DE4229978A1 - Kompressor mit mehreren axialkolben und druckausgleichseinrichtungen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Mehrkolben-Axialkompressor gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Die JP-OS (Kokai) 59-1 45 378 beschreibt einen Taumelscheiben­ kompressor als Beispiel für einen Mehrkolben-Axialkompressor bzw. einen Axialkolbenkompressor mit mehreren Kolben, welcher für den Einsatz in einer Fahrzeug-Kühlanlage, insbesondere einer Kraftfahrzeug-Klimaanlage geeignet ist. Der bekannte Taumelscheibenkompressor umfaßt: Einen vorderen und einen hinteren Zylinderblock, die axial derart aneinander angren­ zen, daß zwischen ihnen eine Taumelscheibenkammer ausgebildet wird, wobei in jedem der zusammengebauten Zylinderblöcke die­ selbe Anzahl von Zylinderbohrungen ausgebildet ist und wobei die Zylinderbohrungen des vorderen Zylinderblockes mit den Zylinderbohrungen des hinteren Zylinderblockes fluchten, wäh­ rend dazwischen die Taumelscheibenkammer liegt. Von jedem Paar von fluchtenden Zylinderbohrungen wird jeweils ein dop­ pelt wirkender Kolben gleitverschieblich aufgenommen. An den äußeren Stirnflächen der zusammengebauten Zylinderblöcke sind über eine vordere bzw. eine hintere Ventilplattenanordnung ein vorderes bzw. ein hinteres Gehäuse befestigt, die zusam­ men mit der betreffenden Ventilplattenanordnung jeweils eine Ansaugkammer und eine Auslaßkammer definieren. Eine drehbare Antriebswelle ist so angeordnet, daß sie das vordere Gehäuse und die zusammengebauten Zylinderblöcke axial durchgreift und trägt in der Taumelscheibenkammer eine drehfest montierte Taumelscheibe, welche mit den doppelt wirkenden Kolben in Eingriff steht, um diese in den paarweise fluchtenden Zylin­ derbohrungen bei sich drehender Antriebswelle zu einer Hin- und Herbewegung anzutreiben.

Die vordere und die hintere Ventilplattenanordnung haben im einzelnen im wesentlichen denselben Aufbau und umfassen je­ weils ein scheibenförmiges Element mit einem Satz von Öffnun­ gen, die eine Ansaugöffnung und eine Auslaßöffnung umfassen, wobei jeder Satz von Öffnungen zur Herstellung einer Verbin­ dung mit der zugeordneten Zylinderbohrung in dem vorderen bzw. dem hinteren Zylinderblock geeignet ist. An der Innen­ seite jedes der scheibenförmigen Elemente ist jeweils eine innere Blattfederventilscheibe mit einstückig angeformten Blattfedern vorgesehen, von denen jede so angeordnet ist, daß mit ihrer Hilfe die betreffende Ansaugöffnung in dem schei­ benförmigen Element geöffnet und geschlossen werden kann. Eine äußere Blattfederventilscheibe ist an der Außenseite jedes der scheibenförmigen Elemente befestigt und besitzt einstückig angeformte Blattfederelemente, von denen jedes so angeordnet ist, daß mit seiner Hilfe die betreffende Auslaß­ öffnung des scheibenförmigen Elements geöffnet und geschlos­ sen werden kann. Jede der Ventilanordnungen ist außerdem mit Ansaugöffnungen versehen, welche mit Kanälen im vorderen bzw. im hinteren Zylinderblock fluchten, so daß die Ansaugkammern im vorderen und im hinteren Gehäuse mit der Taumelscheiben­ kammer verbindbar sind, wobei den Ansaugkammern ein Fluid bzw. ein Kältemittel von einem Verdampfer einer Klimaanlage bzw. eines Kühlsystems über eine geeignete Einlaßöffnung zuführbar ist, die in den zusammengebauten Zylinderblöcken vorgesehen ist.

Bei einem Taumelscheibenkompressor der vorstehend beschrie­ benen Art wird die Antriebswelle von einem Motor, insbeson­ dere von der Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs, ange­ trieben, so daß sich die Taumelscheibe in der Taumelscheiben­ kammer dreht und dadurch eine Hin- und Herbewegung der dop­ pelt wirkenden Kolben in den Paaren fluchtender Zylinderboh­ rungen herbeiführt. Wenn ein Kolben in einem Paar von fluch­ tenden Zylinderbohrungen zu einer Hin- und Herbewegung ange­ trieben wird, dann wird in einer Zylinderbohrung ein Saug­ hub ausgeführt und in der anderen Zylinderbohrung ein Kom­ pressionshub. Während des Saughubs wird das Ansaug-Blatt­ federventilelement geöffnet und das Auslaß-Blattfederventil­ element geschlossen, so daß das Kältemittel aus der Ansaug­ kammer über die Ansaugöffnung in die Zylinderbohrung strömen kann. Während des Kompressionshubes ist das betreffende Ansaug-Blattfederventilelement geschlossen, während das be­ treffende Auslaß-Blattfederventilelement geöffnet ist, so daß das angesaugte Kältemittel komprimiert und aus der Zylinder­ bohrung durch die Auslaßöffnung in die Auslaßkammer ausgestoßen wird.

