EP0809026B1

EP0809026B1 - Verdichter

Info

Publication number: EP0809026B1
Application number: EP97100207A
Authority: EP
Inventors: Harry Stentoft-Nissen; Stig Helmer. Jorgensen
Original assignee: Zexel Valeo Compressor Europe GmbH
Current assignee: Valeo Compressor Europe GmbH
Priority date: 1996-05-24
Filing date: 1997-01-09
Publication date: 2001-07-18
Anticipated expiration: 2017-01-09
Also published as: FR2749045A1; GB2313416B; DE19621174A1; EP0809026A1; PT809026E; DK0809026T3; GB2313416A; FR2749045B1; US5826490A; GB9710499D0; DE59704059D1; ATE203306T1

Description

Die Erfindung betrifft einen Verdichter mit mindestens einem in einem Zylinder bewegbaren Kolben, einer Antriebswelle und einer Taumelscheibenanordnung zwischen dem Kolben und der Antriebswelle, die eine Schrägscheibe mit veränderbarem Neigungswinkel aufweist, und mit einer Federanordnung, die auf die Taumelscheibenanordnung in Richtung einer minimalen Verdrängung wirkt.

Ein derartiger Verdichter ist aus US-A-5 387 091 bekannt.

Verdichter dieser Art werden beispielsweise in Kraftfahrzeugen-Klimaanlagen eingesetzt. Im Zuge eines zunehmenden Bewußtseins für Umweltbelastungen hat man in den vergangenen Jahren versucht, die bislang verwendeten, umweltbelastenden Kältemittel zu ersetzen. Gerade im Bereich von Kraftfahrzeugen besteht die Gefahr, daß derartige Kältemittel bei einem Unfall austreten und in die Umgebung entweichen. Als neues Kältemittel kommt beispielsweise Kohlendioxid (CO₂) in Betracht. Allerdings sind bei diesem Kältemittel relativ große Drücke erforderlich. Dementsprechend muß die von der Feder aufzubringende Kraft entsprechend groß sein. Andererseits möchte man natürlich die Baugröße des Verdichters nicht erhöhen. Insbesondere im Kraftfahrzeugbereich, wo derartige Verdichter im Motorraum untergebracht werden müssen, ist der zu Verfügung stehende Platz begrenzt.

US-A-41 78 136 zeigt einen Verdichter mit mehreren in je einem Zylinder bewegbaren Kolben, einer Antriebswelle und einer Taumelscheibenanordnung zwischen den Kolben und der Antriebswelle, die eine Schrägscheibe mit veränderbarem Neigungswinkel aufweist, und mit einer Steueranordnung, die den Neigungswinkel der Taumelscheibenanordnung verändert. Die Steueranordnung weist einen Steuerkolben auf, der in einem Zylinder bewegbar ist und zwar unter der Wirkung eines hydraulischen Drucks in einer Druckkammer. Der Steuerkolben verschiebt eine Muffe auf der Welle, an der die Taumelscheibenanordnung gelenkig befestigt ist. Am Steuerkolben ist eine Rückstellfeder befestigt, die wirksam wird, wenn der Kolben und damit die Muffe in Richtung auf eine minimale verdrängung verschoben wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Verdichter auch bei höheren Drücken betreiben zu können.

Diese Aufgabe wird bei einem Verdichter der eingangs genannten Art durch die Merkmale des kennzeichnenden Teils des Anspruchs 1 gelöst.

Mit dieser Ausgestaltung gewinnt man einerseits die Möglichkeit, die Feder zu vergrößern, ohne daß der Verdichter insgesamt vergrößert werden muß. Die Taumelscheibenanordnung muß einen bestimmten Durchmesser haben, damit die Kolben entsprechend hin- und herbewegt

