DE4408967A1 - Taumelscheibenkompressor mit veränderbarer Verdrängung - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Taumelscheibenkompressor mit veränderbarer Verdrängung.

Ein herkömmlicher Taumelscheibenkompressor mit veränderbarer Verdrängung hat den nachstehenden Aufbau. Wie in Fig. 17 dargestellt ist, sind eine Saugkammer 80 und eine Auslaßkammer 81 im hinteren Gehäuse 82 ausgebildet. Zylinderbohrungen 84 sind in einem Zylinderblock 83 ausgebildet. Eine Einlaßöffnung 86 und eine Auslaßöffnung 87 sind in einer Trennwand 85 ausgebildet. Eine Platte 88 hat ein Einlaßventil 89 nach der Klappenbauart, und eine Platte 90 hat ein Auslaßventil 91.

Wenn sich ein Kolben 92 nach links in Fig. 17 bewegt, wird das Einlaßventil 89 verformt, um die Einlaßöffnung 86 zu öffnen, so daß es dem in der Saugkammer 80 befindlichen Gas ermöglicht wird, über die Einlaßöffnung 86 in eine in der Zylinderbohrung 84 ausgebildeten Kompressionskammer einzutreten. Nach Beendigung der Ansaugung bewegt sich der Kolben 92 nach rechts und veranlaßt das Einlaßventil 89 die Einlaßöffnung 86 zu schließen. Wenn im Anschluß daran der Gasdruck in der Kompressionskammer 93 gleich oder größer als ein vorgegebener Wert wird, wird das Auslaßventil 91 elastisch verformt, um die Auslaßöffnung 87 zu öffnen. In Folge davon wird das in der Kompressionskammer 93 befindliche Gas über die Auslaßöffnung 87 in die Auslaßkammer 81 gefördert.

Im allgemeinen schwebt ein Schmierölnebel im Gas, wobei sich dieses Öl an das Einlaßventil 89, etc. anhaftet. Als Folge davon bildet sich ein Ölfilm zwischen dem Einlaßventil 89 und der Trennwand 85, so daß das Einlaßventil 89 dicht an der Trennwand 85 anliegt. Daher kann das Einlaßventil 89 nicht leicht-von der Einlaßöffnung 86 getrennt werden, und somit wird der Zeitpunkt zum Starten der Gasansaugung verzögert. Dies verringert den Betrag der Gasansaugung und erniedrigt den Druck des geförderten Gases, somit wird die Leistungsfähigkeit des Kompressors verringert. Wenn der Druck in der Kompressionskammer 93 abfällt, öffnet das Einlaßventil 89 die Einlaßöffnung 86 gegen ihre eigene elastische Kraft.

In diesem Zusammenhang sollte der Druck in der Kompressionskammer 93 niedrig genug sein, um die elastische Kraft des Einlaßventils 89 zu überwinden. Mit anderen Worten, der Druck in der Kompressionskammer 93 kann in einem Kompressor, der ein Einlaßventil 89 nach der Klappenbauart verwendet, nicht - zu hoch festgelegt werden. Auch in diesem Zusammenhang kann die Leistungsfähigkeit eines Kompressors nach dieser Bauart nicht verbessert werden.

Wenn der Kompressor mit einer hohen Geschwindigkeit läuft, öffnet und schließt das Einlaßventil 89 die Einlaßöffnung 86 sehr schnell. Wenn das Einlaßventil 89 die Einlaßöffnung 86 schließt, schlägt infolgedessen das Einlaßventil 89 gegen die Trennwand 85, wobei es großen Lärm verursacht.

Als eine Lösung für dieses Problem hat der jetzige Anmelder einen Taumelscheibenkompressor mit veränderbarer Verdrängung vorgeschlagen, der mit einem neuen Saugmechanismus für das Kühlmittelgas ausgestattet ist (siehe deutsche Patentanmeldung Nr. 43 02 256).

Dieser Kompressor hat ein vorderes Gehäuse 94 und ein hinteres Gehäuse 82, die an einem Zylinderblock 83 gemäß der Fig. 18 befestigt sind. Eine Saugkammer 80 ist in einem mittigen Abschnitt des hinteren Gehäuses 82 ausgebildet, und eine Auslaßkammer 81 ist an ihrem äußeren Flächenabschnitt ausgebildet. Eine Kurbelkammer 79 ist zwischen dem Zylinderblock 83 und dem vorderen Gehäuse 94 angeordnet. Eine Taumelscheibe 96 ist schwenkbar mittels einem Gelenkmechanismus 97 auf einer Antriebswelle 95 gelagert. Eine Vielzahl von Kolben 92 sind über Kolbenstangen 98 mit der Taumelscheibe 96 verbunden. Der Neigungswinkel der Taumelscheibe 96 ändert sich in Übereinstimmung mit der Differenz zwischen dem auf die Rückseite des Kolbens 92 einwirkenden Druck und dem auf den Kolbenboden einwirkenden Druck. Der Kolbenhub ändert sich in Übereinstimmung mit dem Neigungswinkel der Taumelscheibe 96, wobei dieser Kolbenhub zusammen mit der Drehgeschwindigkeit der Antriebswelle 95 das Volumen des Kompressors bestimmt.

Eine Ventilkammer 99, die mit der Saugkammer 80 in Verbindung steht, ist in einem mittigen Abschnitt des Zylinderblocks 83 und dem hinteren Gehäuse 82 vorgesehen. Diese Ventilkammer 99 ist über eine Verbindungsleitung 101 mit einer in jeder Zylinderbohrung 84 ausgebildeten Kompressionskammer 100 verbunden. Ein Rotationsventil 102 ist in der Ventilkammer 99 untergebracht und es ist mit der Antriebswelle 95 verbunden. Das Ventil 102 dreht daher synchron mit der Hin- und Herbewegung des Kolbens 92. Eine Saugleitung 103, die immer mit der Saugkammer 80 in Verbindung steht, ist im mittigen Abschnitt des Rotationsventils 102 ausgebildet. Die Saugleitung 103 hat eine Auslaßöffnung 104, die sich zur Außenfläche des Rotationsventils 102 öffnet, so daß diese Auslaßöffnung 104 mit der Verbindungsleitung 101 nur während des Saughubes in Verbindung steht, bei dem sich der Kolben 92 vom oberen Totpunkt zum unteren Totpunkt bewegt.