Wenn der Kompressionshub beendet ist, d. h., wenn der Kolben seinen oberen Totpunkt erreicht, verbleibt unvermeidlich eine geringe Restmenge des komprimierten Kältemittels in einem kleinen Raum zwischen dem Zylinderkopf und der Ventilplatten­ anordnung sowie in der Auslaßöffnung, die in der Ventil­ plattenanordnung ausgebildet ist. Wenn der Kolben dann von seinem oberen Totpunkt in Richtung auf seinen unteren Tot­ punkt bewegt wird, d. h. wenn der Saughub eingeleitet wird, dann kann folglich nicht sofort Kältemittel über das Ansaug­ ventilelement aus der Ansaugkammer in die Zylinderbohrung gesaugt werden, da die Restmenge des komprimierten Kälte­ mittels unter einem Druck steht, der höher ist als derjenige in der Ansaugkammer. Zu Beginn eines Saughubes wird also zu­ nächst lediglich die Restmenge des komprimierten Kältemittels in der Zylinderbohrung expandiert, so daß das Ansaugen von Kältemittel aus der Ansaugkammer erst dann beginnen kann, wenn das zuvor komprimierte Kältemittel so weit expandiert ist, daß sein Druck niedriger als der Druck in der Ansaug­ kammer ist.

Bei einem konventionellen Taumelscheiben- bzw. Axialkolben­ kompressor der vorstehend beschriebenen Art ist das in der Praxis erreichbare Ansaugvolumen für das Kältemittel bei einem Saughub wegen der im Zylinder verbleibenden Restmenge des komprimierten Kältemittels niedriger als das theoretische Ansaugvolumen, so daß die theoretische Förderleistung eines konventionellen Kompressors mit mehreren Axialkolben nicht voll genutzt werden kann.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen gattungsge­ mäßen Kompressor mit mehreren Axialkolben, bei dem beim Kom­ pressionshub in der betreffenden Zylinderbohrung eine gewisse Restmenge des komprimierten Kältemittels zurückbleibt, eine erhöhte Förderleistung zu erreichen und das theoretisch mögliche Ansaugvolumen so weit wie möglich anzunähern.

Diese Aufgabe wird bei einem gattungsgemäßen Kompressor gemäß der Erfindung durch die Merkmale des kennzeichnenden Teils des Patentanspruchs 1 gelöst.

Es ist ein besonderer Vorteil des Kompressors gemäß der Erfindung, daß aus den einzelnen Zylindern unmittelbar nach Beendigung eines Kompressionshubes die Restmenge des komprimierten Kältemittels bzw. Fluids schnell abgeführt werden kann, um einen Druckabbau zu erreichen, der zu Beginn des Saughubes praktisch sofort ein Ansaugen von neuem Kälte­ mittel aus der Ansaugkammer ermöglicht, wobei das angesaugte Volumen im wesentlichen gleich dem theoretisch maximal mög­ lichen Ansaugvolumen wird.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Ventileinrichtungen ein drehbares Ventilelement umfassen, welches drehfest auf der Antriebswelle sitzt und einen durch den Ventilkörper hindurchgehenden Kanal aufweist, über den die Restmenge des komprimierten Fluids einer anderen Zylinderbohrung zugeführt werden kann.

Gemäß einer Variante hat es sich auch als vorteilhaft er­ wiesen, in einem drehfest mit der Antriebswelle verbundenen drehbaren Ventilelement an der Mantelfläche desselben einen Kanal in Form einer eine geschlossene Schleife bildenden Nut vorzusehen, über die die Restmenge des komprimierten Fluids an Ende eines Kompressionshubes einem anderen Zylinder zu­ führbar ist.

Weiterhin hat es sich als günstig erwiesen, wenn das drehbare Ventilelement Kanaleinrichtungen umfaßt, über die das zu kom­ primierende Fluid jeder der Zylinderbohrungen zuführbar ist, wenn der betreffende Kolben einen Saughub ausführt.

Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung werden nach­ stehend anhand von Zeichnungen noch näher erläutert. Es zei­ gen:

Fig. 1 einen Längsschnitt durch einen Taumelscheiben­ kompressor gemäß der Erfindung;

Fig. 2 einen Querschnitt längs der Linie II-II in Fig. 1;

Fig. 3 eine perspektivische Darstellung eines drehbaren Ventilelements des Taumelscheibenkompressors gemäß Fig. 1 und 2;

Fig. 4 eine graphische Darstellung zur Erläuterung des Zu­ sammenhangs zwischen dem Druck P in einer Kompres­ sionskammer des Kompressors und dem Drehwinkel 0 des drehbaren Ventilelements;

Fig. 5 einen Teil-Längsschnitt durch einen gegenüber dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 abgewandelten Taumelscheibenkompressor;

Fig. 6 eine perspektivische Darstellung eines drehbaren Ventilelements des Kompressors gemäß Fig. 5;

Fig. 7 einen Längsschnitt durch das Ventilelement gemäß Fig. 6 längs der Linie VII-VII in dieser Figur, und

Fig. 8 einen Querschnitt durch das Ventilelement gemäß Fig. 7 längs der Linie VIII-VIII in dieser Figur.