Mit dieser Ausgestaltung gewinnt man einerseits die Möglichkeit, die Feder zu vergrößern, ohne daß der Verdichter insgesamt vergrößert werden muß. Die Taumelscheibenanordnung muß einen bestimmten Durchmesser haben, damit die Kolben entsprechend hin- und herbewegt werden können. Dieser Bauraum in radialer Richtung ist also notwendig und ohnehin vorhanden. Andererseits war auch bei den bisherigen Verdichtern eine gewisse axiale Erstreckung notwendig und vorhanden, damit die Feder untergebracht werden kann. Kombiniert man nun diese beiden Möglichkeiten, dann kann man auch auf einer relativ kurzen axialen Erstreckung eine Federanordnung unterbringen, die die notwendige Federkraft erzeugt. Dementsprechend kann der Verdichter auch mit höheren Drücken betrieben werden. Hinzu kommt ein Vorteil, der gerade in Verbindung mit großen Drücken eine gewisse Bedeutung erlangt. Dadurch, daß die Taumelscheibenanordnung im Bereich ihres radialen Randes abgestützt ist, wird einem Kippen der Taumelscheibenanordnung aufgrund der durch den Kolben aufgebrachten Gegenkräfte entgegengewirkt. Zwar ist es notwendig, den Winkel der Schrägscheibe zu verändern, um die Förderleistung des Verdichters zu beeinflussen. Diese Veränderung soll jedoch gezielt erfolgen können und nicht zufälligerweise unter der Wirkung eines von dem oder den Kolben ausgeübten Moments. Ein derartiges Moment könnte darüber hinaus ein Klemmen der Taumelscheibenanordnung zur Folge haben, was die Verstellbarkeit wiederum beeinträchtigt. Durch die Vergrößerung der Federanordnung in radialer Richtung gegenüber dem bekannten Stand der Technik wird dieses Problem auf elegante Weise umgangen.

Vorzugsweise ist die Federanordnung einer Wand benachbart angeordnet, die einen Innenraum des Verdichters umgibt. Damit wird der innerhalb des Verdichters zur Verfügung stehende Bauraum optimal ausgenutzt. Eine Durchmesservergrößerung des Verdichters nach außen ist nicht erforderlich. Dennoch wird es möglich, die Federanordnung radial relativ weit außen anzuordnen.

Vorzugsweise ist die Federanordnung im wesentlichen auf dem gleichen Radius angeordnet wie der Kolben. Damit wird der Kraft, die der Kolben ausübt, dort entgegengewirkt, wo sie entsteht. Kolben und Kraftangriffsort der Federanordnung befinden sich dann im wesentlichen auf der gleichen axialen Linie.

Mit Vorteil ist die Federanordnung zwischen der Taumelscheibenanordnung und einer drehbar gelagerten Basisplatte eingespannt. Damit läßt sich der große Durchmesser der Federanordnung auch auf der der Taumelscheibenanordnung abgewandten Seite beibehalten. Die Feder kann also insgesamt in einem zumindest annähernd zylindrischen Raum untergebracht werden, ohne daß sie sich zu Abstützungszwecken irgendwie verjüngen müßte.

In einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, daß die Federanordnung radial außerhalb eines Verstellmechanismus für den Neigungswinkel der Schrägscheibe angeordnet ist. Auch dadurch wird erreicht, daß die Kräfte der Federanordnung ungefähr dort wirken, wo die Gegenkräfte des oder der Kolben entstehen. Außerdem wird auf diese Weise dafür gesorgt, daß sich die Federanordnung und der Verstellmechanismus gegenseitig nicht behindern. Radial innerhalb der Federanordnung steht genügend Platz zur Verfügung, um den Verstellmechanismus unterbringen zu können.

Vorzugsweise weist die Taumelscheibenanordnung eine Druckplatte auf, an der die Federanordnung anliegt. Damit wird eine relativ große Fläche zur Verfügung gestellt, die in der Lage ist, die Kräfte der Federanordnung aufzunehmen und an die Taumelscheibenanordnung weiterzugeben.

Hierbei ist besonders bevorzugt, daß der Verstellmechanismus durch eine Öffnung in der Druckplatte hindurch geführt ist. Dadurch wird erreicht, daß man keine größere Bauhöhe des Verdichters benötigt, obwohl die Druckplatte verwendet wird. Die Druckplatte und der Verstellmechanismus können dann sozusagen ineinander verschachtelt werden. Trotz des Vorhandenseins des Verstellmechanismus wird eine Beaufschlagung der Druckplatte dort möglich, wo dies gewünscht ist. Irgendwelche Beschränkungen im Hinblick auf die Anordnung des Verstellmechanismus durch die Federanordnung entstehen nicht.

Mit Vorteil weist die Druckplatte einen Hals auf, der die Antriebswelle umgibt und der an einer auf der Antriebswelle axial verschiebbaren Lageranordnung der Schrägscheibe anliegt. Dieser Hals, d.h. ein von der Druckplatte axial vorstehender Umfangsvorsprung sichert einerseits eine relativ gute axiale Führung der Druckplatte auf der Antriebswelle. Dies verhindert ein Kippen der Druckplatte in Bezug zur Antriebswelle. Darüber hinaus ergibt sich auf diese Weise eine einfache Übertragungsmöglichkeiten der Kräfte von der Federanordnung über die Druckplatte auf die Taumelscheibenanordnung.