Wenn sich der Kolben 92, beruhend auf der Drehbewegung der Welle 95, im Saughub befindet, tritt das Gas von der Saugkammer 80 über die Saugleitung 103 des Rotationsventils 102, die Auslaßöffnung 104 und die Verbindungsleitung 101 in die Kompressionskammer 100 ein. Dieser Aufbau hat nicht das vorstehende Problem, das mit dem Auftrefflärm des Einlaßventils nach der Klappenbauart zusammenhängt.

Bei diesem Gassaugmechanismus hängt der zeitliche Ablauf der Gasansaugung von der Drehphase des Rotationsventils 102 ab und er ist konstant, was die nachstehenden Unzulänglichkeiten zur Folge hat.

Wenn der Neigungswinkel der Taumelscheibe 96 groß ist, ist der Hub des Kolbens 92 groß, was einen großen Verdrängungsbetrieb gewährleistet. Wenn andererseits der Neigungswinkel der Taumelscheibe 96 klein ist, ist der Hub des Kolbens 92 ebenso klein, so daß ein kleiner Verdrängungsbetrieb ausgeführt wird. Ungeachtet eines großen Verdrängungsbetriebs oder eines kleinen Verdrängungsbetriebs bewegt sich der Kolben 92 ein Mal pro Umdrehung der Welle 95 hin und her. Bei einem kleinen Verdrängungsbetrieb ist daher der Hub des Kolbens 92 klein. Auch wenn sich der Kolben 92 bei einem kleinen Verdrängungsbetrieb rückwärts bewegt, wird der Druck in der Kompressionskammer 100 nicht zu sehr abfallen. Bevor der Druck in der Kompressionskammer 100 hinreichend niedrig wird, steht daher die Auslaßöffnung 104 über die Verbindungsleitung 101 mit der Kompressionskammer 100 in Verbindung.

Andererseits fällt bei einem großen Verdrängungsbetrieb im allgemeinen der Druck im Gasansaugsystem einschließlich der Saugkammer 80 ab. Der Innendruck in der Saugleitung 103, der Auslaßöffnung 104 und ähnlichem sinkt ebenso. Wenn daher der Kompressor mit hoher Geschwindigkeit und bei einem kleinen Verdrängungsbetrieb läuft, strömt das unter niedrigem Druck stehende Gas über die Verbindungsleitung 101 zurück in die Aus1Äßöffnung 104. Infolgedessen wird das Gas in der Kompressionskammer 100 weniger, wobei sich die Betriebs- Leistungsfähigkeit des Kompressors verringert, weiterhin stört die Gegenströmung des Gases die normale Gasströmung, wobei ein unangenehmer Lärm erzeugt wird.

Demgemäß ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung einen Taumelscheibenkompressor mit veränderbarer Verdrängung zur Verfügung zu stellen, der durch einen einfachen Aufbau eine verbesserte Leistungsfähigkeit aufweist und Lärm unterdrückt.

Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung einen Taumelscheibenkompressor mit veränderbarer Verdrängung zur Verfügung zu stellen, bei dem sich der Saugbeginnzeitpunkt eines Gassaugmechanismus richtig einstellt, wenn sich die Verdrängung des Kompressors auf Grund einer Änderung des Neigungswinkels einer Taumelscheibe ändert, so daß die Kompressionsleistungsfähigkeit verbessert und die Lärmerzeugung verringert wird.

Um die vorstehenden Aufgaben zu lösen, hat ein erfindungsgemäßer Taumelscheibenkompressor mit veränderbarer Verdrängung eine Taumelscheibe, die auf einer Antriebswelle, welche wiederum in einem mit einer Gassaugkammer versehenen Gehäuse angeordnet ist, derart montiert ist, so daß sich die Taumelscheibe einstückig mit der Antriebswelle dreht. Eine Vielzahl von Zylinderbohrungen, die sich entlang der Antriebswelle erstrecken, ist um die Antriebswelle herum angeordnet. In jeder Zylinderbohrung ist ein Kolben angeordnet, der sich zwischen dem oberen und unteren Totpunkt durch die taumelnde Bewegung der Taumelscheibe hin und her bewegt, welche wiederum durch die Drehbewegung der Antriebswelle hervorgerufen wird. Eine Kompressionskammer, in der Gas durch die Hin- und Herbewegung des Kolbens komprimiert wird, ist in jeder Zylinderbohrung ausgebildet. Zwischen der Antriebswelle und der Taumelscheibe ist ein Mechanismus zum Ändern des Winkels der Taumelscheibe in Bezug zur Achse der Antriebswelle vorgesehen, um den Hin- und Herhub des Kolbens zu verändern, so daß dadurch die Kompressionsverdrängung gesteuert wird. Ein Rotationsventil ist auf der Antriebswelle vorgesehen, so daß es sich einstückig mit der Antriebswelle dreht. Das Rotationsventil hat eine Leitung, die es unkomprimiertem Gas ermöglicht, von der Saugkammer in jede Kompressionskammer in Synchronisation mit der Hin- und Herbewegung des Kolbens während der Drehbewegung des Rotationsventils zu gelangen, bevor der Kolben den unteren Totpunkt erreicht hat. Der Kompressor hat weiterhin einen Mechanismus zum zwangsweise Ändern des Zeitpunkts, an dem der Kolben nahezu den oberen Totpunkt in Übereinstimmung mit einem Neigungswinkel der Taumelscheibe erreicht hat.