Im einzelnen zeigt Fig. 1 einen Taumelscheibenkompressor mit mehreren axial hin- und herbeweglichen Kolben, bei dem die Erfindung verwirklicht ist und der in einer Klima- bzw. Kühl­ anlage für ein Fahrzeug, beispielsweise ein Kraftfahrzeug, eingesetzt werden kann. Der Kompressor umfaßt einen Zylinder­ block 10 sowie ein vorderes Gehäuse 12 und ein hinteres Ge­ häuse 14, wobei diese beiden Gehäuse mit der vorderen bzw. hinteren Stirnfläche jeweils sicher und mittels O-Ringen 16 bzw. 18 hermetisch dichtend verbunden sind. Beim Ausführungs­ beispiel besitzt der Zylinderblock 10, wie Fig. 2 zeigt, sechs Zylinderbohrungen 20A, 20B, 20C, 20D, 20E und 20F, die in Umfangsrichtung in gleichmäßigen Abständen von­ einander angeordnet sind, die in axialer Richtung verlaufen und von denen jede der gleitverschieblichen Aufnahme eines Kolbens 22 dient. Das vordere Gehäuse 12 definiert eine Tau­ melscheibenkammer 24, während in dem hinteren Gehäuse 14 eine zentrale Ansaugkammer 26 und eine ringförmige Auslaßkammer 28 ausgebildet sind, die durch einen ringförmigen Wandbereich 14a voneinander getrennt sind, welcher von der Innenwand des hinteren Gehäuses 14 absteht. Beim Ausführungsbeispiel stehen die Ansaugkammer 26 und die Auslaßkammer 28 in Verbindung mit einem Verdampfer bzw. einem Kondensator der Klimaanlage, so daß ein Fluid bzw. Kältemittel von dem Verdampfer der Ansaug­ kammer zugeführt wird, während ein komprimiertes Kältemittel von der Auslaßkammer zu dem Kondensator geliefert wird.

Eine Ventilplattenanordnung 30 ist zwischen der hinteren Stirnfläche des Zylinderblockes 10 und dem hinteren Gehäuse 14 angeordnet und definiert zusammen mit den von den Zylin­ derbohrungen 20A-20F aufgenommenen Kolben 22 Kompressions­ kammern 32A, 32B, 32C, 32D, 32E und 32F. Die Ventilplattenan­ ordnung 30 umfaßt ein scheibenförmiges Element 34, eine Blattfederventilscheibe 36, die auf der Außenseite des schei­ benförmigen Elements 34 angeordnet ist und eine Niederhalte­ platte 38, die auf der Außenseite der Blattfederventilscheibe 36 angeordnet ist. Das scheibenförmige Element 34 kann aus einem geeigneten Metallmaterial, wie z. B. Stahl, hergestellt werden und besitzt sechs Auslaßöffnungen 40, die in Umfangs­ richtung in gleichmäßigen Abständen voneinander angeordnet sind, derart, daß jede Auslaßöffnung in einem Endbereich der zugeordneten Zylinderbohrung 2A bis 2F liegt. Die Blattfeder­ ventilscheibe 36 kann aus Federstahl, Phosphorbronze oder dergleichen hergestellt werden und besitzt sechs Blattfeder­ elemente, die einstückig an einem zentralen Teil angeformt sind, radial von diesem abstehen und in Umfangsrichtung mit den Auslaßöffnungen 40 fluchten, derart, daß jedes der Blatt­ federelemente aufgrund seiner Federwirkung in eine Offen­ stellung und eine Schließstellung bezüglich der zugeordneten Auslaßöffnung 40 bewegbar ist. Die Niederhalteplatte (Fänger) 38 kann aus einem geeigneten Metallmaterial, wie z. B. Stahl, hergestellt werden und ist vorzugsweise mit einer sehr dünnen Gummischicht beschichtet. Die Niederhalteplatte 38 besitzt sechs Niederhalteelemente 40, die einstückig an ein zentrales Teilstück der Platte angeformt sind, in radialer Richtung von diesem abstehen und in Umfangsrichtung mit den Blattfeder­ elementen 42 fluchten. Jedes der Niederhalteelemente 44 bie­ tet für das zugeordnete Auslaß-Blattfederelement 42 eine schräge Stützfläche, so daß die Blattfederelemente jeweils nur bis auf einen vorgegebenen Winkel öffnen, der durch die schräge Stützfläche definiert ist.