Vorzugsweise weist die Taumelscheibenanordnung eine sowohl gegenüber der Schrägscheibe als auch gegenüber dem Kolben drehbare Taumelscheibe auf. Im Betrieb wird sich dann eine Drehung der Schrägscheibe einstellen, die irgendwo zwischen der Drehzahl der Antriebswelle, mit der die Schrägscheibe rotiert, und Null, was der "Drehzahl" der Kolben entspricht, liegt. Die Drehzahl der Taumelscheibe wird sich automatisch so einstellen, daß der kleinste Energieaufwand notwendig ist. Mit anderen Worten werden die Verluste so klein wie möglich gehalten. Mit dieser Ausgestaltung ermöglicht man einerseits, daß die Taumelscheibe radial relativ weit außen wirken kann, so daß die Kolben im wesentlichen rein axial belastet werden. Dies stellt sicher, daß die Kolben in den Zylindern nicht einseitig belastet werden, was den Verschleiß vermindert. Andererseits müssen sich nicht notwendigerweise große Relativgeschwindigkeiten zwischen den Kolben und der Taumelscheibe ergeben, was wiederum zu höheren Verlusten im Lager führen würde.

Mit Vorteil ist die Taumelscheibe gegenüber der Schrägscheibe radial innerhalb oder im Bereich des Verstellmechanismus abgestützt. Dadurch wird erzielt, daß die Druckkräfte der Kolben mehr oder weniger direkt auf die Druckplatte übertragen werden.

In einer bevorzugten Ausgestaltung weist die Federanordnung eine koaxial um die Antriebswelle herum angeordnete Feder auf. Die Feder umgibt dann, gegebenenfalls mit Abstand, die Antriebswelle. Dies ist eine sehr einfache Möglichkeit, insbesondere im Hinblick auf die Montage.

Hierbei ist bevorzugt, daß die Feder in Umfangsrichtung eine ungleichförmige Druckverteilung aufweist und eine Verdrehsicherungs- und Positioniereinrichtung vorgesehen ist, die den Bereich mit dem höchsten Druck im Bereich des oberen Totpunkts der Schrägscheibe fixiert. Eine derartige Ausgestaltung ergibt sich beispielsweise dann, wenn als Feder eine Schraubenfeder verwendet wird, deren beiden Stirnseiten parallel gemacht worden sind, beispielsweise durch Planschleifen. In diesem Fall wird sich eine ungleichförmige Druckverteilung in Umfangsrichtung ergeben. Beispielsweise wird die Gegenkraft der Feder dort geringer sein, wo das Planschleifen zu einer Verdünnung der letzten Windung der Feder geführt hat. Andererseits ist die von den Kolben ausgeübte Gegenkraft in Umfangsrichtung auch nicht gleichförmig. Kurz vor Erreichen des oberen Totpunkts der Schrägscheibe, d.h. des Punkts, an dem die Schrägscheibe den Kolben in seine jeweilige Endlage fährt, ist die Kompression des Gases im Zylinder am größten. Dementsprechend ist auch die vom Kolben ausgeübte Gegenkraft am größten. In diesem Moment öffnet aber das Auslaßventil, so daß das komprimierte Gas in der weiteren Bewegung des Kolbens auf den Boden des Zylinders abgefördert wird. Wenn das Auslaßventil öffnet, ergibt sich zumindest kein weiterer Druckanstieg. In den meisten Fällen wird sich eine mehr oder weniger schlagartige Druckentlastung ergeben. Wenn man nun diese beiden Effekte kombiniert, d.h. den Bereich der Feder in Umfangsrichtung mit der größten Federkraft mit der Position der Schrägscheibe kombiniert, an der die größte Gegenbelastung zu erwarten ist, dann kann man beide Erscheinungen einigermaßen kompensieren. Es ist hierzu lediglich notwendig, die Feder in der richtigen Winkelposition zu montieren und zu fixieren. Wenn sicher ist, daß der Verdichter nur in einer Umlaufrichtung betrieben wird, kann man den Bereich mit der höchsten Gegenkraft etwas vor dem oberen Totpunkt der Schrägscheibe positionieren. Wenn die Drehrichtung nicht genau bekannt ist oder ein Wechsel der Drehrichtung zu erwarten ist, kann man diesen Bereich auch genau am oberen Totpunkt fixieren. Dies reicht aus, um die Belastungen in der Nachbarschaft des oberen Totpunkts aufnehmen zu können.