Die Erfindung zusammen mit ihren Aufgaben und Vorteilen kann an Hand der beiliegenden Zeichnungen unter Bezugnahme auf die nachfolgende Beschreibung des vorliegenden bevorzugten Ausführungsbeispiels bestens verstanden werden, wobei:

Fig. 1 eine seitliche Schnittansicht ist, die einen Kompressor gemäß eines ersten erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiels zeigt;

Fig. 2 eine Schnittansicht entlang der Linie I-I nach Fig. 1 ist;

Fig. 3 eine Schnittansicht entlang der Linie II-II nach Fig. 1 ist;

Fig. 4 eine vergrößerte perspektivische Darstellung eines Rotationsventils des in Fig. 1 dargestellten Kompressors ist;

Fig. 5 eine vergrößerte Schnittansicht ist, die die Umgebung einer Taumelscheibe mit maximalem Neigungswinkel und einen Gelenkmechanismus zeigt;

Fig. 6 eine vergrößerte Schnittansicht ist, die die Umgebung der Taumelscheibe mit minimalem Neigungswinkel und dem Gelenkmechanismus zeigt;

Fig. 7 ein Diagramm ist, bei dem dargelegt wird, wie sich die vordere Position der Taumelscheibe ändert;

Fig. 8 eine Draufsicht der Taumelscheibe ist;

Fig. 9 eine graphische Darstellung ist, die die Beziehung zwischen der Verdrängung des Kompressors und der vorderen Position der Taumelscheibe zeigt;

Fig. 10 eine graphische Darstellung ist, die die Beziehung zwischen der Verdrängung des Kompressors und dem zeitlichen Ablauf des Rotationsventils zeigt;

Fig. 11 eine graphische Darstellung ist, die die Beziehung zwischen der Position des Kolbens und dem Druck zeigt, der in einer in einer Zylinderbohrung befindlichen Kompressionskammer herrscht;

Fig. 12 eine Schnittansicht eines Taumelscheibenkompressors mit veränderbarer Verdrängung gemäß eines zweiten erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiels ist;

Fig. 13 eine Schnittansicht entlang der Linie III-III nach Fig. 12 ist;

Fig. 14 ein Diagramm ist, bei dem erläutert wird, wie sich die vordere Position einer Taumelscheibe ändert;

Fig. 15 eine Schnittansicht ist, die eine Abwandlung der Erfindung zeigt;

Fig. 16 eine Schnittansicht ist, die eine weitere Abwandlung der Erfindung zeigt;

Fig. 17 eine Teilschnittansicht eines herkömmlichen Taumelscheibenkompressors ist; und

Fig. 18 eine Teilschnittansicht eines anderen herkömmlichen Taumelscheibenkompressors ist.

Ein Taumelscheibenkompressor mit veränderbarer Verdrängung gemäß eines ersten erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiels wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Fig. 1 bis 11 beschrieben.

Wie in Fig. 1 dargestellt ist, ist ein stirnseitiger Deckel 2 mit einem zentralen Gehäuse 1 verbunden, und ein hinteres Gehäuse 3 ist über eine Trennwand 4 daran befestigt. Das zentrale Gehäuse 1, der Deckel 2 und das hintere Gehäuse 3 bilden ein Gehäuse 5. Ein Zylinderblock 6 ist einstückig im zentralen Gehäuse 1 ausgebildet. Eine Vielzahl von Zylinderbohrungen 7 sind im Zylinderblock 6 ausgebildet. Ein Kolben 8 ist hin und her beweglich in jeder Zylinderbohrung 7 angeordnet. Ein Kurbelgehäuse oder eine Kurbelkammer 9 ist im zentralen Gehäuse 1 zwischen dem Zylinderblock 6 und dem Deckel 2 ausgebildet.

Die Trennwand 4 umfaßt eine Hauptplatte 10, eine Dichtung 11, eine Platte 12 und eine Halteplatte 13. Eine Auslaßöffnung 14 ist in der Hauptplatte 10 ausgebildet. Ein Blattventil 15 ist in Verbindung mit der Auslaßöffnung 14 auf der Platte 12 ausgebildet. Ein Halter 16 ist auf der Halteplatte 13 ausgebildet, um ein übermäßiges Öffnen des Blattventils 15 zu verhindern.

Eine Antriebswelle 20 ist über Lager 21 und 22 im Deckel 2 bzw. in einer mittigen Öffnung 19 des Zylinderblocks 6 gelagert, so daß die Welle 20 in der Kurbelkammer 9 liegt. Die Welle 20 ist mit einem Motor (nicht dargestellt) verbunden. An der Welle 20 ist eine Antriebsplatte 23 befestigt, die am Deckel 2 über viele Rollen 24 gelagert ist. Ein eine konvexe Fläche 26 aufweisendes Gleitstück 25 ist auf der Welle 20 gelagert, wobei es entlang der Achse 27 der Welle 20 gleitet. Eine Taumelscheibe 30, die eine mittig angeordnete konkave Fläche 31 hat, ist auf dem Gleitstück 25 an seiner konkaven Fläche 31 gelagert. Die Taumelscheibe 30 ist in allen Richtungen um die konkave Fläche 31 des Gleitstücks 25 herum schwenkbar. Die Taumelscheibe 30 ist über einen Gelenkmechanismus 32 mit der Antriebsplatte 23 verbunden.

Der Gelenkmechanismus 32 begrenzt die Bewegung der Taumelscheibe derart, daß die Taumelscheibe 30 um einen Punkt 33 (nachfolgend als "vordere Position" bezeichnet) schwenkt, während sich das Gleitstück 25 hin und her bewegt. Die vordere Position 33 ist in der Taumelscheibe 30 dem Zylinderblock 6 am nächsten angeordnet, so daß die vordere Position 33 den oberen Totpunkt des Kolbens 8 festlegt. Der Gelenkmechanismus 32 ermöglicht ein leichtes Drehen der Taumelscheibe 30 um die Gerade herum, die durch die Nachbarschaft der vorderen Position 33 und das Zentrum des Gleitstücks 25 als auch die Mittellinie verläuft. Der Aufbau des Gelenkmechanismus 32 wird später beschrieben.