Eine Antriebswelle 46 ragt konzentrisch zur Längsachse des vorderen Gehäuses 12 in dieses hinein, wobei ein Ende der Antriebswelle 46, welches nach außen aus einer Öffnung vor­ steht, die in einem halsförmigen Teil 12a des vorderen Ge­ häuses 12 vorsteht, der Herstellung einer Antriebsverbindung mit einem Antriebsaggregat des Fahrzeugs dient, so daß die Antriebswelle 46 durch das betreffende Antriebsaggregat zu einer Drehbewegung antreibbar ist. Die Antriebswelle 46 ist drehbar in einem ersten Radiallager 48 gelagert, welches in einer Öffnung des halsförmigen Teils 12a des vorderen Gehäu­ ses 12 vorgesehen ist, sowie durch ein zweites Radiallager 50, welches in einer zentralen Bohrung des Zylinderblockes 10 angeordnet ist. In der Öffnung des halsförmigen Teils 12a ist ferner eine Dichtungseinheit 52 angeordnet, um die Taumelscheibenkammer 24 am Wellenauslaß nach außen abzudichten.

Auf der Antriebswelle 46 ist ein plattenförmiges Antriebs­ element 54 drehfest montiert. Zwischen dem Antriebselement 54 und der Innenwand des vorderen Gehäuses 12 ist ferner ein Drucklager 56 montiert. Außerdem ist auf der Antriebswelle 46 eine Hülse 58 gleitverschieblich montiert, welche mit einem Paar von diametral nach außen abstehenden Zapfen 60 versehen ist. (In Fig. 1 ist lediglich einer der Zapfen 60 durch eine gestrichelte Linie angedeutet.) Wie Fig. 1 zeigt, ist ferner eine ringförmige Taumelscheibe 62 vorgesehen, welche eine Mittelöffnung aufweist, die von der Antriebswelle 46 durch­ griffen wird. Das plattenförmige Antriebselement 54 ist mit einer Verlängerung bzw. einem Arm 54a versehen, in dem ein länglicher Führungsschlitz 54b ausgebildet ist. Die Taumel­ scheibe 62 ist ferner mit einem einstückig angeformten Bügel 62a versehen, der ein zapfenförmiges Element 62b aufweist, welches von dem Führungsschlitz 54b aufgenommen wird, so daß sich die Taumelscheibe 62 gemeinsam mit dem plattenförmigen Antriebselement 54 drehen und eine Schwenkbewegung um die an der Hülse 58 vorgesehenen Zapfen 60 ausführen kann, die in zugeordnete Öffnungen (nicht gezeigt) der Taumelscheibe 62 eingreifen. Eine Taumelplatte 64 sitzt auf einem einstückig angeformten nabenförmigen Teil 62c der Taumelscheibe 62, wo­ bei zwischen der Taumelscheibe 62 und der Taumelplatte 64 ein Drucklager 66 angeordnet ist.

Mit Hilfe einer Schraubenfeder 68, welche auf der Antriebs­ welle 46 montiert ist, wird die Hülse 58 ständig federnd ge­ gen das Antriebselement 54 gedrückt. Speziell ist die Schrau­ benfeder 68 in zusammengepreßtem Zustand zwischen einem be­ weglichen Ring 70 der gleitverschieblich auf der Antriebs­ welle 46 sitzt und einem feststehenden Ring 72 angeordnet, der sicher an der Antriebswelle 46 befestigt ist. Auf diese Weise wird die Hülse 58 federnd gegen das plattenförmige Antriebselement 54 vorgespannt.

Zum Herbeiführen einer Hin- und Herbewegung der Kolben 22 in den Zylinderbohrungen 20A-20F steht die Taumelplatte 64 über sechs Verbindungsstangen 74 in Antriebsverbindung mit den Kolben 22, wobei die Verbindungsstangen an ihren Enden Kugelelemente 74a, 74b aufweisen, die von kugelförmigen Aus­ sparungen bzw. Lagerschuhen in der Taumelplatte 64 bzw. in den zugeordneten Kolben 22 aufgenommen werden. Aufgrund dieser Ausgestaltung schwenkt die Taumelplatte 64 bei Antrieb der Taumelscheibe 62 über die Antriebswelle 46 um die zapfenförmigen Elemente 60, so daß die einzelnen Kolben 22 in ihrer jeweils zugeordneten Zylinderbohrung 20A-20F zu einer Hin- und Herbewegung angetrieben werden. Die Taumelscheiben­ kammer 24 kann über ein geeignetes Steuerventil (nicht ge­ zeigt) in Verbindung mit der Ansaugkammer 26 und/oder der Auslaßkammer 28 stehen, so daß der Druck innerhalb der Tau­ melscheibenkammer 24 variiert werden kann, wodurch wiederum der Hub der Kolben 22 einstellbar ist.

