DE19737480A1

DE19737480A1 - Taumelscheibenverdichter

Info

Publication number: DE19737480A1
Application number: DE1997137480
Authority: DE
Inventors: Hiroshi Dipl Ing Tokumasu
Original assignee: Zexel Corp
Current assignee: Bosch Corp
Priority date: 1996-09-03
Filing date: 1997-08-28
Publication date: 1998-03-05
Anticipated expiration: 2017-08-29
Also published as: DE19737480C2; US5988988A; JPH10131852A

Description

Die Erfindung betrifft einen Taumelscheibenverdichter mit einer Fördermengen-Steuerventilanordnung, und sie betrifft insbesondere eine derartige Fördermengen-Steuerventilanordnung, mittels deren bei einem Taumelscheibenverdichter variabler Fördermenge der Kolbenhub verändert werden kann, um die Fördermenge zu ändern.

Die Fig. 1 und 2 zeigen stark schematisiert eine Fördermengen-Steuerventilanordnung nach dem Stand der Technik, wie sie bei einem Taumelscheibenverdichter mit variabler Fördermenge Verwendung findet. Fig. 1 zeigt die Fördermengen-Steuerventilanordnung in einem Zustand, bei dem ein Hauptventil derselben nur wenig geöffnet ist, und Fig. 2 zeigt sie in einem Zustand, bei dem das Hauptventil weit geöffnet ist.

Die Fördermengen-Steuerventilanordnung ist in einem rückwärtigen Kopfteil 103 des Taumelscheibenverdichters mit variabler Fördermenge angeordnet. Wie Fig. 1 zeigt, hat sie ein Hauptventil 130 mit einem Ventilglied 131 und einer Feder 132 zur Beaufschlagung des Ventilglieds 131 in Ventilöffnungsrichtung, also in Fig. 1 nach unten. Ferner hat sie einen Druckspeicher 133 zum Speichern von unter hohem Druck stehendem Kühlgas. Dadurch wird dort ein Druck aufgebaut, um das Ventilglied 131 in Schließrichtung zu beaufschlagen. Eine Druckleitung 134 dient dazu, das unter hohem Druck stehende Kühlgas aus einer Förderdruckkammer 112 dem Druckspeicher 133 zuzuführen. In der Druckleitung 134 ist ein Vorsteuerventil 140 angeordnet, dessen Funktion es ist, abhängig vom Druck an einem Sauganschluß 103a die Durchflußrate des unter hohem Druck stehenden Kühlgases zum Druckspeicher 133 zu steuern. Das Vorsteuerventil 140 hat ein Ventilglied 135 und eine Feder 125 zum Beaufschlagen des Ventilglieds 135 in Schließrichtung, also in Fig. 1 nach oben. Im Ventilglied 131 ist ein Drucksteuerdurchlaß 131a ausgebildet, damit das unter hohem Druck stehende Kühlgas im Druckspeicher 133 zu einem Saugraum 113 abströmen kann.

Der Sauganschluß 103a steht in ständiger Verbindung mit dem (nicht dargestellten) Innenraum des Taumelscheibenverdichters (vgl. in Fig. 6 den Innenraum 8), und der Druck am Sauganschluß 103a und der Druck in diesem Innenraum werden gleich groß gehalten (vgl. in Fig. 6 die Verbindungsleitung 60).

Abnehmende thermische Belastung (Fig. 1)

Nimmt die thermische Belastung des Verdichters ab, so nimmt auch der Druck Pe am Sauganschluß 103a ab, und, wie in Fig. 1 dargestellt, wird das Vorsteuerventil 140 geöffnet, so daß unter hohem Druck stehendes Kühlgas aus der Förderdruckkammer 112 durch die Druckleitung 134 zum Druckspeicher 133 strömen kann. Ein Teil des unter hohem Druck stehenden Kühlgases, das zum Druckspeicher 133 geströmt ist, strömt über den Drucksteuerdurchlaß 131a im Ventilglied 131 zum Saugraum 113 ab. Jedoch ist die Abflußrate des aus dem Druckspeicher 133 abströmenden, unter Druck stehenden Kühlgases kleiner als die des dort zuströmenden, unter Druck stehenden Kühlgases, so daß der Druck im Druckspeicher 133 ansteigt. Wenn der Druck Pe am Sauganschluß 103a abnimmt, nimmt die Kraft, welche das Ventilglied 131 in Richtung nach unten beaufschlagt, also in Öffnungsrichtung, ab, so daß sich das Ventilglied 131 in Richtung nach oben bewegt, d. h. in seiner Schließrichtung, um die Ventilöffnung des Hauptventils 130 zu reduzieren. Folglich wird das Ventilglied 131 des Hauptventils 130 nach oben in seiner Schließrichtung in eine Lage verschoben, in der der Druck im Druckspeicher 133 und die Summe des Drucks Pe am Sauganschluß 103a und die Kraft Fp der Feder 125 gleich groß werden.

Die Bedingung, bei der der Druck Pe am Sauganschluß 103a niedrig ist (vgl. Fig. 1), kann wie folgt ausgedrückt werden:

Pd × Sd < Pe × Se + Fp (1)

Hierbei sind:
Pd = Druck in der Förderdruckkammer 112
Sd = druckbeaufschlagte Fläche des Ventilglieds des Vorsteuerventils auf der Pd-Seite
Pe = Druck am Sauganschluß 103a
Se = druckbeaufschlagte Fläche des Ventilglieds 135 des Vorsteuerventils auf der Pe-Seite
Fp = Beaufschlagungskraft der Feder 125

Zunehmende thermische Belastung (Fig. 2)

Wenn die thermische Belastung des Verdichters, und damit der Druck am Sauganschluß 103a, zunimmt, wird das Vorsteuerventil 140 geschlossen, wie in Fig. 2 dargestellt, um den Zustrom von unter hohem Druck stehendem Kühlgas aus der Förderdruckkammer 112 zum Druckspeicher 133 zu unterbrechen, so daß der Druck im Druckspeicher 133 progressiv abnimmt, wenn das unter Druck stehende Kühlgas im Druckspeicher 133 über den Drucksteuerdurchlaß 131a des Ventilglieds 131 zum Saugraum 113 abströmt. Infolgedessen verschiebt sich das Ventilglied 131 des Hauptventils 130 in der Ventilöffnungsrichtung, also in Fig. 2 nach unten, um die Ventilöffnung des Hauptventils 130 zu vergrößern. Dadurch wird die Durchflußrate des Kühlgases vom Sauganschluß 103a zum Saugraum 113 vergrößert.