Wie in Fig. 1 dargestellt ist, ist ein erweiterter Abschnitt 34 auf der Welle 20 ausgebildet, wobei eine Spiralfeder 35 zwischen diesem Abschnitt 34 und dem Gleitstück 25 angeordnet ist. Die Feder 35 drückt die Taumelscheibe 30 über das Gleitstück 25 in die rückwärtige Richtung. Ein Anschlag 36 ist einstückig an der Taumelscheibe 30 ausgebildet, so daß die Taumelscheibe 30 in ihrer maximal geneigten Position gehalten wird, wenn dieser Anschlag 36 gegen die Antriebsplatte 23 stößt. Ein Anschlag 37 ist an der Außenfläche der Welle 20 befestigt, so daß die Taumelscheibe 30 in ihrer minimal geneigten Position (ungefähr 0,1 bis 4 Grad bezüglich der zur Mittellinie 27 senkrecht verlaufenden Linie) gehalten wird, wenn das Gleitstück gegen diesen Anschlag 37 stößt.

Eine Aussparung 40 ist in jedem Kolben 8 ausgebildet, wobei ein Paar von Schuhen 41 in dieser Aussparung 40 angeordnet ist, wie in Fig. 1 dargestellt ist. Die Umfangsabschnitte der Taumelscheibe 30 werden zwischen den Schuhen 41 gehalten.

Die Drehbewegung der Welle 20 wird über die Antriebsplatte 23 und den Gelenkmechanismus 32 auf die Taumelscheibe 30 übertragen. Wenn sich die geneigte Taumelscheibe 30 dreht, ereignet sich eine taumelnde Bewegung, die jeden Kolben 8 dazu veranlaßt sich hin und her zu bewegen.

Eine zylindrische Trennwand 42 ist in dem mittigen Abschnitt des hinteren Gehäuses 3 ausgebildet, um eine Saugkammer 43 und eine Auslaßkammer 44 abzugrenzen.

Die Saugkammer 43 und die Auslaßkammer 44 sind über nicht dargestellte Leitungen mit einem externen Kreislauf verbunden. Das Gas in der in der Zylinderbohrung 7 angeordneten Kompressionskammer 45 wird durch den Kolben 8 komprimiert, wobei das Blattventil 15 in Offenstellung gedrückt wird, so daß das komprimierte Gas in die Auslaßkammer 44 eintritt. Das Gas strömt durch die Auslaßkammer 44 in den externen Kreislauf, in welchem das Gas zur Kühlung entspannt wird. Das entspannte Gas kehrt dann zur Saugkammer 43 zurück.

Eine Ventilkammer 46 mit einem kreisförmigen Querschnitt ist im mittigen Abschnitt des Zylinderblocks 6 ausgebildet, wobei diese Ventilkammer 46 mit der Saugkammer 43 zusammenhängend ausgebildet ist. Die Ventilkammer 46 und die Kompressionskammer 45 sind über eine zugeordnete Leitung einer Vielzahl von Verbindungsleitungen 47 miteinander verbunden, die im Zylinderblock 6 ausgebildet sind. Ein Rotationsventil 48 mit einem kreisförmigen Querschnitt ist in dieser Ventilkammer 46 untergebracht. Ein hexagonaler Fortsatz 49 ist am hinteren Ende der Welle 20 ausgebildet. Das Rotationsventil 48 ist durch eine Kupplung 50 mit dem Fortsatz 49 verbunden. Wenn sich die Welle 20 dreht, dreht sich auch das Rotationsventil 48, so daß sich das Rotationsventil 48 zusammen mit der Taumelscheibe 30 dreht.

Eine Saugleitung 51, die immer in Verbindung mit der Saugkammer 43 steht, ist im mittigen Abschnitt des Rotationsventils 48 ausgebildet. Die Leitung 51 hat eine Auslaßöffnung 52, die an der Außenfläche des Rotationsventils 48 angeordnet ist. Die Auslaßöffnung 52 ist derart ausgebildet, daß sie mit der Verbindungsleitung 47 verbunden werden kann. Wenn sich das Rotationsventil 48 dreht, wird die Auslaßöffnung 52 mit der Verbindungsleitung 47 verbunden, die der Phase des Saughubes entspricht. Wenn sich das Rotationsventil 48 in Pfeilrichtung gemäß Fig. 3 dreht und sich die Auslaßöffnung 52 der zugeordneten Verbindungsleitung 47 nähert, beginnt das Gas über die Saugkammer 43, die Saugleitung 51, die Auslaßöffnung 52 und diese Verbindungsleitung 47 in die Kompressionskammer 45 zu strömen. Wenn die Auslaßöffnung 52 die Verbindungsleitung 47 verläßt, stoppt die Gasansaugung. Die Auslaßöffnung 52 nähert sich der Verbindungsleitung 47 zu einem Zeitpunkt, an dem sich der Kolben 8 leicht vom oberen Totpunkt entfernt hat.

Wenn der Kolben 8 in den Förderhub übergeht, wird die zugeordnete Verbindungsleitung 47 durch die Außenfläche des Rotationsventils 48 geschlossen. Daher strömt das in der Kompressionskammer 45 befindliche komprimierte Gas durch die Auslaßöffnung 14 der Trennwand 4 (siehe Fig. 1), wobei es das Ventil 15 der Platte 12 in Offenstellung drückt und in die Auslaßkammer 44 eintritt.

Der auf den Kolbenboden eines jeden Kolbens 8 einwirkende Druck ändert sich in Übereinstimmung mit der Hin- und Herbewegung des Kolbens 8. Die Kraft, welche der Differenz zwischen dem auf die Rückseite des Kolbens 8 einwirkenden Kurbelkammerdruck und dem auf Kolbenboden 8 einwirkenden Druck entspricht, wird auf die Taumelscheibe 30 über die Schuhe 41 übertragen. Die Kraft, die die Taumelscheibe 30 von allen Kolben 8 empfängt, erzeugt das Moment, welches die Taumelscheibe 30 dazu veranlaßt, sich vorwärts oder rückwärts um das Gleitstück 25 herum zu drehen. Dementsprechend ändert sich der Winkel der Taumelscheibe 30 um den Punkt 33 herum, wobei der Hub des Kolbens 8 durch diesen Winkel festgelegt und dadurch die Verdrängung des Kompressors eingestellt wird.