Wie Fig. 1 zeigt, ist gemäß der Erfindung ein drehbares Ven­ tilelement 75 gleitverschieblich in einem zylindrischen Raum angeordnet, der durch ein Teilstück der zentralen Bohrung des Zylinderblockes 10, eine zentrale Öffnung der Ventilplatte 30 und eine zentrale Aussparung definiert wird, die teilweise durch die ringförmige Trennwand - Wandbereich 14a - des hin­ teren Gehäuses 14 definiert wird. Das drehbare Ventilelement 75 ist drehfest mit dem inneren bzw. hinteren Ende der An­ triebswelle 46 verbunden. Zu diesem Zweck ist das drehbare Ventilelement 75 in seiner einen Stirnfläche mit einer zen­ tralen Aussparung 76 versehen, an welche eine radiale Keilnut 76a angrenzt. Andererseits ist die Antriebswelle 46 mit einem zapfenförmigen Vorsprung 78 versehen, der angrenzend an ihre innere Stirnfläche angeordnet ist und einen radial abstehen­ den Keil 78a aufweist, wie dies in Fig. 1 gezeigt ist. Der zapfenförmige Vorsprung 78 mit dem Keil 78a wird in die Aus­ sparung 76 mit der Keilnut 76a derart eingesetzt, daß eine drehfeste Verbindung zwischen der Antriebswelle 46 und dem drehbaren Ventilelement 75 geschaffen wird. Wie Fig. 1 zeigt, wird das drehbaren Ventilelement 75 durch ein Drucklager 80 abgestützt, welches in der zentralen Aussparung angeordnet ist, die teilweise durch die ringförmige Trennwand 14a des hinteren Gehäuses 14 definiert wird.

Das drehbare Ventilelement 75 ist in seiner anderen Stirn­ fläche mit einer Aussparung 82 versehen und weist in seiner Mantelfläche eine bogenförmige Nut 84 auf. Die Aussparung 82 öffnet sich zu der Ansaugkammer 26 und steht über einen radialen Kanal 86, der in dem drehbaren Ventilelement 75 vor­ gesehen ist, wie dies am besten aus Fig. 3 deutlich wird, mit der bogenförmigen Nut 84 in Verbindung. Außerdem ist der Zylinderblock 10 mit sechs nutförmigen radialen Kanälen 88A, 88B, 88C, 88D, 88E und 88F versehen, die in seiner hinteren Stirnfläche ausgebildet sind und jeweils von einer der Kom­ pressionskammern 32A bis 32F zu der zentralen Bohrung des Zylinderblockes 10 führen, wie dies in Fig. 2 gezeigt ist. Wenn sich das drehbare Ventilelement 75 in der in Fig. 2 durch einen Pfeil R angedeuteten Drehrichtung dreht, dann kommen die nutförmigen Kanäle 88A-88F nacheinander in Ver­ bindung mit der bogenförmigen Nut 84. Während der Drehung der Welle 46 wird das Kältemittel aus der Ansaugkammer 26 folg­ lich nacheinander durch die Aussparung 82, den radialen Kanal 86 und die bogenförmige Nut 84 zu den Kompressionskammern 32A-32F geleitet.

Das drehbare Ventilelement 75 ist ferner mit einem diametral verlaufenden, durchgehenden Kanal 90 versehen. Bei einer Dre­ hung des drehbaren Ventilelements 75 werden die Paare von einander diametral gegenüberliegenden Kompressionskammern 32A und 32D; 32B und 32E; 32C und 32F nacheinander über den dia­ metral verlaufenden Kanal 90 miteinander verbunden. Wie aus Fig. 2 deutlich wird, ist der Abstand W₁ zwischen einem in Laufrichtung vorderen Ende der bogenförmigen Nut 84 und dem betreffenden offenen Ende des durchgehenden Kanals 90 gleich dem Abstand W₁ zwischen dem hinteren Ende der bogenförmigen Nut 84 und dem betreffenden offenen Ende des durchgehenden Ka­ nals 90, wobei dieser Abstand W₁ größer ist als der Abstand W₂ zwischen den radialen nutförmigen Kanälen 88A-88F. Der Kanal 90 kann also nicht durch die bogenförmige Nut 84 mit einem der nutförmigen Kanäle 88A-88F verbunden werden.

Im Betrieb werden die Kolben 22 bei sich drehenden Antriebs­ welle 46 in den Zylinderbohrungen 20A-20F zu einer Hin- und Herbewegung angetrieben, so daß in jeder der Zylinderbohrun­ gen 20A-20F alternierend ein Saughub und ein Kompressions­ hub durchgeführt werden. Während des Saughubs, d. h. während der Bewegung eines Kolbens 22 vom oberen Totpunkt zum unteren Totpunkt wird das Kältemittel aus der Ansaugkammer 26 durch die Aussparung 82, den radialen Kanal 86 und die bogenförmige Nut 84 in die betreffende Kompressionskammer 32A-32F einge­ saugt. Während des Kompressionshubes, d. h. während einer Be­ wegung des Kolbens 22 vom unteren Totpunkt zum oberen bzw. hinteren oder äußeren Totpunkt wird das Kältemittel in den be­ treffenden Kompressionskammern 32A-32F komprimiert und dann aus dieser über das betreffende Blattfederventil 42 in die Auslaßkammer 28 ausgestoßen.