In einer alternativen Ausgestaltung ist vorgesehen, daß die Federanordnung mehrere Einzelfedern aufweist, die in einem Streifen mit vorbestimmtem Abstand um die Antriebswelle herum angeordnet sind. Auch mit derartigen Einzelfedern läßt sich einerseits die gewünschte Federkraftverstärkung erzielen. Die Kraft auf die Taumelscheibenanordnung ergibt sich dann aus der Summe der Kräfte der Einzelfedern. Andererseits läßt sich damit auch die Belastung dort kompensieren, wo sie entsteht, nämlich mehr oder weniger auf der gleichen axialen Linie, auf der auch die Kolben angeordnet sind.

Hiermit ist besonders bevorzugt, daß die Einzelfedern unterschiedliche Federkonstanten aufweisen. Damit trägt man der Tatsache Rechnung, daß, wie oben ausgeführt, in Umfangsrichtung eine ungleichmäßige Kraftverteilung auf die Taumelscheibenanordnung wirkt. Dort, wo der Kolben kurz vor seinem oberen Totpunkt steht, ist die Gegenkraft am höchsten. Es reicht daher aus, dort auch die entsprechend starken Federn einzusetzen. Die übrigen Federn können dann schwächer sein. Sie dienen im Grunde genommen nur zu einer Stabilisierung der Taumelscheibenanordnung, d.h. sie sollen ein unbestimmtes Kippen verhindern.

Vorzugsweise ist mindestens eine Einzelfeder einen vorbestimmten Winkel vor dem oberen Totpunkt der Schrägscheibe angeordnet. Wie oben ausgeführt, ist dies der Punkt, wo die höchste Belastung zu erwarten ist. Wenn die Maschine in beiden Drehrichtungen betrieben werden soll, verwendet man zweckmäßigerweise zwei Einzelfedern.

Die Erfindung wird im folgenden anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels in Verbindung mit der Zeichnung beschrieben. Hierin zeigen:

Fig. 1: eine erste Ausgestaltung eines Verdichters und
Fig. 2: eine Ausgestaltung einer Taumelscheibenanordnung mit Federanordnung einer zweiten Ausführungsform und
Fig. 3: eine dritte Ausführungsform eines Verdichters.

Ein Kompressor 1 (Fig. 1) weist eine Antriebswelle 2 auf. Er wird deswegen auch als wellenbetriebener Kompressor bezeichnet. Die Antriebswelle 2 ist durch eine Wellendurchführung 3 in ein Gehäuse geführt, das aus einem Vorderteil 26, einem Mittelteil 27 und einem Hinterteil 28 besteht. Die Gehäuseteile 26, 27, 28 sind mit bekannten Mitteln, beispielsweise Gewindebolzen 29, in Axialrichtung miteinander verbunden.

Im Mittelteil 27 des Gehäuses sind in Umfangsrichtung verteilt mehrere Zylinder 10 angeordnet, von denen lediglich einer dargestellt ist. In jedem Zylinder 10 befindet sich ein Kolben 9, der in Axialrichtung hin-und herbewegbar ist.

Der Antrieb des Kolbens 9 bzw. der Kolben 9 erfolgt über eine Taumelscheibenanordnung 30. Die Taumelscheibenanordnung 30 weist eine Taumelscheibe 5 auf, die auf einer Schrägscheibe 4 drehbar gelagert ist. Hierzu sind Nadellager 6 oder andere reibungsvermindernde Lager zwischen der Taumelscheibe 5 und der Schrägscheibe 4 vorgesehen.

Die Taumelscheibe 5 ihrerseits ist über Gleitlager 7 mit dem Kolben 9 verbunden. Die Gleitlager 7 weisen halbkugelartige Gleitschuhe 8 auf, die vorne und hinten, d.h. axial von beiden Seiten an der Taumelscheibe anliegen. Die Gleitschuhe 8 sind in entsprechend negativ ausgebildeten Lagerschalen 31 aufgenommen, die wiederum im Kolben 9 befestigt sind.

Durch das Gleitlager 7 kann sich einerseits die Taumelscheibe 5 frei in Bezug zum Kolben 9 drehen. Andererseits kann sich aber auch die radiale Ausrichtung der Taumelscheibe 5 zu dem Kolben 9 ändern. Dies bedeutet beispielsweise, daß die Taumelscheibe 5 bei einer Änderung der Neigung der Schrägscheibe 4 radial weiter nach außen oder weiter nach innen in Bezug auf den Kolben 9 wirkt. In der dargestellten Position der Schrägscheibe 4 befindet sich die Taumelscheibe radial relativ weit außen. Wenn sich der Winkel zwischen der Schrägscheibe 4 und der Antriebswelle 2 vergrößert, zieht sich die Taumelscheibe 5 mit ihrer Gleitfläche entsprechend weiter radial nach innen zurück. Dadurch wird erreicht, daß die Kolben 9 immer mit einer Kraft beaufschlagt werden können, die im wesentlichen parallel zu ihrer Bewegungsrichtung angreift.