Wie in Fig. 1 dargestellt ist, ist das hintere Gehäuse 3 mit Steuerventilen 55 und 56 einer bekannten Bauart versehen. (Die hierin verwendeten Steuerventile 55 und 56 sind in der deutschen Patentschrift DE 37 11 979 C2 offengelegt). Das Ventil 55 ist in einer Gasleitung (nicht dargestellt) zwischen der Auslaßkammer 44 und der Kurbelkammer 9
angeordnet, um den Betrag des Gases zu steuern, der von der ersteren Kammer 44 in die letztere Kammer 9 strömt. Das Ventil 56 ist in einer Leitung (nicht dargestellt) zwischen der Kurbelkammer 9 und der Saugkammer 43 angeordnet, um den Betrag des Gases zu steuern, der von der ersteren Kammer 9 in die letztere Kammer 43 strömt. In Übereinstimmung mit dem Kompressionsvorgang des Kolbens 8 wird immer ein Nebengasstrom in die Kurbelkammer 9 gefördert. Der in der Kurbelkammer 9 herrschende Druck wird durch die Wirkungsweise der Ventile 55 und 56 gesteuert, wobei der Winkel der Taumelscheibe 30 demgemäß geändert wird. Die Kurbelkammer 9 ist über eine weitere Leitung, die das Ventil 55 nicht aufweist, mit der Saugkammer 43 verbunden, wobei das in der Kurbelkammer 9 befindliche Gas immer entlang dieser Leitung in die Saugkammer 43 ausströmt.

Der Gelenkmechanismus 32 hat den nachstehenden Aufbau.

Wie in den Fig. 1 und 2 dargestellt ist, ist eine Konsole 60 einstückig an der Taumelscheibe 30 ausgebildet, wobei in dieser Konsole 60 ein Paar von Löchern 61 ausgebildet sind. In den Löchern 61 sind jeweils fußseitige Hälften eines ersten und eines zweiten Führungsstiftes 73 und 74 eingepaßt, so daß beide Stifte 73 und 74 an der Konsole 60 befestigt sind.

Ein Paar von Stützarmen 64 und 65 stehen aus dem Umfangsabschnitt der Antriebsplatte 23 in Richtung der Taumelscheibe 30 hervor. Löcher 66 sind jeweils in den beiden Armen 64 und 65 ausgebildet. Einsätze 67 und 68, von denen jeder eine konkave Fläche hat, sind jeweils in den Löchern 66 eingepaßt, so daß die Einsätze 67 und 68 an den zugeordneten Armen 64 und 65 befestigt sind. Trägerabschnitte 69 und 70, von denen jede eine geweitete gekrümmte Fläche hat, sind jeweils in der konkaven Fläche der Einsätze 67 und 68 gelagert, so daß sich die Trägerabschnitte 69 und 70 in allen Richtungen um den Mittelpunkt dieser konkaven Flächen drehen können. Führungslöcher 71 und 72 sind im mittigen Abschnitt der jeweiligen Trägerabschnitte 69 und 70 ausgebildet. Der erste und der zweite Führungsstift 73 und 74 sind jeweils in den Löchern 71 und 72 gleitend eingesetzt. Die Drehmittelpunkte der Trägerabschnitte 69 und 70 liegen bezüglich der Geraden symmetrisch zueinander, die durch die vordere Position 33 und die Mittellinie 27 verläuft.

Wie in den Fig. 1 und 2 dargestellt ist, sind die Abstände vom Mittelpunkt des Gleitstücks 25 zu den Mittelpunkten 75 und 76 der beiden Trägerabschnitte 69 und 70 (d. h. die Drehpunkt der beiden Stifte 73 und 74) gleich zueinander. Die Stifte 73 und 74 sind von der Richtung aus betrachtet in der sich die Mittellinie 27 erstreckt, parallel zueinander, wie in Fig. 2 dargestellt ist. Wie in Fig. 5 dargestellt ist, kreuzen sich die Achsen 77 und 78 der beiden Stifte 73 und 74 einander, wenn man in Richtung rechtwinklig zur Mittellinie 27 blickt.

Wenn sich der Winkel der Taumelscheibe 30 ändert, bewegt sich das Gleitstück 25 entlang der Welle 20, wobei die Taumelscheibe 30 durch die konvexe Fläche 26 geführt wird, um um die vordere Position 33 herum zu schwenken. Das Paar von Stiften 73 und 74 dreht sich zusammen mit der Taumelscheibe 30 während sie sich in den jeweiligen Führungslöchern 71 und 72 der Trägerabschnitte 69 und 70 gleitend bewegen.

Infolgedessen wird die vordere Position 33 in nahezu der gleichen Position gehalten, ungeachtet des Winkels der Taumelscheibe 30, so daß der obere Totpunkt des Kolbens 8 bei der Hin- und Herbewegung immer konstant ist.

Nachfolgend wird die Wirkungsweise des Kompressors mit dem vorstehend beschriebenen Aufbau beschrieben.

Die Fig. 1, 2 und 5 zeigen die Taumelscheibe 30 bei maximal geneigtem Winkel, so daß der maximale Verdrängungsbetrieb zur Verfügung gestellt wird. In dieser Situation, da sich die Welle 20 dreht, führt die Taumelscheibe 30 durch die Antriebsplatte, die Trägerabschnitte 69 und 70 und die Stifte 73 und 74 eine taumelnde Bewegung bei maximaler Amplitude durch. Demgemäß bewegt sich jeder Kolben 8 bei maximalem Hub hin und her. Die Hin- und Herbewegung des Kolbens 8 veranlaßt das in der Saugkammer 43 befindliche Gas in die Kompressionskammer 45 einzutreten, wobei es durch die Saugleitung 51 des Rotationsventils 48, die Auslaßöffnung 52 und die zugeordnete Verbindungsleitung 47 strömt. Nachdem es in der Kompressionskammer 45 komprimiert wurde, drückt das Gas das Blattventil 15 an der Auslaßöffnung 14 in die Offenstellung und strömt in die Auslaßkammer 44. Dieses Gas wird dann in den externen Kreislauf gefördert.

