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Dokumentenidentifikation DE19527675C2 15.01.1998
Titel Kältemittelkompressor mit einfach wirkenden Kolben und Dämpfungseinrichtungen für Schwankungen des Anlaßdruckes
Anmelder Kabushiki Kaisha Toyoda Jidoshokki Seisakusho, Kariya, Aichi, JP
Erfinder Ota, Masaki, Kariya, Aichi, JP;
Hibino, Soukichi, Kariya, Aichi, JP;
Kobayashi, Hisakazu, Kariya, Aichi, JP
Vertreter Grießbach und Kollegen, 70182 Stuttgart
DE-Anmeldedatum 28.07.1995
DE-Aktenzeichen 19527675
Offenlegungstag 01.02.1996
Veröffentlichungstag der Patenterteilung 15.01.1998
Veröffentlichungstag im Patentblatt 15.01.1998
IPC-Hauptklasse F04B 39/12
IPC-Nebenklasse F04B 27/16   

Beschreibung[de]

Die vorliegende Erfindung betrifft einen mit variabler Förderleistung arbeitenden Kältemittelkompressor gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Insbesondere befaßt sich die Erfindung mit einem mit variabler Förderleistung arbeitenden Kältemittelkompressor mit einfach wirkenden Kolben und mit integrierten Dämpfungseinrichtungen zum Unterdrücken eines Pulsierens des Auslaßdruckes eines komprimierten Kältemittels sowie mit einem Förderleistungsregelventil.

Die US-Patentschrift 4 610 604 beschreibt einen Kompressor mit doppelt wirkenden Kolben, der eine Dämpfungsvorrichtung aufweist, um das Pulsieren des Auslaßdruckes des gasförmigen Kältemittels abzuschwächen. Bei dem bekannten Kompressor ist ein Verbindungsflansch an einem radialen Wandbereich befestigt, der in radialer Richtung nach außen von dem zentralen Teil des Kompressorgehäuses absteht, um dort eine Dämpfungskammer zu definieren, die ein erhebliches Volumen aufweist, um auf diese Weise das Pulsieren des Auslaßdruckes des gasförmigen Kältemittels am Auslaß des Kompressors zu dämpfen.

Aus der deutschen Patentschrift 37 11 979 und aus der deutschen Offenlegungsschrift 40 19 027 sind Kältemittelkompressoren gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 bekannt, die jedoch keine Dämpfungskammer umfassen. Vielmehr ist bei diesen bekannten Kältemittelkompressoren die Auslaßkammer durch eine Auslaßöffnung direkt mit einem externen Kältemittelkreislauf verbunden.

Aus der deutschen Patentschrift 34 07 321 ist ein Kältmittelkompressor bekannt, bei dem das Kältemittel über die Auslaßkammer und Auslaßkanäle in Auslaßdämpfungskammern eintritt, bevor es in den externen Kältemittelkreislauf zurückströmt. Dieser Kältemittelkompressor weist jedoch eine Taumelscheibe auf, deren Neigungswinkel bezüglich einer zur Drehachse seiner Antriebswelle senkrechten Ebene unveränderlich ist. Daher ist der Hub der Kolben dieses Kompressors konstant, so daß dessen Förderleistung nicht einer variierenden Kühllast angepaßt werden kann.

Andererseits sind bei Kältemittelkompressoren mit einfach wirkenden Kolben und mit einem Taumelscheiben- bzw. Taumelplattenantriebsmechanismus für die Kolben eine Gaseinlaßöffnung und eine Gasauslaßöffnung des Kompressors im allgemeinen in dem hinteren Gehäuse des Kompressors angeordnet, um mit einem externen Kühlsystem verbunden zu werden. Dies liegt daran, daß bei einem Kältemittelkompressor mit einfach wirkenden Kolben, da die Kompression des Kältemittels nur jeweils mit einem Kolbenkopf der einzelnen Kolben erfolgt, die Anzahl der in den Zylinderblock eingebauten Kolben notwendigerweise größer sein muß als bei Kompressoren mit doppelt wirkenden Kolben, um eine vergleichbare Menge an komprimiertem gasförmigen Kältemittel abgeben zu können. Der Zylinderblock eines Kompressors mit einfach wirkenden Kolben ist also mit einer größeren Zahl von darin vorgesehenen Zylinderbohrungen versehen als bei einem Kompressor mit doppelt wirkenden Kolben, und folglich kann der Zylinderblock eines Kompressors mit einfach wirkenden Kolben nicht so ausgebildet werden, daß er zusätzlich ein oder mehrere Fluidkanäle enthält. Somit könnte ein Kompressor mit einfach wirkenden Kolben auch keine integrierten Dämpfungseinrichtungen enthalten, um das Pulsieren des Auslaßdruckes des komprimierten gasförmigen Kältemittels zu unterdrücken, und die Dämpfungseinrichtungen müßten direkt im Inneren des hinteren Gehäuses angeordnet werden. Ferner wäre das Förderleistungsregelventil zur Regelung des Druckes in der Kurbelkammer bei vielen Kompressoren mit einfach wirkenden Kolben, die ein solches Ventil aufweisen, ebenfalls in dem hinteren Gehäuse vorzusehen. Somit führte das hintere Gehäuse mit den darin untergebrachten Dämpfungseinrichtungen und dem ebenfalls darin untergebrachten Förderleistungsregelventil dazu, daß die Gesamtgröße und das Gesamtvolumen des Kompressors erheblich zunehmen würden, so daß es schwierig wäre, einen derart großen bzw. vergrößerten Kompressor in die Klimaanlage eines kompakten Kraftfahrzeugs einzubauen. Außerdem muß ein Kompressor mit einfach wirkenden Kolben bisher unvermeidlich im Bereich seines hinteren Endes mit einer Auslaßöffnung für das komprimierte Kältemittel versehen werden, so daß bei Montage des Kompressors im Motorraum eines Kraftfahrzeugs die im hinteren Teil des Kompressors vorgesehene Auslaßöffnung häufig nicht das Anbringen von Rohren und Schläuchen für das Kältemittel in geeigneter Weise im Motorraum des Kraftfahrzeugs gestattet. Dies ist aus der Sicht der Herstellung und des Zusammenbaus von Kraftfahrzeugen sehr unbequem.