Die Bedingung, bei der der Druck Pe am Sauganschluß 103a hoch ist (vgl. Fig. 2) kann wie folgt ausgedrückt werden:

Pd × Sd < Pe × Se + Fp (2)

Die Bezeichnungen haben dieselbe Bedeutung wie bei Gl. (1).

Wie vorstehend beschrieben, strömt bei der Fördermengen-Steuerventilanordnung nach dem Stand der Technik dann, wenn sich das Vorsteuerventil 140 öffnet, das unter hohem Druck stehende Kühlgas aus der Förderdruckkammer 112 über die Druckleitung 134 zum Druckspeicher 133. Da jedoch ein Teil des unter hohem Druck stehenden Kühlgases, das zum Druckspeicher 133 strömt, über den Drucksteuerdurchlaß 131a zum Saugraum 113 abströmt, steigt der Druck im Druckspeicher 133 langsam an. Deshalb wird beträchtliche Zeit benötigt, bevor sich das Ventilglied 131 des Hauptventils 130 in Ventilschließrichtung bewegt, um die Ventilöffnung des Hauptventils 130 zu verkleinern; Konsequenz ist, daß die bekannte Vorrichtung ein ungünstiges Ansprechverhalten hat.

Schließt sich bei der beschriebenen Fördermengen-Steuerventilanordnung das Vorsteuerventil 140, so wird der Zufluß von unter hohem Druck stehendem Kühlgas aus der Förderdruckkammer 112 zum Druckspeicher 133 unterbrochen, und das unter Druck stehende Kühlgas im Druckspeicher 133 strömt über den Drucksteuerdurchlaß 131a zum Saugraum 113 ab, so daß der Druck im Druckspeicher 133 abnimmt. Jedoch nimmt dieser Druck langsam ab, und man benötigt einige Zeit, bevor sich das Ventilglied 131 in der Ventilöffnungsrichtung verschiebt, um die Öffnung des Hauptventils 130 zu vergrößern. Die Folge ist ebenfalls ein ungünstiges Ansprechverhalten.

Es ist deshalb eine Aufgabe der Erfindung, einen neuen Taumelscheibenverdichter mit variabler Fördermenge bereitzustellen.

Nach der Erfindung wird diese Aufgabe gelöst durch einen Taumelscheibenverdichter mit variabler Fördermenge, mit mindestens einem Kolben, einem Sauganschluß, einem Saugraum, und mit einem Kühlmittel-Einlaßdurchlaß, der eine Verbindung vom Sauganschluß zum Saugraum bildet und in dem eine Fördermengen-Steuerventilanordnung angeordnet ist, welche die Druckdifferenz zwischen dem Druck am Sauganschluß und dem Druck im Saugraum steuert, um den Hub des mindestens einen Kolbens und damit die Fördermenge des Verdichters zu beeinflussen, wobei die Fördermengen-Steuerventilanordnung ein Ventilglied aufweist, das durch ein erstes Beaufschlagungsglied in Öffnungsrichtung beaufschlagt ist, ferner einen Druckspeicher zum Speichern von Kühlgas, das einen höheren Druck aufweist als den Druck im Saugraum, welcher Druck das Ventilglied in Schließrichtung beaufschlagt, mit einem ersten Durchlaß für unter Druck stehendes Kühlgas zur Zufuhr des unter Druck stehenden Kühlgases zum Druckspeicher, mit einem im ersten Durchlaß angeordneten Vorsteuerventil zur Steuerung des Zuflusses von unter Druck stehendem Kühlgas zum Druckspeicher abhängig vom Druck am Sauganschluß, welches Vorsteuerventil ein Ventilglied aufweist, das durch ein zweites Beaufschlagungsglied in Schließrichtung beaufschlagt ist, und mit einem als Drucksteuerdurchlaß dienenden zweiten Durchlaß, welcher vom Vorsteuerventil geöffnet wird, wenn dieses in Ventilschließrichtung betätigt wird, und welcher dabei ein Abströmen von im Druckspeicher gespeichertem, unter Druck stehendem Kühlgas ermöglicht, um den Druck im Druckspeicher zu reduzieren. Man erhält so eine Fördermengen-Steuerventilanordnung mit verbessertem Ansprechverhalten. Es wird dazu ein Drucksteuerdurchlaß vorgesehen, der vom Vorsteuerventil geöffnet wird, wenn dieses sich in Ventilschließrichtung verschiebt, und dadurch kann über diesen Durchlaß das unter Druck stehende Kühlgas im Druckspeicher abströmen und den Druck im Druckspeicher reduzieren.