Das Rotationsventil 48 bei diesem Ausführungsbeispiel dreht sich in der Richtung, in der sich auch die Welle 20 dreht. Im Gegensatz zum herkömmlichen Aufbau, bei dem das Einlaßventil nach der Klappenbauart dazu veranlaßt wird an der Platte kleben zu bleiben, kann das Gas auf feine Weise in die Kompressionskammer 45 aus der Saugkammer 43 zugeführt werden, ohne daß der Druck in der Kompressionskammer 45 abnormal weit abfällt. Dies verbessert die Leistungsfähigkeit des Kompressors. Da sich das Rotationsventil 48 lediglich dreht und durch die Innenwand der Kammer 46 geführt wird, wird bei diesem Kompressor kein Auftrefflärm erzeugt, wie derjenige, der durch das Einlaßventil nach der Klappenbauart verursacht wird, und somit wird insgesamt der Lärm verringert.

Im Anfangsstadium des Kompressorbetriebs ist die Temperatur in einem Fahrzeug hoch und somit ist die Kühlbelastung hoch. Der Gassaugdruck ist daher hoch in diesem Stadium, so daß das Ventil 56 geöffnet ist. Demgemäß kehrt das in der Kurbelkammer 9 befindliche Gas von der Kurbelkammer 9 in die Saugkammer 43 über die Leitung (nicht dargestellt) zurück, wobei der Druck innerhalb der Kurbelkammer 9 reduziert wird. Daher ist die Differenz zwischen dem in der Kurbelkammer 9 herrschenden Druck, der auf die Rückseite des Kolbens 8 wirkt, und dem in der Kompressionskammer 45 herrschenden Saugdruck, der auf den Boden des Kolbens 8 wirkt, klein, wobei sich die Taumelscheibe 30 auf den maximalen Neigungswinkel einstellt.

Wenn sich danach die Welle 20 mit hoher Geschwindigkeit dreht, oder wenn die Temperatur im Fahrzeug fällt und die Kühlbelastung sich verringert, verschließt das Ventil 56 die Leitung zwischen der Kurbelkammer 9 und der Saugkammer 43, während das Ventil 55 die Leitung zwischen der Kurbelkammer 9 und der Auslaßkammer 44 öffnet. Somit steigt der Druck in der Kurbelkammer 9 an, und vergrößert die vorstehend genannte Druckdifferenz. Infolgedessen wird der Neigungswinkel der Taumelscheibe 30 kleiner und der Hub des Kolbens 8 wird ebenso kleiner, wobei die Verdrängung des Kompressors verringert wird.

Das Prinzip des Änderns des Öffnungs-/Schließzeitpunktes des Rotationsventils 48 wird nachstehend beschrieben.

Gemäß Fig. 7 zeigt die durchgezogene Linie die Taumelscheibe bei der maximalen Neigung und die unterbrochene Linie zeigt die Taumelscheibe 30 bei der minimalen Neigung. Der untere Teil der Fig. 7 zeigt die Beziehung zwischen der Taumelscheibe 30 des ersten Führungsstifts 73 und des Trägerabschnitts 69; und der obere Teil von Fig. 7 zeigt die Beziehung zwischen der Taumelscheibe 30, dem zweiten Führungsstift 74 und dem anderen Trägerabschnitt 70.

Im oberen Teil von Fig. 7, wenn die Taumelscheibe gegen den Uhrzeigersinn schwenkt, bewegt sich das Gleitstück 25 entlang der Mittellinie 27 und der zweite Führungsstift 74 bewegt sich innerhalb des Trägerabschnitts 70, während der Trägerabschnitt 70 gedreht wird. Im unteren Teil von Fig. 7, wenn die Taumelscheibe 30 gegen den Uhrzeigersinn schwenkt, bewegt sich das Gleitstück 25 gleichfalls entlang der Mittellinie 27 und der erste Führungsstift 73 bewegt sich innerhalb des Trägerabschnitts 69, während der Trägerabschnitt 69 gedreht wird. Da sich der Winkel des Stiftes 73 von dem des Stifts 74 an diesem Zeitpunkt unterscheidet, wird die Taumelscheibe 30 um die Gerade gedreht, die durch den Mittelpunkt des Gleitstücks 25 und durch die Nachbarschaft der vorderen Position 33 verlauft. Infolgedessen bewegt sich die vordere Position 33 der Taumelscheibe 30 weg vom Zylinderblock 6 und ein anderer Punkt auf der Taumelscheibe 30, der von der vorderen Position 33 in Drehrichtung der Welle 20 etwas weiter vorgerückt ist, ist nun dem Zylinderblock 6 am nächsten angenähert (siehe Fig. 2).

Die vorstehenden Beziehungen werden bedeutungsvoller, weil sich die Verdrängung des Kompressors verringert, wobei der maximale Vorrückwinkel ungefähr 10 Grad beträgt. Wenn daher der Kompressor bei niedriger Verdrängung läuft, wird der Zeitpunkt, an dem der Kolben 8 den oberen Totpunkt erreicht, durch den Vorrückwinkel beschleunigt bzw. vorverlegt. Das Rotationsventil 48 jedoch dreht sich zusammen mit der Welle 20, so daß, da die Verdrängung des Kompressors kleiner wird, die Bewegung des Rotationsventils 48 an eine Position, an der der Saugzyklus beginnt, um eine Zeitdauer verzögert wird, die größer als diejenige ist, die durch den Kolben 8 benötigt wird, sich an eine Position zu bewegen, an der der Saugzyklus beginnt.

