DE3840675A1 - Verdichter - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen bzgl. seiner Fördermenge einstellbaren Ver­ dichter, also einen Verdichter mit entsprechender Einstellvorrichtung. Ein solcher Verdichter eignet sich beispielsweise zum Einsatz in Luftkon­ ditionierungssystemen bei Kraftfahrzeugen und ist so konstruiert, daß ein Kältemittel oder ein vergleichbar wirkendes Strömungsmedium verdichtet wird und die Fördermenge des verdichteten Kältemittels einstellbar ist.

Es sind einstellbare Verdichter bekannt (JP-OS P 62-1 57 291), bei denen ein Zylinder und ein drehbar in dem Zylinder gelagerter Drehkolben mit einer Mehrzahl radial beweglicher Schieber vorgesehen ist. An einander gegenüber­ liegenden Stirnseiten des Zylinders sind Seitenteile - ein vorderes und ein hinteres Seitenteil - angebracht, so daß zwischen dem Zylinder, dem Drehkol­ ben, den Schiebern und den Seitenteilen eine Mehrzahl von Verdichtungsräumen gebildet ist. Das vordere Seitenteil weist zur Regulierung der Menge des zur Verdichtung aus Ansaugkanälen in die Verdichtungsräume einzusaugenden Kälte­ mittels eine Einstellvorrichtung auf. Mittels der Einstellvorrichtung läßt sich die Fördermenge des Verdichters entsprechend verschiedener Betriebszu­ stände einstellen.

Die Einstellvorrichtung kann beispielsweise im hinteren Seitenteil des Ver­ dichters vorgesehen sein. Im vorderen Seitenteil des Verdichters ist dann zur Schmierung der Einstellvorrichtung ein Ölversorgungskanal ausgebildet. Der Ölversorgungskanal öffent sich mit seinem einen Ende in einen unter hohem Druck stehenden Ölsumpf und mit seinem anderen Ende zu einer Stirn­ fläche des Drehkolbens hin. Bei arbeitendem Verdichter wird das Schmieröl durch einen zwischen dem vorderen Seitenteil und dem Drehkolben ausgebilde­ ten Zwischenraum herausgefördert, schmiert dann ein eine Welle tragendes Lager, strömt danach durch einen sich längs durch die Welle hindurch er­ streckenden mittigen Kanal zum hinteren Seitenteil des Zylinders und ge­ langt schließlich zur Schmierung in ein Lager und in die Einstellvorrich­ tung.

Bei der voranstehend erläuterten Ausführung wird das Schmieröl auf seinem langen, zur Einstellvorrichtung führenden Strömungspfad einer Folge von Drosselungen bzw. Strömungswiderständen ausgesetzt, so daß es schwierig ist, eine hinreichende Ölversorgung der Einstellvorrichtung zu erreichen. Eine unzureichende Ölversorgung der Einstellvorrichtung führt mitunter zum Fressen von Gleitflächen beweglicher Teile aufgrund des dort auftre­ tenden Schmierölmangels.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, den bekannten Verdichter so auszugestalten und weiterzubilden, daß hinreichend viel Schmieröl zur Ein­ stellvorrichtung gelangt. Dabei soll insbesondere unter hohem Druck stehen­ des Schmieröl durch einen relativ kurzen Ölversorgungskanal zu der Einstell­ vorrichtung gelangen. Die Einstellvorrichtung und ein eine Welle tragendes Lager sollen dabei unabhängig voneinander geschmiert werden.

Die zuvor aufgezeigte Aufgabe ist durch einen Verdichter mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Bei einem so konstruierten Verdichter wird das unter hohem Druck stehende Schmieröl von einem ersten Ölsumpf durch einen Ölversor­ gungskanal zur Einstellvorrichtung gefördert. Da der Ölversorgungskanal kurz ist und dem Schmieröl einen nur geringen Strömungswiderstand bietet, gelangt genügend Schmieröl zu den Lagern und der Einstellvorrichtung.

