Ende offen und taumelscheibenseitig im wesentlichen bis an die Taumelscheibe 4 heran ausgebildet.
-
Zwischen der Mitnehmerscheibe 10 und der Taumelscheibe 4 ist eine an der Mitnehmerscheibe 10 abgestützte Regelfeder 11 mit einer Federkonstanten von im wesentlichen 130 N/mm angeordnet. In der Darstellung ist diese Regelfeder 11 durch die Taumelscheibe 4 auf Block 11B zusammengedrückt und stellt einen Anschlag für diese dar. Der Neigungswinkel der Taumelscheibe 4 beträgt in dieser Stellung 19, 3 Grad und entspricht der maximal möglichen Schrägstellung bei dieser Ausführung, gleichbedeutend mit einem maximalen Kolbenhub. Diese Stellung ergibt sich, wenn der Kältemitteldruck in der Kurbelkammer 1 zuzüglich der Kraft der Regelfeder 11 kleiner als der Ansaugdruck in der Ansaugkammer 12 ist.
-
Zwischen dem Zylinderblock 13 des Kompressors und der Taumelscheibe 4 ist eine am Zylinderblock 13 abgestützte Nullhubfeder 14 mit einer Federkonstanten von im wesentlichen 40 N/mm auf der Antriebswelle 2 angeordnet, die in der Darstellung entspannt ist.
-
Infolge einer Änderung der Druckdifferenz zwischen dem Druck in der Kurbelkammer 1 und dem Druck in der Ansaugkammer 12 wird die Neigung der Taumelscheibe 4 verändert. Fällt der Ansaugdruck, fällt auch der Druck in den Zylinderbohrungen des Zylinderblockes 13, in denen die Hubkolben 3 durch die Taumelscheibe 4 bewegt werden, wodurch die Druckdifferenz zum Druck in der Kurbelkammer 1 erhöht wird. Infolge des dadurch relativ höher werdenden Druckes in der Kurbelkammer 1 werden die Neigung der Taumelscheibe 4 und der Kolbenhub verringert.
-
In 2 ist die Taumelscheibe 4 in ihrer minimal möglichen Schrägstellung von 1 Grad gegenüber der quer zur Antriebswelle 2 angeordneten Ebene dargestellt. Diese Stellung ist durch die auf Block 14B zusammengedrückte Nullhubfeder 14 in Verbindung mit den Führungskulissen 7 definiert und entspricht einem Nullhub der Hubkolben 3. Vom Kompressor wird keine Leistung gefordert. In der Darstellung ist zu erkennen, daß die Regelfeder 11 entspannter als in 1 ist. Der Mitnehmerstift 8 befindet sich nahe des offenen Endes der Führungskulissen 7.
-
Bezugszeichenliste
-
- 1
- Kurbelkammer
- 2
- Antriebswelle
- 3
- Hubkolben
- 4
- Taumelscheibe
- 5
- Gleitschuh
- 6
- Lasche
- 7
- Führungskulisse
- 8
- Mitnehmerstift
- 9
- Lasche
- 10
- Mitnehmerscheibe
- 11
- Regelfeder
- 11B
- Regelfeder auf Block
- 12
- Ansaugkammer
- 13
- Zylinderblock
- 14
- Nullhubfeder
- 14B
- Nullhubfeder auf Block