Wenn der Kompressionshub in einer der Zylinderbohrungen 20A-20F beendet ist, d. h. wenn der betreffende Kolben 22 seinen oberen Totpunkt erreicht, verbleibt unvermeidlich ein Teil des komprimierten Kältemittels in dem kleinen Volumen der be­ treffenden Kompressionskammer 32A-32F, das durch die Ven­ tilplattenanordnung 30 und den zum oberen Totpunkt bewegten Kolbenkopf sowie das Volumen der Auslaßöffnung 40 des schei­ benförmigen Elements 34 definiert ist. Diese restliche Menge des komprimierten Kältemittels wird erfindungsgemäß aus der betreffenden Kompressionskammer abgelassen, unmittelbar ehe für diese der nächste Saughub eingeleitet wird, wie dies nachstehend noch näher erläutert wird.

Wenn sich beispielsweise das drehbare Ventilelement 75 in der in Fig. 2 gezeigten Winkelstellung befindet, dann hat sich der Kolben 22 in der Zylinderbohrung 20A gerade in eine Posi­ tion unmittelbar vor Erreichen seines oberen Totpunkts be­ wegt, nämlich in eine Position unmittelbar vor dem Ende des Kompressionshubs, während sich der Kolben 22 in der Zylinder­ bohrung 20D in eine Position unmittelbar vor dem Erreichen des unteren Totpunkts bewegt hat, nämlich in eine Position, die dem nächsten Kompressionshub unmittelbar vorausgeht. Da­ bei ist zu beachten, daß jeder der Kolben 22 in den Zylinder­ bohrungen 20B und 20C auf dem Weg von dem unteren Totpunkt in Richtung auf den oberen Totpunkt ist, d. h. einen Kompres­ sionshub ausführt, während jeder der Kolben 22 in den Zylin­ derbohrungen 20E und 20F von seinem oberen Totpunkt in Rich­ tung auf seinen unteren Totpunkt bewegt wird und folglich einen Saughub ausführt. Wenn nun der Kolben 22 in der Zylin­ derbohrung 20A gerade seinen oberen Totpunkt erreicht, d. h. wenn der Kompressionshub gerade beendet ist und wenn folglich der Kolben in der Zylinderbohrung 20D gerade seinen unteren Totpunkt erreicht, nämlich wenn für diesen Kolben gerade der Kompressionshub beginnt, dann steht die Kompressionskammer 32A, wie Fig. 1 zeigt, über den Kanal 90 mit der Kompres­ sionskammer 32D in Verbindung. Folglich entweicht die restli­ che Menge des komprimierten Kältemittels aus der Kompres­ sionskammer 32A in die Kompressionskammer 32D, da der Druck des restlichen komprimierten Kältemittels höher ist als der Druck des Kältemittels, welches in die Kompressionskammer 32D angesaugt werden soll. Wenn die Kompressionskammer 32A dann in Verbindung mit der bogenförmigen Nut 84 kommt, d. h. wenn in der Zylinderbohrung 20A der Saughub eingeleitet wird, kann das Kältemittel unmittelbar aus der Ansaugkammer 26 in die Kompressionskammer 32A angesaugt werden. Diese Verhältnisse gelten natürlich der Reihe nach auch für die übrigen Kompres­ sionskammern 32B-32F.

Obwohl bei dem betrachteten Ausführungsbeispiel die restliche Menge des komprimierten Kältemittels aus derjenigen Kompres­ sionskammer (32A), in der der Kompressionshub gerade beendet ist in diejenige Kompressionskammer (32D), in der der Kom­ pressionshub gerade begonnen wird, entweicht, kann man das komprimierte Kältemittel auch in eine andere Kompressionskam­ mer (32E, 32F) entweichen lassen, für die gerade ein Saughub durchgeführt wird.

Fig. 4 zeigt eine graphische Darstellung zur Verdeutlichung des Zusammenhangs zwischen einem Druck P in einer Kompres­ sionskammer und dem zugehörigen Drehwinkel 0 des drehbaren Ventilelements. In dieser graphischen Darstellung wird davon ausgegangen, daß der Drehwinkel 0 des drehbaren Ventilele­ ments Null ist, wenn der betreffende Kolben sich an seinem oberen Totpunkt TDC befindet. Wenn beispielsweise der Kolben 22 in der Zylinderbohrung 20A seinen oberen Totpunkt TDC er­ reicht, dann wird die Restmenge des komprimierten Kälte­ mittels, wie oben ausgeführt, aus der Kompressionskammer 32A abgelassen, so daß der Auslaßdruck Pd in der Kompres­ sionskammer 32A, aus der das komprimierte Kältemittel in die Auslaßkammer 28 ausgestoßen wurde, schnell auf einen Ansaug­ druck Ps absinkt, mit dem das Kältemittel aus der Ansaugkam­ mer 26 in die Kompressionskammer 32A gesaugt wird, wie dies in Fig. 4 mit einem ausgezogen Linienzug gezeigt ist. Es ist also lediglich ein Zeitintervall T1 erforderlich, bis der Druck in der Kompressionskammer 32A von Pd auf Ps abgesunken ist. Wenn dagegen das restliche komprimierte Kältemittel, welches aus den oben erläuterten Gründen nicht in die Auslaß­ kammer ausgestoßen werden konnte, nicht gezielt aus der Kom­ pressionskammer abgelassen wird, d. h. wenn konventionell nur ein Ansaug-Blattfederventil benutzt wird, dann kann der bei Erreichen des Totpunkts TDC herrschende Druck Pd des restlichen Kältemittels nicht so schnell auf den Ansaugdruck Ps abgesenkt werden, wie dies in Fig. 4 mit einer strichpunktierten Linie angedeutet ist. Vielmehr verstreicht in diesem Fall ein längeres Zeitintervall To, bis der Druck in der Kompressionskammer zu Beginn des Ansaughubes auf den Ansaugdruck Ps abgebaut ist. Das Zeitintervall To ist dabei natürlich länger als das Zeitintervall T1, da ein Ansaugen von Kältemittel aus der Ansaugkammer in die Kompressionskam­ mer über das Ansaug-Blattfederventil erst dann stattfinden kann, wenn die restliche Menge des komprimierten Kältemittels so weit expandiert ist, daß der Ansaugdruck Ps erreicht wird.