In an und für sich bekannter Weise weist der Zylinder 10 eine Saugventilöffnung 11 auf, über die ein Kühlmittel angesaugt werden kann. Ferner ist eine Druckventilöffnung 12 vorgesehen, über die komprimiertes Kältemittel aus dem Zylinder ausgegeben werden kann. Die Druckventilöffnung 12 kann durch ein Ventilelement 32 verschlossen werden. Entsprechende Ventile für die Saugventilöffnung 11 sind hier nicht dargestellt, aber bei Bedarf vorhanden.

Zum Antrieb der Schrägscheibe 4 ist eine Grundplatte 16 drehfest mit der Antriebswelle 2 verbunden. Mit der Grundplatte 16 ist ein Gelenkarm 13 drehfest verbunden. Bei einem Umlauf der Grundplatte 16 wird der Gelenkarm 13 also mitgenommen. Die Schrägscheibe 4 ist an einem Drehpunkt 14 mit dem Gelenkarm 13 verbunden, d.h. sie kann um diesen Drehpunkt 14 herum verschwenkt werden. Der Gelenkarm 13 ist seinerseits wieder über einen Drehpunkt 15 mit der Grundplatte 16 verbunden. Dadurch können beim Verschwenken der Schrägscheibe 4 gewisse Änderungen in der durch den Gelenkarm 13 gebildeten Hebelgeometrie in Radialrichtung aufgefangen werden. Der Schwenkpunkt der Schrägscheibe kann also in gewissen Grenzen wandern.

An der Grundplatte 16 ist ein Flansch 25 angeordnet und drehfest mit ihr verbunden. Auf der Antriebswelle 2 ist eine Druckplatte 18 in Axialrichtung verschiebbar angeordnet. Zwischen der Druckplatte 18 und dem Flansch 25 ist eine Druckfeder 17 angeordnet und eingespannt. Die Druckfeder 17 drückt die Druckplatte 18 nach vorne, d.h. nach links in der Figur, und schiebt damit die Schrägscheibe 4 ebenfalls in diese Richtung. Da die Schrägscheibe 4 über den Gelenkarm 13 mit der Grundplatte 16 verbunden ist, führt dies dazu, daß die Schrägscheibe eine geringe Neigung annimmt, so daß der Kolben 9 ein entsprechend kleinen Hub durchführt.

Die Schrägscheibe 4 ist hierzu nicht nur um ihren Schwenkpunkt verschwenkbar, sie dreht sich auch um einen Drehpunkt 19 einer Führungsanordnung 20, die gemeinsam mit der Druckplatte 18 auf der Antriebswelle 2 in Axialrichtung verschiebbar ist.

Die Druckplatte 18 weist eine Durchgangsöffnung 35 auf, durch die der Gelenkarm 13 geführt ist. Die Druckfeder 17 hat einen relativ großen Durchmesser, d.h. sie umgibt die Antriebswelle 2 koaxial und kann zusätzlich auch noch den Gelenkarm 13 außen umfassen. Dadurch wird eine Druckbeaufschlagung der Druckplatte 18 relativ weit außen möglich ohne daß die Funktion des Gelenkarms 13 durch die Druckfeder 17 beeinträchtigt wird. Entsprechend günstig wirkt sich das auf die Dimensionierung der Druckfeder 17 und die Baugröße des Kompressors 1 aus.

Die Druckfeder 17 umgibt die Welle 2 koaxial. Sie greift an der Druckplatte 18 relativ weit außen an, nämlich im Bereich ihres radialen Randes. Damit hat die Druckfeder 18 praktisch den größten Durchmesser, der möglich ist. Sie ist der Wand des Gehäuseinnenraums 33, die hier durch den Mittelteil 27 gebildet wird, benachbart. Selbstverständlich ist ein gewisser Abstand eingehalten, weil sich die Druckfeder 18 gemeinsam mit der Antriebswelle 2 dreht.

Die Druckfeder 17 bildet quasi einen Holzzylinder. Die Zylinderwand befindet sich auf der gleichen Umfangslinie, auf der auch die Kolben 9 angeordnet sind.