Befindet sich also der Verdichter in einem Zustand mit niedriger thermischer Last, bei welcher der Druck am Sauganschluß abnimmt und bewirkt, daß das Vorsteuerventil in Ventilöffnungsrichtung arbeitet, kann das unter Druck stehende Kühlgas, das über den ersten Durchlaß (für unter Druck stehendes Druckmittel) zum Druckspeicher strömt, z. B. von einer Förderdruckkammer, nicht zum Saugraum abströmen. Infolgedessen steigt der Druck im Druckspeicher rasch an, so daß das Ventilglied der Fördermengen-Steuerventilanordnung sich schnell in seiner Schließrichtung bewegt, um die Ventilöffnung der Fördermengen-Steuerventilanordnung zu verringern. Auf diese Weise erhält man ein exzellentes Ansprechverhalten der Fördermengen-Steuerventilanordnung. Anders ausgedrückt, verschiebt sich das Ventilglied der Fördermengen-Steuerventilanordnung rasch in seiner Schließrichtung und verengt den Zwischenabschnitt des Kühlmittel-Einlaßdurchlasses, an dem sich das Ventilglied der Fördermengen-Steuerventilanordnung befindet. Hierdurch wird die Fördermenge des Verdichters schneller reduziert als bei der eingangs beschriebenen Fördermengen-Steuerventilanordnung.

Befindet sich der Verdichter dagegen in einem Zustand hoher thermischer Belastung, bei der der Druck am Sauganschluß ansteigt, so daß sich das Vorsteuerventil in seiner Schließrichtung bewegt so wird die Zufuhr von unter Druck stehendem Kühlgas von der Förderdruckkammer zum Druckspeicher unterbrochen, und das unter Druck stehende Kühlgas im Druckspeicher strömt von dort - durch den als Drucksteuerdurchlaß dienenden zweiten Durchlaß, der vom Vorsteuerventil geöffnet wird - zum Sauganschluß. Im Unterschied zur eingangs beschriebenen Vorrichtung nach dem Stand der Technik kann bei der Erfindung der Drucksteuerdurchlaß einen großen Querschnitt haben, so daß der Druck im Druckspeicher rasch sinkt. Deshalb verschiebt sich das Ventilglied der Fördermengen-Steuerventilanordnung rasch in seiner Öffnungsrichtung, und man erhält ein exzellentes Ansprechverhalten der Fördermengen-Steuerventilanordnung. Anders ausgedrückt, verschiebt sich das Ventilglied rasch in seiner Öffnungsrichtung und erweitert den Querschnitt des Zwischenabschnitts des Kühlmittel-Einlaßdurchlasses, an dem das Ventilglied der Fördermengen-Steuerventilanordnung angeordnet ist, so daß die Fördermenge des Verdichters schneller zunimmt als bei der Fördermengen-Steuerventilanordnung nach dem Stand der Technik.

Eine bevorzugte Weiterbildung der Erfindung ergibt sich durch den Gegenstand des Patentanspruchs 2. Dies erlaubt eine einfache Bauweise und eine gleitende, von Sprüngen weitgehend freie Arbeitsweise.

Eine andere bevorzugte Weiterbildung der Erfindung erhält man durch den Gegenstand des Patentanspruchs 3. Auch hier ergibt sich eine einfache Bauweise und Montage.

Eine andere bevorzugte Weiterbildung der Erfindung ist Gegenstand des Patentanspruchs 4.

Eine Ausführung mit einfacher Ausgestaltung bei guter Funktion erhält man, wenn das Vorsteuerventil als Schieberventil ausgebildet ist, insbesondere mit einem Längsschieber.

Als Alternative wird das Vorsteuerventil in besonders bevorzugter Weise gemäß Anspruch 6 ausgebildet, wobei die Ansprüche 7 und 8 zusätzliche bevorzugte Weiterbildungen angeben.

Nach derzeitiger Erkenntnis wird als Vorsteuerventil ein Sitzventil mit einer Ventilkugel bevorzugt. Dabei entfällt die Notwendigkeit, einen Drucksteuerdurchlaß maschinell herzustellen, durch den das unter Druck stehende Kühlgas im Druckspeicher abströmen kann, um den Druck im Druckspeicher abzusenken. Auch hat hierbei der Drucksteuerdurchlaß einen noch größeren Querschnitt, und man erhält folglich eine noch bessere Ansprechgeschwindigkeit der Fördermengen-Steuerventilanordnung.

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 übrigen Unteransprüchen. Es zeigt:

Fig. 1 eine Schemadarstellung, welche eine Fördermengen-Steuerventilanordnung nach dem Stand der Technik zeigt; diese steuert hier die Fördermenge eines Taumelscheibenverdichters mit variabler Fördermenge, und sie ist dargestellt in einem Zustand, in dem die Ventilöffnung ihres Hauptventils klein ist,

Fig. 2 eine Schemadarstellung analog Fig. 1, aber in einem Zustand, in welchem die Ventilöffnung ihres Hauptventils groß ist,

Fig. 3 eine schematische Darstellung, welche eine erfindungsgemäße Fördermengen-Steuerventilanordnung für einen Taumelscheibenverdichter mit variabler Fördermenge nach einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt, und zwar in einem Zustand, in welchem die Ventilöffnung ihres Hauptventils klein ist,

Fig. 4 eine Darstellung analog Fig. 3, aber in einem Zustand, in dem die Ventilöffnung des Hauptventils groß ist,

Fig. 5 eine schematische Darstellung, welche die Fördermengen-Steuerventilanordnung nach dem ersten Ausführungsbeispiel in einem Zustand zeigt, in dem das Hauptventil halb geöffnet ist,

Fig. 6 einen Längsschnitt, welcher gesamthaft einen Taumelscheibenverdichter mit variabler Fördermenge einschließlich der Fördermengen-Steuerventilanordnung nach dem ersten Ausführungsbeispiel zeigt,

Fig. 7 eine schematische Darstellung, welche eine Fördermengen-Steuerventilanordnung nach einer zweiten Ausführungsform der Erfindung zeigt, und zwar in einem Zustand, in dem die Öffnung ihres Hauptventils klein ist, und

Fig. 8 eine Darstellung analog Fig. 7, welche einen Zustand zeigt, bei dem die Ventilöffnung des Hauptventils groß ist.