Wenn eine Zylinderbohrung eine Querschnittsfläche S aufweist und wenn ein Kolben einen maximalen Hub Xm ausführen kann, dann ist das theoretische Ansaugvolumen Vr durch folgende Gleichung definiert:
Vr = SXm.

Das erfindungsgemäß tatsächlich erreichbare Ansaugvolumen V1 ist durch folgende Gleichung definiert:
V1 = S(Xm-X1),
wobei X1 gleich dem Laufweg des Kolbens in dem Zeitintervall T1 ist.

Bei einem konventionellen Kompressor ergibt sich in der Pra­ xis ein Ansaugvolumen Vo, welches durch folgende Gleichung definiert ist:
Vo = S(Xm-xo),
wobei xo gleich dem Laufweg des Kolbens während des Zeit­ intervalls To ist.

Das Verhältnis Q1 des in der Praxis erreichbaren Ansaugvolu­ mens V1 zu dem theoretischen Ansaugvolumen Vr ist durch fol­ gende Gleichung definiert:
Q1 = V1/Vr = (Xm-x1)/Xm.

Außerdem ist das Verhältnis Qo des konventionell in der Pra­ xis erreichten Ansaugvolumens Vo zu dem theoretisch möglichen Ansaugvolumen Vr durch folgende Gleichung definiert:
Qo = Vo/Vr = (Xm-xo)/Xm.

Die Kompressionsleistung eines Mehrkolben-Axialkompressors gemäß der Erfindung kann also um einen Differenzbetrag aus Δ Q verbessert werden, der wie folgt definiert ist:
ΔQ = Q1-Qo = (xo-x1)/Xm.

Es ist zu beachten, daß dann, wenn das drehbare Ventilelement um einen Winkel π gedreht wird, wie dies in der graphischen Darstellung gemäß Fig. 4 gezeigt ist, für das der Kolben 22 in der Zylinderbohrung 20A von seinem oberen Totpunkt TDC zu seinem unteren Totpunkt BDC bewegt wird, der Druck in der Kompressionskammer 32A während eines Zeitintervalls T2 etwas angehoben wird. Dies liegt natürlich daran, daß die Kompres­ sionskammer 32A mit dem restlichen komprimierten Kältemittel aus der Kompressionskammer 32D gespeist wird, in der der Kom­ pressionshub gerade beendet wird.

Fig. 5 zeigt eine Variante des Ausführungsbeispiels gemäß Fig. 1 bis 3. Dieses modifizierte Ausführungsbeispiel ist identisch mit dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 bis 3 mit der Ausnahme, daß sechs radiale Nuten 88, die den radialen nutförmigen Kanälen 88A-88F entsprechen, in dem scheiben­ förmigen Element 34 der Ventilplattenanordnung 30 ausgebildet sind (und nicht im Zylinderblock 10).

In Fig. 6 bis 8 ist eine gegenüber dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 bis 3 abgewandelte Ausführungsform eines dreh­ baren Ventilelements 75′ dargestellt. Bei dem abgewandelten drehbaren Ventilelement 75′ ist in der Mantelfläche desselben anstelle des diametral durchgehenden Kanals 90 eine Nut 92 in Form einer geschlossenen Schleife vorgesehen, welche zwei parallele bogenförmige Nutbereiche 92a und 92b umfaßt, die sich in Umfangsrichtung über denselben Winkel erstrecken, und welches ferner zwei seitliche Nutbereiche 92c und 92d umfaßt, welche die beiden parallelen bogenförmigen Nutbereiche 92a und 92b an deren Enden miteinander verbinden. Wie am besten aus Fig. 8 deutlich wird, liegen die seitlichen Nutbereiche 92c und 92d einander diametral gegenüber, so daß sie gleichzeitig mit zwei diametral gegenüberliegenden radialen Nuten bzw. Kanälen 88A; 88D, 88B; 88E, 88C; 88F kommunizieren können, so daß die einander diametral gegenüberliegenden Kom­ pressionskammern 32A; 32D, 32B; 32E, 32C; 32F jeweils paar­ weise miteinander in Verbindung stehen, wenn ein Kompres­ sionshub beendet ist. Weiterhin ist der Abstand W₁ zwischen einem der seitlichen Nutbereiche 92c und 92d und der betref­ fenden, daran angrenzenden bogenförmigen Nut 84 größer als der Abstand W₂ der radialen nutförmigen Kanäle 88A-88F. Somit können die seitlichen Nutbereiche 92c, 92d nicht über einen der radialen Kanäle 88A-88F mit der bogenförmigen Nut 84 kommunizieren. Das modifizierte drehbare Ventilelement 75′ kann gegen das drehbare Ventilelement 75 ausgewechselt wer­ den. Es ist zu beachten, daß während der Drehung des drehba­ ren Ventilelements 75 ein inneres Ende jedes der radialen Kanäle 88A-88F dichtend in Eingriff mit einem inneren Ober­ flächenbereich steht, der durch die als geschlossene Schleife ausgebildete Nut 92 definiert wird.