Während des Saughubes, bei dem sich der Kolben 8 vom oberen Totpunkt zum unteren Totpunkt bewegt, fällt der Druck in der Kompressionskammer 45 ab, wie in Fig. 11 dargestellt ist. Wenn der Kompressor bei einer großen Verdrängung läuft, ist der Hub des Kolbens 8 groß, so daß der Druck in der Kompressionskammer 45 vom Auslaßdruck entlang der mit durchgezogener Linie gezeichneten Kurve auf den Saugdruck fällt. Der zeitliche Ablauf des Kolbens 8 und des Rotationsventils 48 sind derart festgelegt, daß wenn der Druck in der Kompressionskammer 45 nahezu gleich dem Saugdruck wird, wird die Verbindung der Saugleitung 51 (Auslaßöffnung 52) des Rotationsventils 48 mit der zugeordneten Verbindungsleitung 47 gestartet. Demgemäß wird das Einsaugen von Gas in die Kompressionskammer 45 weich ausgeführt. Der Kompressor arbeitet daher mit hoher Leistungsfähigkeit.

Wenn der Kompressor bei kleiner Verdrängung läuft, ist der Hub des Kolbens 8 klein, so daß der in der Kompressionskammer 45 herrschende Druck nicht so sehr abfällt. Daher wird die Druckänderungskurve in der Kompressionskammer 45 sanfter als die Kurve bei einem Betrieb mit großer Verdrängung, wie durch die unterbrochene Linie in Fig. 11 dargestellt ist. Zu diesem Zeitpunkt verzögern sich die Saugstart- und Endzeitpunkte durch das Rotationsventil 48, wie erwähnt früher. Sogar bei einem Betrieb mit geringer Verdrängung, wird daher, wenn der in der Kompressionskammer 45 herrschende Druck vom Auslaßdruck auf den Saugdruck abfällt, die Saugleitung 51 des Rotationsventils 48 mit der Kompressionskammer 45 derart verbunden, wie in Fig. 11 dargestellt ist. Demgemäß wird die Rückströmung von Gas aus der Kompressionskammer 45 in die Saugleitung 51 unterdrückt, und somit wird unangenehmer Lärm unterdrückt und die Kompressionsleistungsfähigkeit verbessert.

Wenn der Neigungswinkel der Taumelscheibe 30 vom Minimalwinkel auf den Maximalwinkel, wie in Fig. 5 dargestellt ist, geändert wird, wird der sich verzögernde bzw. nacheilende Betrieb des Rotationsventils 48 gerade entgegengesetzt zu dem vorstehend beschriebenen vorgerückten bzw. voreilenden Betrieb des Rotationsventils 48 ausgeführt.

Gemäß des ersten Ausführungsbeispiels kann der zeitliche Betriebsablauf des Rotationsventils 48 durch einen einfachen Aufbau verändert werden, wobei sich der Neigungswinkel des Stifts 73 von dem des Stifts 74 unterscheidet. Bei diesem Ausführungsbeispiel wird das Erfordernis zum Vorsehen eines komplexen und teueren Mechanismus zum Ändern des zeitlichen Ablaufs in einem Bereich überflüssig, bei dem die Welle 20 mit dem Rotationsventil 48 verbunden ist, wobei ein einfacher Aufbau zum Ändern des zeitlichen Ablaufs angewendet wird, so daß das Herstellen und Montieren des Kompressors einfacher wird.

Ein Kompressor mit veränderbarer Verdrängung nach der Taumelscheibenbauart gemäß einem zweiten erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel wird nachfolgenden an Hand der Fig. 12 bis 14 beschrieben.

Im zweiten Ausführungsbeispiel sind beide Stifte 73 und 74 des Gelenkmechanismus 32 parallel zueinander, wenn man aus der Richtung rechtwinklig zur Mittellinie 27 blickt. Der Abstand zwischen dem Mittelpunkt des Gleitstücks 25 und dem Mittelpunkt 75 des Trägerabschnitts 69 ist kürzer als der Abstand zwischen dem Mittelpunkt des Gleitstücks 25 und dem Mittelpunkt 76 des anderen Trägerabschnitts 70.

Wenn sich der Neigungswinkel der Taumelscheibe 30 vom Maximalwinkel, wie durch die durchgezogenen Linien in Fig. 14 dargestellt ist, auf den Minimalwinkel ändert, beruhend auf der Differenz zwischen den zwei Abständen, wird wie beim ersten Ausführungsbeispiel die Taumelscheibe 30 um die Gerade gedreht, die durch den Mittelpunkt des Gleitstücks 25 und durch die Nachbarschaft der vorderen Position 33 verläuft. Infolgedessen ändert sich die vordere Position 33 der Taumelscheibe 30 bezüglich des Drehwinkels der Welle 20.

Dieses Ausführungsbeispiel hat einen einfachen Aufbau, um den zeitlichen Betriebsablauf des Rotationsventils 48 zu ändern, so daß die Herstellung und die Montage des Kompressors einfacher wird. Der übrige Aufbau, der Betrieb und die Vorteile sind identisch zu denjenigen des ersten Ausführungsbeispiels.

Nachfolgend werden zwei Abwandlungen des Gelenkmechanismus 32 beschrieben.

Bei der ersten in Fig. 15 dargestellten Abwandlung, sind der erste und der zweite Führungsstift 73 und 74 jeweils in ein Paar von Löchern 61 eingesetzt, so daß beide Stifte 73 und 74 mit der Taumelscheibe 30 verbunden sind. An den freien Enden der beiden Stifte 73 und 74 sind Kugeln 79 ausgebildet, die jeweils in in den Stützarmen 64 und 65 ausgebildeten Führungslöchern gleitend beweglich eingepaßt sind. Beide Löcher 57 und 58 überkreuzen einander, wenn man von der Richtung rechtwinklig zur Mittellinie der Antriebswelle 20 blickt. Der weitere Aufbau ist der gleiche, wie der im ersten Ausführungsbeispiel.

Bei der in Fig. 16 dargestellten zweiten Abwandlung sind der erste und der zweite Gleitstift 72 und 74 gleitend beweglich in jeweils einem Paar von Löchern 61 eingesetzt. An den freien Enden der beiden Stifte 73 und 74 sind Kugeln 79 befestigt, die in den konkaven Abschnitten der Einsätze 67 und 68 eingepaßt sind, so daß sie in allen Richtungen drehbar sind. Der übrige Aufbau dieser Abwandlung ist identisch zu demjenigen des zweiten Ausführungsbeispiels.