Fig. 6 zeigt einen Längsschnitt durch einen erfindungsgemäßen Taumelscheibenverdichter mit variabler Fördermenge und einer Fördermengen-Steuerventilanordnung nach einer ersten Ausführungsform der Erfindung. Die Fig. 3 bis 5 zeigen in schematischer Darstellung verschiedene Arbeitsphasen dieser Fördermengen-Steuerventilanordnung. Fig. 3 zeigt sie in einem Zustand, in dem die Ventilöffnung ihres Hauptelements klein ist. Fig. 4 zeigt sie in einem Zustand, in dem die Ventilöffnung ihres Hauptventils groß ist. Und Fig. 5 zeigt sie in einem Zustand, in dem ihr Hauptventil halb geöffnet ist.

Es ist darauf hinzuweisen, daß die Fig. 3 bis 5 schematische Darstellungen sind, welche Teile und Elemente darstellen, die wesentlich sind für die Konstruktion einer erfindungsgemäßen Fördermengen-Steuerventilanordnung, daß aber die in diesen Figuren dargestellte Anordnung der Teile nicht mit der nach Fig. 6 identisch ist. Es braucht nicht besonders erläutert zu werden, daß auch eine Variante der Fördermengen-Steuerventilanordnung verwendet werden könnte, welche ähnlich wie die in den Fig. 3 bis 5 dargestellte Konfiguration ausgebildet ist.

Der in Fig. 6 dargestellte Taumelscheibenverdichter hat einen Zylinderkörper 1, dessen in Fig. 6 rechtes Ende unter Zwischenschaltung einer Ventilplatte 2 an einem rückwärtigen Kopfteil 3 befestigt ist, während sein in Fig. 6 linkes Ende an einem vorderen Kopfteil 4 befestigt ist. Durch den Zylinderkörper 1 erstreckt sich eine Welle 5, und um diese herum sind im Zylinderkörper 1, mit gleichen Winkelabständen, Zylinderbohrungen 6 vorgesehen. In jeder Zylinderbohrung 6 ist ein Kolben 7 längsverschiebbar angeordnet.

Im Inneren des vorderen Kopfteils 4 befindet sich ein Innenraum 8, in dem eine Taumelscheibe 10 angeordnet ist. Letztere ist längsverschiebbar und kippbar auf der Welle 5 angeordnet, wie das dem Fachmann bekannt ist.

Mit den Kolben 7 sind in der dargestellten Weise Kolbenstangen 11 verbunden, welche jeweils an ihrem freien Ende einen kugelförmigen Kopf 11a haben, der unter Zwischenschaltung eines Schuhs 50, der den zugeordneten Kopf 11a gleitend aufnimmt, an einer Gleitfläche 10a der Taumelscheibe 10 abgestützt ist. Die Schuhe 50 werden mittels eines Halteglieds 53 festgehalten. Letzteres ist an einem zentralen Vorsprung 10b der Taumelscheibe 10 so angeordnet, daß es von einer Sperrplatte 55 abgestützt wird, die am Vorsprung 10b in der dargestellten Weise mittels eines Halteglieds 54 fixiert ist. Das andere Ende 11b der Kolbenstange 11 ist jeweils mit dem zugeordneten Kolben 7 verbunden.

Der Schuh 50 ist zusammengesetzt aus einem Schuhkörper 51 zur gleitenden Abstützung einer der Taumelscheibe 10 zugewandten Seite des Endes 11a der betreffenden Kolbenstange 11, und einem etwa ringförmigen Teil 52 zum gleitenden Abstützen bzw. Festhalten einer Rückseite des betreffenden Endes 11a. Zur näheren Erläuterung kann verwiesen werden auf die DE 197 02 399 A1.

Im rückwärtigen Kopfteil 3 sind eine Förderdruckkammer 12 und ein Saugraum 13 ausgebildet, welcher die Förderdruckkammer 12 umgibt. Der äußere Anschluß der Förderdruckkammer 12 ist nicht dargestellt, um die Zeichnung nicht zu überladen. Das rückwärtige Kopfteil 3 hat einen Sauganschluß 3a, der mit einem (nicht dargestellten) Verdampfer in Verbindung steht. Im rückwärtigen Kopfteil 3 ist ferner ein Kühlmittel-Einlaßdurchlaß 39 ausgebildet, der eine Verbindung zwischen dem Sauganschluß 3a und dem Saugraum 13 bildet. Eine Fördermengen-Steuerventilanordnung befindet sich im rückwärtigen Kopfteil 3. Ihre Funktion ist es, den Druckunterschied bzw. das Druckdifferential zwischen dem Druck am Sauganschluß 3a und dem Druck im Saugraum 13 zu steuern.

Die Fördermengen-Steuerventilanordnung weist ein Hauptventil 30 auf, dessen Ventilglied 31 an einem Zwischenabschnitt des Kühlmittel-Einlaßdurchlasses 39 angeordnet ist, vgl. z. B. Fig. 3. Eine als erstes Beaufschlagungsglied dienende Feder 32 beaufschlagt das Ventilglied 31 in Öffnungsrichtung. Ein Druckspeicher 33 dient zum Speichern von unter hohem Druck stehendem Kühlgas, um dort einen Druck aufzubauen, der das Ventilglied 31 in Schließrichtung beaufschlagt. Ein erster Durchlaß 34 dient dazu, unter Druck stehendes Kühlgas von der Förderdruckkammer 12 dem Druckspeicher 33 zuzuführen, und ein Vorsteuerventil 80, das hier als Schieberventil ausgebildet ist, ist an einem Zwischenabschnitt des ersten Durchlasses 34 angeordnet, um, gesteuert vom Druck am Sauganschluß 3a, die Durchflußrate des zum Druckspeicher 33 fließenden Kühlgases zu steuern. Das Vorsteuerventil 80 weist ein Ventilglied 35 und eine als zweites Beaufschlagungsglied dienende Feder 25 auf, um das Ventilglied 35 des Vorsteuerventils 80 in Schließrichtung zu beaufschlagen.