Die Druckplatte 18 weist einen Hals 36 auf, mit dem sie auf der Antriebswelle 2 gelagert ist. Der Hals 36 umgibt dabei die Antriebswelle und sorgt dafür, daß die Druckplatte 18 auch bei einer möglicherweise einseitigen Belastung ihre Ausrichtung senkrecht zur Antriebswelle 2 beibehält. Der Hals 36 der Druckplatte 18 wirkt gegen die Führungsanordnung 20 für die Schrägscheibe 4.

Aufgrund ihrer Ausbildung als Schraubenfeder, die an ihren beiden Stirnseiten abgeflacht ist, hat die Druckfeder 17 in Umfangsrichtung eine ungleichförmige Druckverteilung. Diese resultiert unter anderem daraus, daß die Endwindungen 37, 38 der Druckfeder 17 eine abnehmende Stärke aufweisen. Die Druckfeder 17 ist nun gegenüber der Andruckplatte 18 so ausgerichtet und festgehalten, beispielsweise durch einen Stift 39, daß sich der Winkelbereich mit der größten Kraft unter dem oberen Totpunkt der Schrägscheibe 4 befindet. Der obere Totpunkt ist der Punkt, an dem die Kolben 9 ihre größte Auslenkung und der Zylinder 10 sein kleinstes Volumen einnimmt. Kurz vor dieser Betriebsstellung übt nämlich das im Zylinder 10 eingeschlossene Gasvolumen den größten Gegendruck auf den Kolben und damit auch auf die Druckfeder 17 aus. Noch besser wäre es daher, wenn der Winkelbereich der Druckfeder 17 mit der größten Kraft etwas vor dem oberen Totpunkt angeordnet wäre. Im oberen Totpunkt hat sich nämlich der Zylinder 10 bereits wieder entleert, so daß die größten Kräfte kurz vor diesem oberen Totpunkt auftreten. Da man aber den Verdichter in vielen Fällen in beide Drehrichtungen betreiben möchte, reicht es aus, wenn die größte Gegenkraft unter dem oberen Totpunkt liegt.

Der Kolben 9 ist an seiner Mantelfläche mit einer Nut 21 versehen. In die Nut 21 ragt ein Stift 22 herein, der beispielsweise durch das Ende einer Schraube 23 gebildet ist, die radial von außen durch den Mittelteil 27 des Gehäuses eingeschraubt worden ist. Der Stift 22 bildet zusammen mit der Nut 21 eine Verdrehsicherung für den Kolben 9.

Der Kolben 9 wird bei seiner Hin- und Herbewegung ein Stück weit in einen Gehäuseinnenraum 33 herausgezogen. Es ist hierbei fast unausweislich, daß eine geringe Menge von insbesondere gasförmigem Kältemittel in den Gehäuseinnenraum 33 entweicht oder leckt. Dieser ständige Zustrom von Kältemittel führt zu einer Erhöhung des Drucks im Gehäuseinnenraum 33. Um diesen Druck abzulassen, ist eine Öffnung 24 vorgesehen, die mit einem schematisch dargestellten Ventil 34 verbunden ist. Mit Hilfe des Ventils 34 kann der Druck im Gehäuseinnenraum abgesenkt werden. Die andere Seite des Ventils kann beispielsweise mit der Saugventilöffnung 11 verbunden werden, so daß der Druck im Gehäuseinnenraum 33 maximal auf den Saugdruck des Kompressors abgesenkt werden kann.

Mit Hilfe des Drucks im Gehäuseinnenraum 33 kann nun beispielsweise die Schrägstellung der Schrägscheibe 4 und damit die Förderleistung des Kompressors 1 gesteuert werden. Wenn der Druck im Gehäuseinnenraum 33 genauso groß oder annähernd genauso groß ist, wie der Druck an der Druckventilöffnung, dann sind beide Enden des Kolbens 9 nahezu im Gleichgewicht. In diesem Fall wirken nur geringe Reaktionskräfte auf die Schrägscheibe 4, so daß die Druckfeder 17 die Schrägscheibe 4 in die in der Figur dargestellte Position bewegt. Wird hingegen der Druck im Gehäuseinnenraum 33 abgesenkt, wirken höhere Kräfte entgegen der Feder 17, so daß die Neigung der Schrägscheibe 4 vergrößert wird.

Der Kompressor arbeitet nun folgendermaßen:

Wenn die Antriebswelle 2 gedreht wird, dreht sie die Grundplatte 16 mit. Die Grundplatte 16 nimmt über den Gelenkarm 13 die Schrägscheibe 4 mit. Hierbei wird die Taumelscheibe 5 in eine taumelnde Bewegung versetzt, so daß der Kolben 9 hin- und herbewegt wird. Je nach dem, welcher Druck im Gehäuseinnenraum 33 herrscht, wird die Schrägscheibe 4 durch die entsprechenden Reaktionskräfte mehr oder weniger stark geneigt.