Eine weiter bevorzugte Ausgestaltung ergibt sich aus dem nachgeordneten An­ spruch 2.

Eine Vielzahl anderer Vorzüge und Besonderheiten des erfindungsgemäßen Ver­ dichters ergeben sich aus der nachfolgenden Erläuterung eines bevorzugten Aus­ führungsbeispiels der Erfindung anhand der Zeichnung. In der Zeichnung zeigt

Fig. 1 in einem Längsschnitt einen erfindungsgemäßen Verdichter,

Fig. 2 einen Querschnitt durch den Gegenstand aus Fig. 1 entlang der Linie I-I,

Fig. 3 einen Querschnitt durch den Gegenstand aus Fig. 1 entlang der Linie II-II,

Fig. 4 einen Querschnitt durch den Gegenstand aus Fig. 1 entlang der Linie III-III,

Fig. 5 einen Querschnitt durch den Gegenstand aus Fig. 1 entlang der Linie IV-IV,

Fig. 6 in einer perspektivischen Darstellung eine Steuerscheibe aus einer Einstellvorrichtung des Gegenstandes aus Fig. 1 und

Fig. 7 in einem Querschnitt ein Steuerventil des Gegenstandes aus Fig. 1.

Die Fig. 1 bis 5 zeigen einen erfindungsgemäßen Verdichter 1 - es handelt sich hier um einen Rotationskolbenverdichter - mit einem Zylinder 2 mit einer durch eine Innenfläche des Zylinders 2 gebildeten, im wesentlichen elliptischen Bohrung. Der Zylinder 2 ist an seinen einander gegenüberliegen­ den Stirnseiten durch Seitenteile - ein vorderes Seitenteil 3 und ein hin­ teres Seitenteil 4 - geschlossen. In der Bohrung des Zylinders 2 ist ein kreisförmiger Drehkolben 5 vorgesehen. Der Drehkolben 5 läuft in Richtung der kürzeren Achse der elliptischen Bohrung an der Innenfläche des Zylin­ ders 2, so daß zwischen dem Drehkolben 5 und dem Zylinder 2 zwei einander gegenüberliegende Arbeitsräume 6 a, 6 b gebildet sind. Der Drehkolben 5 trägt eine Mehrzahl - im dargestellten Ausführungsbeispiel fünf - radial beweg­ licher Schieber 7 a-7 e. Somit sind zwischen dem Zylinder 2, dem vorderen und hinteren Seitenteil 3, 4 dem Drehkolben 5 und den Schiebern 7 a-7 e fünf Verdichtungsräume 9 a-9 e gebildet.

Der Drehkolben 5 sitzt fest auf einer sich mittig durch den Drehkolben 5 hin­ durch erstreckenden Welle 10. Die Welle 10 ist von einem im vorderen Seiten­ teil 3 angeordneten Radiallager 11 und einem im hinteren Seitenteil 4 angeord­ neten Radiallager 12 drehbar gelagert. Zur Verhinderung einer Leckage des Käl­ temittels ist zwischen der Welle 10 und einem später noch näher beschriebenen vorderen Kopf 17 eine als hermetische Dichtung wirkende Wellendichtung 13 vor­ gesehen. Die Welle 10 weist einen sich längs durch die Welle 10 hindurch er­ streckenden mittigen Kanal 15 auf. Der mittige Kanal 15 verbindet den hin­ teren Teil des Verdichters 1 mit einer zwischen dem Radiallager 11 und der Wellendichtung 13 ausgebildeten Lager-/Dichtungskammer 16 derart, daß das Kältemittel unter geringem Druck vom hinteren Teil des Verdichters 1 zur Lager-/Dichtungskammer 16 gefördert wird,

Der vordere Kopf 17 ist fest an dem vorderen Seitenteil 3 befestigt und bildet zusammen mit dem vorderen Seitenteil 3 eine Hochdruckkammer 18. Die Hochdruckkammer 18 ist mit einer Ausstoßöffnung 19 strömungsverbunden und weist zur Aufnahme von Schmieröl einen einen Ölsumpf 18 a bildenden unteren Bereich auf.