Auf der Außenseite des Ventilglieds 35 (des Vorsteuerventils 80) ist in der dargestellten Weise eine als Drucksteuerdurchlaß dienende Vertiefung 35a eingearbeitet, die sich in Bewegungsrichtung des Ventilglieds 35 erstreckt. Bei der vorliegenden Erfindung ist nicht das Ventilglied 31 des Hauptventils 30, sondern das Ventilglied 35 des Vorsteuerventils 80, mit der Vertiefung 35a versehen, die als Drucksteuerdurchlaß dient, so daß die Vertiefung 35a so ausgelegt werden kann, daß sie eine größere Querschnittsfläche hat als der Drucksteuerdurchlaß 131a des Ventilglieds 131, das anhand der Fig. 1 und 2 beschrieben wurde.

Zwischen dem Sauganschluß 3a und dem Zwischenabschnitt des Durchlasses 34, an dem das Vorsteuerventil angeordnet ist, erstreckt sich ein Niederdruckdurchlaß 36, der an einem Zwischenabschnitt einen Federaufnahmeraum 37 zur Aufnahme der Schraubenfeder 25 hat. Das Ventilglied 35 des Vorsteuerventils 80 ist verschiebbar in einer durchgehenden Ausnehmung 100 (vgl. Fig. 3) angeordnet, die sich durch eine Wand (vgl. Fig. 6) erstreckt, welche den ersten Durchlaß 34 (zur Förderdruckkammer 12) und den Niederdruckdurchlaß 36 voneinander trennt. Das Ventilglied 35 befindet sich also am Ende des Durchlasses 36. Über einen Durchlaß 60 stehen der Sauganschluß 3a und der Innenraum 8 des Verdichters ständig miteinander in Verbindung.

In der Ventilplatte 2 sind Kühlmittel-Auslaßöffnungen 16 vorgesehen, welche die Zylinderbohrungen 6 mit der Förderdruckkammer 12 verbinden, und es sind Kühlmittel-Einlaßöffnungen 15 vorgesehen, welche die Zylinderbohrungen 6 mit dem Saugraum 13 verbinden. Auslaßöffnungen 16 und Einlaßöffnungen 15 sind jeweils um die Welle 5 herum mit vorgegebenen Winkelabständen angeordnet. Jeder Auslaßöffnung 16 ist ein Auslaßventil 17 zugeordnet. Dieses ist auf der rückwärtigen Seite der Ventilplatte 2 mittels einer Schraube 19, eines Ventilanschlags 18 und einer Mutter 20 befestigt.

Den Kühlmittel-Einlaßöffnungen 15 ist jeweils ein Saug- oder Einlaßventil 21 zugeordnet. Dieses ist zwischen der Ventilplatte 2 und dem Zylinderkörper 1 angeordnet. In der Schraube 19 befindet sich eine Drosselbohrung 19a, welche unter Druck stehendes Kühlgas von der Förderdruckkammer 12 einem Radiallager 24 und einem Axiallager 95 zuführt. Diese lagern, wie dargestellt, das rückwärtige Ende der Welle 5, deren vorderes Ende von einem Radiallager 26 gelagert wird.

An einem vorderen Abschnitt der Welle 5 ist ein Druckaufnahmeflansch 40 starr befestigt, dessen Aufgabe es ist, das Drehmoment von der Welle 5 zur Taumelscheibe 10 zu übertragen. Zwischen dem Druckaufnahmeflansch 40 und der Innenwand des vorderen Kopfteils 4 liegt ein Axiallager 33. Druckaufnahmeflansch 40 und Taumelscheibe 10 sind miteinander über eine Gelenkverbindung 41 verbunden. Die Taumelscheibe 10 ist verschwenkbar bezüglich einer Ebene, die senkrecht zur Welle 5 verläuft.

Zwischen dem Druckaufnahmeflansch 40 und einem auf der Welle 5 angeordneten Anschlag 46 ist eine Schraubenfeder 44 angeordnet, zwischen Anschlägen 45, 48 auf der Welle 5 eine Schraubenfeder 47.

Die Gelenkverbindung 41 weist einen Kragarm 10e auf, der auf einer vorderseitigen Seite 10c der Taumelscheibe 10 ausgebildet ist. In ihm ist eine lineare Führungsnut 10f ausgebildet. Ferner weist die Gelenkverbindung 41 einen Zapfen 43 auf, der auf die der Taumelscheibe 10 zugewandte Seite 40a des Druckaufnahmeflanschs 40 aufgeschraubt ist. Die Längsachse der Führungsnut 10f ist bezüglich der Vorderseite 10c der Taumelscheibe 10 um einen vorgegebenen Winkel geneigt, vgl. Fig. 6. Ein kugeliger Abschnitt 43a des Zapfens 43 steht in gleitendem Eingriff mit der Führungsnut 10f.

Arbeitsweise

Gewöhnlich befindet sich der Taumelscheibenverdichter in einem Kraftfahrzeug, und dessen (nicht dargestellter) Motor überträgt ein Drehmoment auf die Welle 5, so daß sich diese dreht. Über den Druckaufnahmeflansch 40 und die Gelenkverbindung 41 wird dieses Drehmoment auf die Taumelscheibe 10 übertragen, um deren Drehung zu bewirken.