Durch die Änderung der Neigung der Schrägscheibe 4 ändert sich auch die Position der Taumelscheibe 5 zu dem Gleitlager 7, d.h. das Gleitlager 7 zwischen der Taumelscheibe 5 und dem Kolben 9 befindet sich radial mehr oder weniger außen auf der Taumelscheibe. Es stellt sich eine Position ein, an der die geringsten Kräfte auftreten.

Die Taumelscheibe 5 kann sich weiterhin frei in Bezug zu dem Kolben 9 drehen. Sie kann sich auch frei in Bezug zu der Schrägscheibe 4 drehen, so daß sich eine Drehzahl der Taumelscheibe 5 einstellen wird, bei der die auftretenden Reibungskräfte am niedrigsten sind. Auf diese Weise ist es möglich, daß der Kompressor 1 mit einem relativ guten Wirkungsgrad und einem relativ kleinen Verschleiß arbeitet. Die Kräfte auf den Kolben 9 beschränken sich praktisch ausschließlich auf die axiale Richtung, so daß ein Kippen des Kolbens 9 gegenüber dem Zylinder 10 vermieden wird. Hierdurch bleibt der Verschleiß klein und die Dichtigkeit des Kompressors 1 entsprechend groß.

Fig. 2 zeigt eine Antriebswelle 2 mit Taumelscheibenanordnung, bei der sich lediglich die Ausbildung der Federanordnung geändert hat. Die übrigen Teile entsprechen denen der Fig. 1. Sie sind deswegen mit gleichen Bezugszeichen versehen.

Anstelle der einen Druckfeder 17 sind nun drei Einzelfedern 41, 42, 43 vorgesehen, die ebenfalls als Druckfedern ausgebildet sind und zwischen dem Flansch 25 und der Druckplatte 18 angeordnet sind. Die Druckfedern 41-43 sind ebenfalls so angeordnet, daß sie möglichst weit radial außen angreifen, d.h. im Bereich des Randes der Druckplatte 18. Die Federn 41-43 sind hierbei auf einem Kreis angeordnet. Dies ist zwar vorteilhaft, jedoch nicht zwingend. Auch bilden die Federn im vorliegenden Fall ein gleichschenkliges Dreieck, dessen Basis durch die Federn 41, 42 begrenzt ist. Auch diese Ausgestaltung ist vorteilhaft, aber nicht zwingend.

Die Feder 43 hat eine schwächere Federkonstante als die beiden anderen Federn 41, 42, die dem Gelenkarm 13 benachbart angeordnet sind. Der Gelenkarm 13 befindet sich an der Stelle, wo die Schrägscheibe 4 ihren oberen Totpunkt hat. Die Federn 41, 42 befinden sich einen vorbestimmten Winkel vor bzw. nach diesem oberen Totpunkt, d.h. genau an der Stelle, wo das im Zylinder 10 komprimierte Gas seinen größten Widerstand entwickelt, bevor es aus dem Zylinder 10 entweichen kann. Im Grunde genommen wäre nur eine der beiden Federn 41, 42 notwendig. Die andere der beiden Federn 42, 41 ist aber vorgesehen, damit man den Verdichter in beide Drehrichtungen betreiben kann. Die dritte Feder 43 dient im Grunde genommen lediglich zur Stabilisierung, um zu verhindern, daß die Druckplatte 18 kippt.

Auch mit den drei Einzelfedern läßt sich eine größere Federkraft erzeugen als mit der bekannten einzelnen Feder, die um die Antriebswelle 2 herum angeordnet ist. Unabhängig davon also, ob die Federanordnung durch eine Druckfeder 17 gebildet, die die Antriebswelle 2 mit einem möglichst großen Radius umgibt, oder ob sie durch Einzelfedern 41-43 gebildet ist, kann man auf diese Weise einen Verdichter mit hohem Druck betreiben, ohne daß die Baugröße nennenswert erhöht werden muß.

Fig. 3 zeigt eine dritte Ausgestaltung eines Verdichters, die im wesentlichen der von Fig. 1 entspricht.