Bei beiden vorstehend diskutierten Abwandlungen wird, wenn sich der Neigungswinkel der Taumelscheibe 30 vom Maximalwinkel auf den Minimalwinkel ändert, die Taumelscheibe 30 um die Gerade gedreht, die durch den Mittelpunkt des Gleitstücks 25 und die Nachbarschaft der vorderen Position 33 verläuft, wie gemäß dem ersten und dem zweiten Ausführungsbeispiel. Die vordere Position 33 der Taumelscheibe 30 ändert sich daher bezüglich des Drehwinkels der Welle 20. Beide Abwandlungen haben einen einfachen Aufbau, um den zeitlichen Betriebsablauf des Rotationsventils 48 zu ändern, so daß die Herstellung und die Montage des Kompressors einfacher wird.

Eine Taumelscheibe ist auf einer Antriebswelle montiert, die in einem mit einer Gassaugkammer versehenem Gehäuse derartig angeordnet ist, so daß die Taumelscheibe einstückig mit der Antriebswelle gedreht wird. Eine Vielzahl von Zylinderbohrungen, die sich entlang der Antriebswelle erstrecken, ist um die Antriebswelle herum angeordnet. In jeder Zylinderbohrung ist ein Kolben angeordnet, der sich zwischen dem oberen und unteren Totpunkt durch die taumelnde Bewegung der Taumelscheibe hin und her bewegt, welche wiederum durch die Drehbewegung der Antriebswelle hervorgerufen wird. Eine Kompressionskammer, in der Gas durch die Hin- und Herbewegung des Kolbens komprimiert wird, ist in jeder Zylinderbohrung ausgebildet. Zwischen der Antriebswelle und der Taumelscheibe ist ein Mechanismus zum Ändern des Winkels der Taumelscheibe in Bezug zur Achse der Antriebswelle vorgesehen, um den Hin- und Herhub des Kolbens zu verändern, so daß dadurch die Kompressionsverdrängung gesteuert wird. Ein Rotationsventil ist auf der Antriebswelle vorgesehen, so daß es sich einstückig mit der Antriebswelle dreht. Das Rotationsventil hat eine Leitung, die es unkomprimiertem Gas ermöglicht, von der Saugkammer in jede Kompressionskammer in Synchronisation mit der Hin- und Herbewegung des Kolbens während der Drehbewegung des Rotationsventils zu gelangen, bevor der Kolben den unteren Totpunkt erreicht hat. Der Kompressor hat weiterhin einen Mechanismus zum zwangsweise Ändern des Zeitpunkts, an dem der Kolben nahezu den oberen Totpunkt in Übereinstimmung mit einem Neigungswinkel der Taumelscheibe erreicht hat.

Claims (7)

1. Kompressor mit einer Taumelscheibe, die auf einer Antriebswelle befestigt ist, welche wiederum in einem mit einer Gassaugkammer versehenen Gehäuse derart angeordnet ist, daß sie einstückig zusammen mit der Antriebswelle drehbar ist, einer Vielzahl von Zylinderbohrungen, die um die Antriebswelle herum ausgebildet sind, und sich entlang der Antriebswelle erstrecken, Kolben, die in den jeweiligen Zylinderbohrungen angeordnet sind, wobei diese Kolben zwischen dem oberen und dem unteren Totpunkt durch die taumelnde Bewegung der Taumelscheibe, beruhend auf der Drehbewegung der Antriebswelle, hin und her bewegbar sind, einer Kompressionskammer, die durch die Hin- und Herbewegung eines jeden Kolbens in jeder Zylinderbohrung zum Komprimieren von Gas festgelegt ist, einem Element zu Ändern eines Winkels der Taumelscheibe bezüglich der Achse der Antriebswelle, um den Hin- und Herhub eines jeden Kolbens zu ändern, wodurch die Kompressionsverdrängung gesteuert wird, einem an der Antriebswelle vorgesehenen Rotationsventil, welches zusammen mit der Antriebswelle drehbar ist und welches eine Leitung hat, die es unkomprimiertem Gas ermöglicht, bevor jeder Kolben den unteren Totpunkt erreicht hat während der Drehbewegung des Rotationsventils in Synchronisation mit der Hin- und Herbewegung eines jeden Kolbens, von der Saugkammer in jede Kompressionskammer zu strömen, gekennzeichnet durch, einen Mechanismus zum zwangsweise Ändern des Zeitpunkts, an dem jeder Kolben nahezu den oberen Totpunkt erreicht.

2. Kompressor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß wenn die Taumelscheibe derart schwenkt, daß sich der Neigungswinkel der Taumelscheibe verringert, der Zeitpunkt geändert wird, an dem jeder Kolben den oberen Totpunkt erreicht.

3. Kompressor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß wenn der Neigungswinkel der Taumelscheibe sich von einem Maximalwinkel auf einen Minimalwinkel ändert, sich die Taumelscheibe um 10 Grad nach vorne in der Drehrichtung der Antriebswelle bewegt, wodurch der Zeitpunkt geändert wird, an dem jeder Kolben den oberen Totpunkt erreicht.

4. Kompressor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Kolben ein Paar von Schuhen hat, zwischen denen ein Umfangsabschnitt der Taumelscheibe gehalten wird.

5. Kompressor nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Taumelscheibe in etwa um einen Abschnitt des Teils der Taumelscheibe schwenkt, der zwischen den Schuhen gehalten wird.

6. Kompressor nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebswelle mit einem entlang der Antriebswelle hin und her bewegbarem Gleitstück versehen ist, und daß die Taumelscheibe auf dem Gleitstück gelagert ist.

7. Kompressor nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebswelle mit einer Platte versehen ist, die einstückig zusammen mit der Antriebswelle drehbar ist, und daß ein Gelenkmechanismus zwischen der Platte und der Taumelscheibe vorgesehen ist, um den Zeitpunkt zu verändern, an dem der Kolben den oberen Totpunkt erreicht.