Die Drehung der Taumelscheibe 10 verursacht ein Gleiten der Gleitschuhe 50 auf der Gleitfläche (Rückseite) 10a der Taumelscheibe 10, und dadurch wird das Drehmoment von der Taumelscheibe 10 in eine hin- und hergehende Bewegung der Kolben 7 umgesetzt. Wenn sich diese in ihren Zylindern 6 hin- und herbewegen, ändern sich die Volumina in den Zylindern 6, und dies bewirkt sequentiell ein Ansaugen, Verdichten und Ausstoßen von Kühlgas. Dadurch wird unter Druck stehendes Kühlgas gefördert, und zwar in einer Menge, die der Neigung der Taumelscheibe 10 entspricht. Während eines Saughubs öffnet sich jeweils das Ansaugventil 21, und Kühlgas unter niedrigem Druck wird aus dem Saugraum 13 in die Verdichtungskammer im betreffenden Zylinder 6 angesaugt. Während eines Förderhubs öffnet sich das betreffende Auslaßventil 17, und unter Druck stehendes Kühlgas wird aus der betreffenden Verdichtungskammer zur Förderdruckkammer 12 gefördert.

Abnehmende thermische Belastung

Wenn die thermische Belastung des Verdichters abnimmt, nimmt der Druck am Sauganschluß 3a ab. Betrachtet man Fig. 3 oder 6, so sinkt die Kraft, die infolge des Druckes des Kühlgases im Kühlmittel-Einlaßdurchlaß 39 bestrebt ist, das Ventilglied 31 (des Hauptventils 30) nach unten, also in Öffnungsrichtung, zu drücken, und gleichzeitig öffnet sich wegen des fallenden Drucks im Durchlaß 36 das Vorsteuerventil 80, wie in Fig. 3 dargestellt, so daß unter Druck stehendes Kühlgas aus der Förderdruckkammer 12 über den ersten Durchlaß 34 zum Druckspeicher 33 strömen kann. Da das Ventilglied 31 (des Hauptventils 30) keinen Drucksteuerdurchlaß aufweist (Fig. 1 und 2 zeigen einen solchen Durchlaß 131a beim Stand der Technik), baut sich der Druck im Druckspeicher 33 rasch auf. Deshalb wird das Ventilglied 31 des Hauptventils 30 nach oben, also praktisch augenblicklich in der Ventilschließrichtung verschoben, um die Ventilöffnung des Hauptventils 30 zu verkleinern, also die Ventilöffnung der Fördermengen-Steuerventilanordnung. Man erhält also ein exzellentes Ansprechverhalten der Fördermengen-Steuerventilanordnung.

Infolgedessen nimmt der Durchströmwiderstand, also der Widerstand des Kühlmittel-Einlaßdurchlasses 39 gegen die Strömung von Kühlgas durch ihn, zu. Die Folge ist, daß der Druck im Saugraum 13 niedriger wird als der Druck am Sauganschluß 3a. Dies reduziert den Druck an den Kühlmittel-Einlaßöffnungen 15 und den Druck in den Verdichtungskammern der Zylinder 6 auf der Abströmseite des Saugraums 13.

Durch den Durchlaß 60 wird der Druck im Innenraum 8 des Verdichters auf dem gleichen Wert gehalten wie der Druck am Sauganschluß 3a. Infolgedessen steigt die Druckdifferenz zwischen dem Druck des Kühlgases im Innenraum 8, welcher Druck beim Saughub auf die Vorderseite (Fig. 6: linke Seite) der Kolben 7 wirkt, und dem Druck des Kühlgases, das in die jeweilige Verdichtungskammer angesaugt wird, welcher Druck beim Saughub auf die rückwärtige (rechte) Stirnseite des betreffenden Kolbens 7 wirkt. Diese erhöhte Druckdifferenz bewirkt, daß der Abschnitt der Taumelscheibe 10, welcher mit den Kolben 7 zusammenwirkt, die gerade ihren Saughub durchführen (in Fig. 6 ist das z. B. der untere Kolben 7) in Richtung zur rückwärtigen Seite (also in Fig. 6 nach rechts) beaufschlagt wird. Dadurch wird die Neigung der Taumelscheibe 10 kleiner, und folglich auch der Hub der Kolben 7, so daß die Fördermenge des Verdichters insgesamt kleiner wird.

Zunehmende thermische Belastung

Wenn die thermische Belastung des Verdichters zunimmt, nimmt der Druck am Sauganschluß 3a zu, und damit auch die Kraft, welche das Ventilglied 31 in Öffnungsrichtung beaufschlagt, also nach unten, bezogen auf Fig. 4. Ebenso nimmt die Kraft zu, welche das Ventilglied 35 des Vorsteuerventils 80 in Schließrichtung beaufschlagt, also nach oben, bezogen auf Fig. 4. Dadurch schließt, wie in Fig. 4 dargestellt, das Vorsteuerventil 80 und unterbricht den Zufluß von unter Druck stehendem Kühlgas in den Druckspeicher 33.

Gleichzeitig wird der Druckspeicher 33 über die Vertiefung 35a des Ventilglieds 35 mit dem Niederdruckdurchlaß 36 verbunden, so daß das unter Druck stehende Kühlgas im Druckspeicher 33 über die Vertiefung 35a und den Niederdruckanschluß 36 zum Sauganschluß 3a abströmen kann. Die Vertiefung 35a dient dabei als Drucksteuerdurchlaß, und ihr Querschnitt kann größer sein als der Querschnitt des in Fig. 1 und 2 dargestellten Drucksteuerdurchlasses 131a im dortigen Ventilglied 131. Deshalb fällt der Druck im Druckspeicher 33 augenblicklich und bewirkt eine rasche Verschiebung des Ventilglieds 31 des Hauptventils 30 in der Ventilöffnungsrichtung, also in Fig. 4 nach unten, wodurch die Ventilöffnung des Hauptventils 30, also die Ventilöffnung der Fördermengen-Steuerventilanordnung, vergrößert wird. Infolgedessen nimmt der Durchlaßwiderstand des Kühlmittel-Einlaßdurchlasses 39 ab, und der Druck im Saugraum 13 wird gleich dem Druck am Sauganschluß 3a.