Der Ölsumpf 18 a ist über einen ersten Ölkanal 21 mit einem zwischen dem vor­ deren Seitenteil 3 und dem Drehkolben 5 liegenden Bereich strömungsverbunden. Der Ölkanal 21 weist eine in den Ölsumpf 18 a öffnende erste Öffnung 22 auf, so daß Schmieröl durch die Öffnung 22 und den ersten Ölkanal 21 zur Innen­ fläche des Zylinders 2 gefördert wird und dabei die Schieber 7 a-7 e und den Drehkolben 5 schmiert.

Das vordere Seitenteil 3 weist einen mit seinem einem Ende in die Lager-/ Dichtungskammer 16 hinein öffnenden zweiten Ölkanal 23 auf. Das andere Ende des Ölkanals 23 öffnet mit einer zweiten Öffnung 24 in die Bohrung des Zy­ linders 2. Die zweite Öffnung 24 liegt einem Ansaugkanal 37 a gegenüber. Be­ dingt durch diese Konstruktion verursacht ein Ansaughub des Verdichters 1, während dem das Volumen des Verdichtungsraumes 9 a zunimmt, einen Unterdruck bzw. einen das Kältemittel aus der Lager-/Dichtungskammer 16 ziehenden Sog.

Das hintere Seitenteil 4 ist fest mit einem hinteren Kopf 26 verbunden und bildet gemeinsam mit dem hinteren Kopf 26 eine Niederdruckkammer 27. Die Niederdruckkammer 27 ist mit einem Einlaßkanal 28 strömungsverbunden.

Die Niederdruckkammer 27 ist mit später beschriebenen Ansaugkanälen 37 a, 37 b und einem mit dem in der Welle 10 ausgebildeten mittigen Kanal 15 ver­ bundenen L-förmigen Kanal 29 strömungsverbunden. Der hintere Kopf 26 und das hintere Seitenteil 4 sind jeweils an ihren unteren Bereichen mit einer Ausnehmung zur Bildung eines Ölsumpfs 18 b zur Aufnahme von Schmieröl ver­ sehen. Der Ölsumpf 18 b ist mit dem in der Hochdruckkammer 18 ausgebilde­ ten Ölsumpf 18 a über einen längs im Zylinder 2 verlaufenden Verbindungs­ kanal 30 verbunden. Durch diesen Verbindungskanal 30 wird das im Ölsumpf 18 b befindliche Schmieröl unter hohem Druck gehalten.

Im hinteren Seitenteil 4 ist ein dritter Ölkanal 32 mit einer ebenfalls im hinteren Seitenteil 4 liegenden Öffnung 33 vorgesehen. Der dritte Öl­ kanal 32 öffnet mit seinem einen Ende in den Ölsumpf 18 b und mit seinem anderen Ende in eine Lagerkammper 36. Die Lagerkammer 36 ist zwischen einem auf einer Innenseite des Radiallagers 12 angeordneten Dichtungs­ ring 34 und einem für eine später beschriebene Steuerscheibe 42 vorgese­ henen Drucklager 47 ausgebildet. Der so angeordnete dritte Ölkanal 32 und die Lagerkammer 36 bilden einen Ölversorgungskanal 35, durch den eine später beschriebene Einstellvorrichtung 41 mit Schmieröl versorgt wird.

Die Ansaugkanäle 37 a, 37 b sind in einer dem Drehkolben 5 gegenüberliegenden Stirnfläche des hinteren Seitenteils 4 ausgebildet und sind zum Teil aus zwei in der Steuerscheibe 42 der Einstellvorrichtung 41 ausgebildeten Rand­ ausnehmungen 43 a, 43 b gebildet. Die Steuerscheibe 42 läßt sich zur Änderung des Verdichtungsbeginns drehen. Dabei wird die Menge des zu verdichtenden Kältemittels geändert.