Im Unterschied zu der Ausführungsform nach Fig. 1 erfolgt der Antrieb der Kolben 9' im vorliegenden Fall aber über Kolbenstangen 50, die über ein Kugelgelenk 51 mit der Taumelscheibe 5 verbunden sind. Das Kugelgelenk 51 läßt lediglich eine Schwenkbewegung der Kolbenstange 50 relativ zur Taumelscheibe 5 zu. Eine andere Bewegung ist nicht möglich. Die Taumelscheibe 5 kann sich also weder in Umfangsrichtung noch in Radialrichtung relativ zu dem Kugelgelenk 51 bewegen. Dementsprechend muß die Drehzahldifferenz zwischen den stillstehenden Kolben 9' und der rotierenden Welle 2 vollständig von den Lagern 6 zwischen der Schrägscheibe 4 und der Taumelscheibe 5 aufgenommen werden.

Änderungen in der Antriebsgeometrie, die sich beispielsweise bei einer Veränderung des Neigungswinkels der Schrägscheibe 4 ergeben, werden durch einen anderen Winkel der Kolbenstange 50 ausgeglichen. Dies ist möglich, weil auch am Kolben ein Kugelgelenk 52 angeordnet ist, über das die Kolbenstange 50 mit dem Kolben 9' verbunden ist. Eine Änderung der Neigung der Kolbenstange 50 führt also nicht zwangsläufig zu einer Verschlechterung der Antriebsgeometrie des Kolbens 9' in seinem Zylinder 10.

Aufgrund der auf den Rand der Druckplatte 18 wirkenden Druckfeder 17 bewirken auch kleinere Schrägstellungen der Kolbenstange 50 keine Probleme.

Claims

Verdichter (1) mit mindestens einem in einem Zylinder (10) bewegbaren Kolben (9), einer Antriebswelle (2) und einer Taumelscheibenanordnung (4, 5) zwischen dem Kolben (9) und der Antriebswelle (2), die eine Schrägscheibe (4) mit veränderbarem Neigungswinkel aufweist, und mit einer Federanordnung (17; 41-43), die auf die Taumelscheibenanordnung in Richtung einer minimalen Verdrängung wirkt, dadurch gekennzeichnet, daß die Federanordnung (17; 41-43) an radialen Rand einer Druckplatte (18) angreift, welche auf die Taumelscheibenanordnung (4, 5) wirkt.
Verdichter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Federanordnung (17; 41-43) einer Wand benachbart angeordnet ist, die einen Innenraum (33) des Verdichters umgibt.
Verdichter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Federanordnung (17; 41-43) im wesentlichen auf dem gleichen Radius angeordnet ist wie der Kolben (9).
Verdichter nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Federanordnung (17; 41-43) zwischen der Taumelscheibenanordnung und einer drehbar gelagerten Basisplatte (25) eingespannt ist.
Verdichter nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Federanordnung (17; 41-43) radial außerhalb eines Verstellmechanismus (13-15) für den Neigungswinkel der Schrägscheibe (4) angeordnet ist.
Verdichter nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Taumelscheibenanordnung eine Druckplatte (18) aufweist, an der die Federanordnung (17; 41-43) anliegt.
Verdichter nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Verstellmechanismus (13) durch eine Öffnung (35) in der Druckplatte (18) hindurch geführt ist.
Verdichter nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckplatte (18) einen Hals (36) aufweist, der die Antriebswelle umgibt und der an einer auf der Antriebswelle (2) axial verschiebbaren Lageranordnung (20) der Schrägscheibe (4) anliegt.
Verdichter nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Taumelscheibenanordnung eine sowohl gegenüber der Schrägscheibe (4) als auch gegenüber dem Kolben (9) drehbare Taumelscheibe (5) aufweist.
Verdichter nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Taumelscheibe (5) gegenüber der Schrägscheibe (4) radial innerhalb oder im Bereich des Verstellmechanismus (13) abgestützt ist.
Verdichter nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Federanordnung ein koaxial um die Antriebswelle (2) herum angeordnete Feder (17) aufweist.
Verdichter nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Feder (17) in Umfangsrichtung eine ungleichförmige Druckverteilung aufweist und eine Verdrehsicherungs- und Positioniereinrichtung (39) vorgesehen ist, die den Bereich mit dem höchsten Druck im Bereich des oberen Totpunkts der Schrägscheibe (4) fixiert.
Verdichter nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Federanordnung mehrere Einzelfedern (41-43) aufweist, die in einem Streifen mit vorbestimmtem Abstand um die Antriebswelle herum angeordnet sind.
Verdichter nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Einzelfedern (41-43) unterschiedliche Federkonstanten aufweisen.
Verdichter nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine Einzelfeder (41, 42) einen vorbestimmten Winkel vor dem oberen Totpunkt der Schrägscheibe (4) angeordnet ist.