Vergleicht man mit dem zuerst beschriebenen Zustand niedriger thermischer Belastung des Verdichters, sinkt der Druckunterschied zwischen dem Druck des Kühlgases, der im Innenraum 8 beim Saughub auf die vordere Stirnseite der Kolben 7 wirkt und dem Druck des Kühlgases, das in die Verdichtungskammern der saugenden Zylinder angesaugt wird, und der auf die rückwärtige Stirnseite der Kolben 7 wirkt, welche einen Saughub ausführen. Dadurch wird ein Abschnitt der Taumelscheibe 10, welcher den Kolben 7 zugeordnet ist, die einen Saughub ausführen, in Richtung zur Vorderseite beaufschlagt, und die Neigung der Taumelscheibe 10 wird größer. Hierdurch wird der Hub der Kolben 7 vergrößert, so daß die Fördermenge (Kapazität) des Verdichters vergrößert wird.

Mäßige thermische Belastung

Wenn der Druck am Sauganschluß 3a mäßig hoch ist, wird die Ventilöffnung des Vorsteuerventils 80 in einem Gleichgewichtszustand gehalten, für den gilt

Pd × Sd = Pe × Se + Fp (3)

Dieser Zustand ist in Fig. 5 dargestellt. Die Parameter Pd, Sd etc. sind dieselben wie bei den Gl. (1) und (2). In diesem Fall strömt das dem Druckspeicher 33 zugeführte, unter Druck stehende Kühlgas über die Vertiefung 35a des Vorsteuerventils 80 zur Niederdruckseite, d. h. dem Niederdruckdurchlaß 36 und dem Sauganschluß 3a, so daß das Ventilglied 31 des Hauptventils 30 in einem Gleichgewichtszustand gehalten wird, für den gilt

Pe × St + Ft = Pd × Sc (4)

Hierbei sind die Parameter Pe und Pd dieselben wie bei den Gl. (1) bis (3). Die anderen Parameter bedeuten:
St = druckbeaufschlagter Querschnitt des Ventilglieds 31 auf der Pe-Seite
Ft = Beaufschlagungskraft der Feder 32
Sc = druckbeaufschlagter Querschnitt des Ventilglieds 31 auf der Pd-Seite.

Wenn bei dieser Fördermengen-Steuerventilanordnung nach dem ersten Ausführungsbeispiel der Druck am Sauganschluß 3a abnimmt, um das Vorsteuerventil 80 zu öffnen, wird das Ventilglied 31 des Hauptventils 30 rasch in seiner Schließrichtung verschoben, um die Ventilöffnung des Hauptventils 30 zu verkleinern. Steigt dagegen der Druck am Sauganschluß 3a, um das Vorsteuerventil 80 zu schließen, so wird das Ventilglied 31 des Hauptventils 30 rasch in Öffnungsrichtung verschoben, um die Ventilöffnung des Hauptventils 30 zu vergrößern. Man erhält also ein exzellentes Ansprechverhalten des Ventilglieds 31 im Hauptventil 30.

Zweites Ausführungsbeispiel nach den Fig. 7 und 8

Die Fig. 7 und 8 zeigen in stark schematisierter Weise eine Fördermengen-Steuerventilanordnung für einen Taumelscheibenverdichter mit variabler Fördermenge, nach einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung. Fig. 7 zeigt die Fördermengen-Steuerventilanordnung in einem Zustand mit kleiner Ventilöffnung des Hauptventils, und Fig. 8 in einem Zustand mit großer Ventilöffnung. Gleiche oder gleich wirkende Teile wie beim ersten Ausführungsbeispiel werden mit denselben Bezugszeichen bezeichnet wie dort und gewöhnlich nicht nochmals beschrieben.

Beim ersten Ausführungsbeispiel wird als Wegeventil ein Schieberventil für das Vorsteuerventil 80 verwendet, und der Drucksteuerdurchlaß 35a wird auf diesem ausgebildet. Dagegen wird beim zweiten Ausführungsbeispiel als Wegeventil ein Sitzventil verwendet, hier in Form eines Kugelventils 80′. Dieses hat ein Ventilglied 65 von sphärischer Gestalt, das von einer Feder 25 beaufschlagt ist, vgl. Fig. 7. Dieses Ventilglied 65 hat zwei gegenüberliegende Ventilsitze, die an einer Ausnehmung 100 ausgebildet sind. Der untere Ventilsitz ist mit 36a bezeichnet, der obere mit 36b. Der untere Ventilsitz 36a führt zum Niederdruckdurchlaß 36, der obere Ventilsitz 36b zum Hoch druckdurchlaß 34. Ist also der untere Ventilsitz 36a geöffnet, so verbindet er den Druckspeicher 33 mit dem Sauganschluß 3a, und ist der obere Ventilsitz 36b geöffnet, verbindet er den Druckspeicher 33 mit der Förderdruckkammer 12.

Wenn beim zweiten Ausführungsbeispiel der Druck am Sauganschluß 3a abnimmt, nimmt der Druck ab, welcher das Ventilglied 31 des Hauptventils 30 in Öffnungsrichtung beaufschlagt. Ebenso nimmt der Druck ab, welcher auf die Unterseite der Kugel 65 wirkt, so daß der obere Ventilsitz 36b geöffnet wird, wie in Fig. 7 dargestellt, und unter Druck stehendes Kühlgas aus der Förderdruckkammer 12 über den Druck-Durchlaß 34 zum Druckspeicher 33 strömen kann, wodurch das Ventilglied 31 in Schließrichtung verschoben wird.

Nimmt beim zweiten Ausführungsbeispiel der Druck am Sauganschluß 3a zu, so nimmt der Druck zu, welcher das Ventilglied 31 des Hauptventils 30 in Öffnungsrichtung beaufschlagt. Auch nimmt der Druck zu, welcher die Kugel 65 des Kugelventils 80′ nach oben beaufschlagt, so daß sich die Kugel 65, wie in Fig. 8 dargestellt, gegen den oberen Ventilsitz 36b legt und den unteren Ventilsitz 36a öffnet. Dadurch wird der Zustrom von unter Druck stehendem Kühlgas zum Druckspeicher 33 unterbrochen. Durch den jetzt geöffneten Ventilsitz 36a kann nun das unter Druck stehende Kühlgas im Druckspeicher 33 über die Ausnehmung 100 und den Niederdruckdurchlaß 36 zum Sauganschluß 3a abströmen.