Die in den Fig. 3 bis 6 dargestellte Einstellvorrichtung 41 weist eine kreis­ förmige Ausnehmung bzw. eine Kammer 44 auf. Die Kammer 44 ist im hinteren Seitenteil 4 ausgebildet und dient zur Aufnahme der darin drehbaren bzw. ver­ schiebbaren Steuerscheibe 42. Die Steuerscheibe 42 weist eine mittige Boh­ rung 45 und die zuvor erwähnten, einander gegenüberliegenden Randausnehmun­ gen 43 a, 43 b auf. In der mittigen Bohrung 45 ist eine die Welle 10 drehbar aufnehmende Laufbuchse 46 fest eingesetzt. Die Steuerscheibe 42 ist am hin­ teren Seitenteil 4 durch ein zwischen der Laufbuchse 46 und dem hinteren Sei­ tenteil 4 angeordnetes Drucklager 47 drehbar gelagert. Die Steuerscheibe 42 ist normalerweise durch eine Torsionsschraubenfeder 48 in eine Drehrich­ tung - in dem in Fig. 4 dargestellten Beispiel im Uhrzeigersinn - vorge­ spannt. Die Steuerscheibe 42 weist desweiteren zwei orthogonal von der Steuerscheibe 42 abstehende, zungenförmige Druckaufnahmekörper 49 a, 49 b auf. Die Druckaufnahmekörper 49 a, 49 b sind verschiebbar in im hinteren Seitenteil 4 ausgebildete Führungsnuten 50 a, 50 b eingesetzt. Folglich sind auf jeweils einer Seite der Druckaufnahmekörper 49 a, 49 b zwischen den Führungsnuten 50 a, 50 b und der Steuerscheibe 42 zwei Druckkammern 51 a, 51 b ausgebildet.

Die Druckkammern 51 a, 51 b sind über in den Figuren nicht gezeigte Kanäle miteinander verbunden. Eine der Druckkammern 51 a, 51 b, - in dem hier gezeig­ ten Ausführungsbeispiel die Druckkammer 51 b - ist über einen Verbindungska­ nal 53 mit der Hochdruckkammer 18 strömungsverbunden. Die andere Druckkam­ mer 51 a ist über einen ein Steuerventil 55 aufweisenden Verbindungskanal 54 mit der Niederdruckkammer 27 verbunden. Zu dem Steuerventil 55 gehören gemäß Fig. 7 ein in der Niederdruckkammer 27 angeordneter und auf den in der Nie­ derdruckkammer 27 herrschenden Druck hin axial verformbarer Faltenbalg 58, ein zur gemeinsamen Bewegung mit dem Faltenbalg 58 mit einem Ende des Fal­ tenbalgs 58 verbundener Ventilkörper 56 und ein Ventilsitz 27 zur Anlage für den Ventilkörper 56. Das so konstruierte Steuerventil 55 dient zur Re­ gulierung des in den Druckkammern 51 a, 51 b herrschenden Drucks auf eine Druck­ änderung in der Niederdruckkammer 27 hin.

Die Fig. 2 und 3 zeigen, daß der Zylinder 2 desweiteren zwei in der Nähe eines aus der Bewegungsrichtung des Drehkolbens 5 gesehen vorderen Endes jeden Arbeitsraumes 6 a, 6 b ausgebildete, diametral einander gegenüberlie­ gende Auslaßöffnungen 59 a, 59 b aufweist. Jede der Auslaßöffnungen 59 a, 59 b weist ein Auslaßventil 60 a, 60 b auf.