Obwohl bei den beschriebenen Ausführungsbeispielen das Kälte­ mittel aus der Ansaugkammer 26 über die zwischengeschalteten drehbaren Ventilelemente 75, 75′ in die Kompressionskammern 32A-32F gelangt, kann die Zuführung des Kältemittels zu den Kompressionskammern auch über ein Blattfederventil erfolgen, wie dies in der eingangs erwähnten JP-OS 59-1 45 378 beschrie­ ben ist. In diesem Fall besitzt das drehbare Ventilelement entweder nur den diametral durchgehenden Kanal 90 oder die Nut 92 in Form einer geschlossenen Schleife, damit der rest­ liche Teil des komprimierten Kältemittels am Ende eines Kom­ pressionshubes aus der betreffenden Kompressionskammer ent­ weichen kann. Während die Erfindung bei den beschriebenen Ausführungsbeispielen bei einem Taumelscheibenkompressor mit mehreren axial zu einer Hin- und Herbewegung antreibbaren Kolben realisiert ist, kann die Erfindung auch bei einem an­ deren Mehrkolben-Axialkompressor realisiert werden.

Insgesamt wird aus der vorstehenden Beschreibung deutlich, daß dem Fachmann, ausgehend von den beschriebenen Ausfüh­ rungsbeispielen zahlreiche Möglichkeiten für Änderungen und/oder Ergänzungen zu Gebote stehen ohne daß er dabei den Grundgedanken der Erfindung verlassen müßte.

Claims (7)

1. Mehrkolben-Axialkompressor mit einer Antriebswelle, mit einem Zylinderblock, in dem rund um die Antriebswelle Zylinderbohrungen ausgebildet sind, mit Kolben, welche axial gleitverschieblich von ihren zugeordneten Zylin­ derbohrungen aufgenommen werden, und mit Umsetzeinrich­ tungen zum Umsetzen einer Drehbewegung der Antriebswelle in eine Hin- und Herbewegung der Kolben in ihren zuge­ ordneten Zylinderbohrungen derart, daß die Kolben ab­ wechselnd einen Saughub und einen Kompressionshub aus­ führen, wobei während des Saughubes ein Fluid in die Zylinderbohrung angesaugt und während des Kompressions­ hubes das angesaugte Fluid komprimiert und aus der be­ treffenden Zylinderbohrung ausgestoßen wird, wobei am Ende des Kompressionshubes eine Restmenge des kompri­ mierten Fluids in der betreffenden Zylinderbohrung ver­ bleibt, gekennzeichnet durch Ventileinrichtungen (90; 92) mit deren Hilfe die Restmenge des komprimierten Fluids in eine andere Zylinderbohrung (2A-2F) ableit­ bar ist, in der ein geringer Druck herrscht.

2. Kompressor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventileinrichtungen ein drehbares Ventilelement (75, 75′) umfassen, welches drehfest mit der Antriebswelle (46) verbunden ist und in dem ein durchgehender Kanal (90, 92) ausgebildet ist, über den bei sich drehendem Ventilelement eine Verbindung zwischen Zylinderbohrungen (20A-20F) herstellbar ist, über die die Restmenge des komprimierten Fluids aus einer der Zylinderbohrungen in eine andere Zylinderbohrung abführbar ist.

3. Kompressor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, das das drehbare Ventilelement Durchlaßeinrichtungen (82, 84, 86) aufweist, über die den einzelnen Zylinderbohrun­ gen (20A-20F) während des Saughubs derselben des zu komprimierenden Fluids zuführbar ist.

4. Kompressor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der durchgehende Kanal als durch den Grundkörper des Ventilelements (75) hindurchgehender Kanal (90) ausge­ bildet ist.

5. Kompressor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der durchgehende Kanal als nutförmiger Kanal (92) in einer Mantelfläche des drehbaren Ventilelements (75) ausgebildet ist.

6. Kompressor nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der nutförmige Kanal (92) in Form einer geschlossenen Schleife ausgebildet ist.

7. Kompressor nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der nutförmige Kanal (92) und die Durchlaßeinrichtungen (82-86) zu einander diametral gegenüberliegenden Man­ telflächenbereichen des drehbaren Ventilelements (75) offen sind.