Für die weitere Beschreibung der Wirkungsweise wird auf die Beschreibung zum ersten Ausführungsbeispiel Bezug genommen, also bez. des Einflusses der Öffnung des Hauptventils 30 auf die Neigung der Taumelscheibe 10.

Die vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele beziehen sich auf die Anwendung der Erfindung bei einem Taumelscheibenverdichter mit variabler Fördermenge. Dies stellt jedoch keine Einschränkung dar. Die Erfindung kann bei jeder Bauart von Kolbenverdichtern verwendet werden, bei der die Fördermenge durch Veränderung des Kolbenhubs gesteuert oder geregelt wird, also z. B. durch Veränderung der Neigung einer Taumelscheibe, oder durch ein äußeres Betätigungsglied, welches z. B. die Neigung einer Taumelscheibe steuert. Solche und andere Abwandlungen liegen im Rahmen der vorliegenden Erfindung.

Claims

1. Taumelscheibenverdichter mit variabler Fördermenge, mit mindestens einem Kolben (7), einem Sauganschluß (3a), einem Saugraum (13), und mit einem Kühlmittel-Einlaßdurchlaß (39), der eine Verbindung vom Sauganschluß (3a) zum Saugraum (13) bildet und in dem eine Fördermengen-Steuerventilanordnung (30) angeordnet ist, welche die Druckdifferenz zwischen dem Druck am Sauganschluß (3a) und dem Druck im Saugraum (13) steuert, um den Hub des mindestens einen Kolbens (7) und damit die Fördermenge des Verdichters zu beeinflussen,
wobei die Fördermengen-Steuerventilanordnung (30) ein Ventilglied (31) aufweist, das durch ein erstes Beaufschlagungsglied (32) in Öffnungsrichtung beaufschlagt ist,
ferner einen Druckspeicher (33) zum Speichern von Kühlgas, das einen höheren Druck aufweist als den Druck im Saugraum (13), welcher Druck das Ventilglied (31) in Schließrichtung beaufschlagt,
mit einem ersten Durchlaß (34) für unter Druck stehendes Druckmittel zur Zufuhr des unter Druck stehenden Kühlgases zum Druckspeicher (33), mit einem im ersten Durchlaß (34) angeordneten Vorsteuerventil (80; 80′) zur Steuerung des Zuflusses von unter Druck stehendem Kühlgas zum Druckspeicher (33) abhängig vom Druck am Sauganschluß (3a), welches Vorsteuerventil (80; 80′) ein Ventilglied (34; 65) aufweist, das durch ein zweites Beaufschlagungsglied (25) in Schließrichtung beaufschlagt ist,
und mit einem als Drucksteuerdurchlaß dienenden zweiten Durchlaß (35a; 36a), welcher vom Vorsteuerventil (80; 80′) geöffnet wird, wenn dieses in Ventilschließrichtung betätigt wird, und welcher dabei ein Abströmen von im Druckspeicher (33) gespeichertem, unter Druck stehendem Kühlgas ermöglicht, um den Druck im Druckspeicher (33) zu reduzieren.

2. Taumelscheibenverdichter nach Anspruch 1, bei welchem das Ventilglied (35) des Vorsteuerventils (80) auf einer Umfangsfläche eine Vertiefung (35a) aufweist, welche sich in der Bewegungsrichtung des Ventilglieds (33) erstreckt und den Drucksteuerdurchlaß bildet.

3. Taumelscheibenverdichter nach Anspruch 1 oder 2, bei welchem die Fördermengen-Steuerventilanordnung einen Niederdruckdurchlaß (36) zur Verbindung mit dem Sauganschluß (3a) aufweist,
das Vorsteuerventil (80; 80′) in der Ausnehmung einer Wand (3) angeordnet ist, welche den Niederdruckdurchlaß (36) vom ersten Durchlaß (34) für unter Druck stehendes Kühlgas trennt,
und der vom Vorsteuerventil (80; 80′) gesteuerte Drucksteuerdurchlaß (35a; 36a) bei seiner Öffnung eine Verbindung zwischen dem Niederdruckdurchlaß (36) und dem Druckspeicher (33) bildet.

4. Taumelscheibenverdichter nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem das dem Vorsteuerventil (80; 80′) zugeordnete Beaufschlagungsglied als Feder (25) ausgebildet ist, welche zwischen dem Ventilglied (35; 65) des Vorsteuerventils (80; 80′) und einem Abschnitt des Niederdruckdurchlasses (36) angeordnet ist und dieses Ventilglied (35; 65) in Schließrichtung beaufschlagt.

5. Taumelscheibenverdichter nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem das Vorsteuerventil als Schieberventil (80) ausgebildet ist.

6. Taumelscheibenverdichter nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, welches als Sitzventil und insbesondere nach Art eines Wechselrückschlagventils ausgebildet ist.

7. Taumelscheibenverdichter nach Anspruch 6, bei welchem das Sitzventil als Ventilglied eine Kugel (65) aufweist.

8. Taumelscheibenverdichter nach Anspruch 6 oder 7, bei welchem das Ventilglied (65) kugelförmig ausgebildet und zwischen zwei gegenüberliegenden Ventilsitzen (36a, 36b) verschiebbar ist, wobei der Drucksteuerdurchlaß durch eine Öffnung gebildet wird, die entsteht, wenn sich dieses kugelförmig ausgebildete Ventilglied (65) in Schließrichtung vom einen Ventilsitz (36a) zum anderen Ventilsitz (36b) verschiebt (Fig. 8).