Bei voranstehend erläuterter Konstruktion gleiten die Schieber 7 a-7 e bei durch die Welle 10 drehangetriebenem Drehkolben 5 entlang der Innenfläche des Zylin­ ders 2 und verursachen mit jeder Umdrehung des Drehkolbens 5 aufeinanderfolgend eine Vergrößerung und Verkleinerung des Volumens der Verdichtungsräume 9 a-9 e. Dabei wird das Kältemittel in den Verdichtungsräumen 9 a-9 e verdichtet und anschließend über die Auslaßöffnung 59 a, 59 b in die Hochdruckkammer 18 aus­ gelassen. In diesem Zeitraum, d.h. während der Verdichtung, wird die Menge des von der Niederdruckkammer 27 zu den Verdichtungsräumen 9 a-9 e zu fördern­ den Kältemittels durch die eine Änderung des Verdichtungsbeginns bewirkende Einstellvorrichtung 41 reguliert. Auf diese Weise läßt sich die Fördermenge des Verdichters 1 durch Änderung der in den Verdichter 1 geförderten Menge an Kältemittel einstellen.

Wenn ein mit dem erfindungsgemäßen Verdichter 1 ausgestattetes Kraftfahrzeug mit niedriger Geschwindigkeit fährt, dann ist der in der Niederdruckkammer herrschende Druck relativ hoch. In diesem Betriebszustand verkleinert das Steu­ erventil 55 seine Ventilöffnung und verringert dadurch die Strömung des Kälte­ mittels zur Niederdruckkammer 27. Durch diese verringerte Strömung an Kälte­ mittel wird der in den Druckkammern 51 a, 51 b herrschende Druck erhöht und da­ durch die Steuerscheibe 42 im Gegenuhrzeigersinn gedreht, wodurch die Startpo­ sition des Verdichters im Gegenuhrzeigersinn verschoben wird. Diese Änderung der Winkelstellung der Ventilscheibe 42 bedeutet, daß der Verdichtungsbeginn, d.h. der Zeitpunkt zu dem das Kältemittel in die Verdichtungsräume 9 a-9 e ge­ saugt wird, zeitlich vorverlegt ist. Der Verdichter 1 wird dann mit großer För­ dermenge betrieben.

Wenn sich dagegen der in der Niederdruckkammer 27 herrschende Druck verringert, vergrößert das Steuerventil 55 seine Ventilöffnung und erhöht dadurch die Strö­ mung des Kältemittels zur Niederdruckkammer 27. Dadurch verringert sich der in den Druckkammern 51 a, 51 b herrschende Druck, worauf die in Fig. 4 dargestellte Steuerscheibe 42 im Uhrzeigersinn gedreht und dabei der Verdichtungsbeginn zeit­ lich nach hinten verlegt wird. Durch diese zeitliche Verschiebung des Verdich­ tungsbeginns wird die Menge des vom Verdichter 1 in den Verdichtungsräumen 9 a-9 e zu verdichtenden Kältemittels verringert, wodurch der Verdichter 1 mit ge­ ringer Fördermenge arbeitet.

Im folgenden ist die Schmierölversorgung innerhalb des Verdichters 1 er­ läutert.

Die die Welle 10 tragenden Radiallager 11, 12 und die Wellendichtung 13 werden durch Schmieröl mitreißendes, bei niedrigem Druck aus der Nieder­ druckkammer 27 gefördertes Kältemittel geschmiert. Das Kältemittel strömt durch den Kanal 29 und einen zwischen dem hinteren Seitenteil 4 und der Welle 10 gebildeten ringförmigen Raum in das Radiallager 12. Des weiteren strömt das Kältemittel durch den in der Welle 10 ausgebildeten mittigen Ka­ nal 15 in die Lager-/Dichtungskammer 16 und schmiert von dort aus die Wellen­ dichtung 13 und das in der Lager-/Dichtungskammer 16 angeordnete Radiallager 11. Die Lager-/Dichtungskammer 16 wird aufgrund eines über den zweiten Öl­ kanal 23 erzeugten Unterdrucks bzw. Sogs ständig mit geringe Temperatur auf­ weisendem Kältemittel versorgt.

Das vordere Seitenteil 3 und der Drehkolben 5 werden von dem aus der Hoch­ druckkammer 18 über den ersten Ölkanal 21 zu den Gleitflächen des Drehkol­ bens 5 und dem vorderen Seitenteil 3 geförderten Schmieröl geschmiert.

Die Schmierung des hinteren Seitenteils 4, des Drehkolbens 5 und der Einstell­ vorrichtung 41 erfolgt dadurch, daß Schmieröl unter hohem Druck durch den sich vom dritten Ölkanal 32 zur Lagerkammer 36 erstreckenden Ölversorgungskanal 35 gefördert wird. Nach Schmierung des Drucklagers 47 strömt das Schmieröl durch einen zwischen dem Drucklager 47, der Laufbuchse 46, der Welle 10 und der Steu­ erscheibe 42 ausgebildeten Raum zur Fläche des Drehkolbens 5 und schmiert da­ bei alle zuvor genannten Teile.

Das Schmieröl mitreißende Kältemittel und das zur Schmierung geförderte Schmieröl werden in der Hochdruckkammer 18 aufgefangen. Nur eine geringe Men­ ge Schmieröl kann aus dem Verdichter 1 heraus in das Kältesystem gelangen.

Claims (3)

1. Verdichter (1)

• a) mit einem Drehkolben (5) mit einer Mehrzahl von radial beweglichen Schie­ bern (7 a-7 e), wobei der Drehkolben (5) in einem Arbeitsraum (6 a, 6 b) dreh­ bar angeordnet und der Arbeitsraum (6 a, 6 b) von einem Zylinder (2) und zwei an den einander gegenüberliegenden Stirnseiten des Zylinders (2) angebrach­ ten Seitenteilen (3, 4) gebildet ist,
• b) wobei von dem Drehkolben (5), dem Zylinder (2), den Seitenteilen (3, 4) und den Schiebern (7 a-7 e) eine Mehrzahl von Verdichtungsräumen (9 a-9 e) ge­ bildet ist und die Volumina der Verdichtungsräume (9 a-9 e) bei jeder Umdre­ hung des Drehkolbens (5) variieren,
• c) mit zwei an den Seitenteilen (3, 4) angebrachten Köpfen (17, 26) und
• d) mit einer in einem der Seitenteile (3, 4) und in dem an dem jeweiligen Seitenteil (4) befestigten Kopf (26) eingebauten Einstellvorrichtung (41) zur Steuerung des Verdichtungsbeginns in den Verdichtungsräumen (9 a-9 e), bzw. zur Einstellung der Fördermenge des Verdichters (1),

dadurch gekennzeichnet,

• e) daß in dem die Einstellvorrichtung (41) aufweisenden Seitenteil (4) ein erster Ölsumpf (18 b) zur Aufnahme von Schmieröl vorgesehen ist, daß der Zy­ linder (2) einen sich zwischen dem ersten Ölsumpf (18 b) und einem an einer Hochdruckseite des Verdichters (1) ausgebildeten zweiten Ölsumpf (18 a) er­ streckenden Verbindungskanal (30) zum Erhalt eines hohen Drucks im ersten Ölsumpf (18 b) aufweist und
• f) daß das die Einstellvorrichtung (41) aufweisende Seitenteil (4) einen den ersten Ölsumpf (18 b) mit der Einstellvorrichtung (41) verbindenden Öl­ versorgungskanal (35) aufweist.

2. Verdichter (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine den Drehkolben (5) tragende Welle (10) mit einem von dem die Einstellvorrich­ tung (41) aufweisenden Seitenteil (4) drehgelagerten Wellenende vorgese­ hen ist, daß das Seitenteil (4) eine sich in der Nähe des Wellenendes um die Welle (10) herum erstreckende Lagerkammer (36) aufweist, daß ein den ersten Ölsumpf (18 b) mit der Lagerkammer (36) verbindender Ölkanal (32) vorgesehen ist und daß der Ölversorgungskanal (35) von der Lagerkammer (36) und dem Ölkanal (32) gebildet ist.