Ausgehend vom Stand der Technik und der vorstehend aufgezeigten Problematik liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, die Nachteile der konventionellen Kältemittelkompressoren mit einfach wirkenden Kolben zu vermeiden und verbesserte Einrichtungen zum Unterdrücken des Pulsierens des Auslaßdruckes von Kältemittelkompressoren anzugeben, welche nicht zu einer Zunahme der Größe des Kompressors führen, und zwar speziell, jedoch nicht ausschließlich für Kältemittelkompressoren mit einfach wirkenden Kolben.

Weiterhin wird gemäß der Erfindung angestrebt, einen mit variabler Förderleistung arbeitenden Kältemittelkompressor mit einfach wirkenden Kolben anzugeben, der eine Gehäuseanordnung aufweist, in die ein Kältemittel-Kompressionsmechanismus, Einrichtungen zum Unterdrücken des Pulsierens des Auslaßdruckes und ein Förderleistungsregelventil integriert sind.

Gemäß der Erfindung wird die gestellte Aufgabe durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.

Vorzugsweise ist die Dämpfungskammer zum Unterdrücken des Pulsierens des Auslaßdruckes dabei so ausgebildet, daß sie sich intern sowohl in den Zylinderblock als auch in das vordere Gehäuse der Gehäuseanordnung erstreckt.

Weiterhin kann das erwähnte Taumelscheibenelement entweder ein Taumelplattenelement sein, welches aus einer Anordnung aus einer sich drehenden Taumelplatte und einer sich nicht drehenden Taumelscheibe besteht, die mit den einzelnen hin und her beweglichen Kolben über Verbindungsstangen verbunden ist, oder aus einer sich drehenden Taumelscheibe, die direkt mit den hin und her beweglichen Kolben über Schuhe zum Umwandeln einer Drehbewegung in eine Hin- und Herbewegung verbunden ist.

Das unter einem hohen Druck stehende komprimierte Kältemittel, welches aus den einzelnen Zylinderbohrungen in Richtung auf die Auslaßkammer ausgestoßen wird, wird derart in die Dämpfungskammer eingeleitet, daß das Pulsieren des Auslaßdruckes des komprimierten Kältemittels dadurch ausreichend gedämpft bzw. abgeschwächt wird, daß die Dämpfungskammer eine Expansions- und Dämpfungsfunktion ausübt. Das komprimierte Kältemittel wird dann über die Auslaßöffnung des Kompressors an das externe Kühlsystem geliefert.

Während des Betriebes des Kompressors erhöht das Förderleistungsregelventil, welches von der Dämpfungskammer aufgenommen wird, dann wenn die Wärmebelastung und die Förderleistung des Kompressors verringert werden, die Menge des komprimierten Kältemittels, welches durch den Gaszuführkanal aus der Dämpfungskammer in die Kurbelkammer geleitet wird.

Gemäß der vorstehend angesprochenen Ausgestaltung des mit variabler Förderleistung arbeitenden Kältemittelkompressors wird die Dämpfungskammer so ausgebildet, daß sie sich intern durch den Zylinderblock und das vordere Gehäuse erstreckt, und so, daß sie das Förderleistungsregelventil als integralen Bestandteil aufnimmt. Das hintere Gehäuse kann folglich einfach gestaltet und klein sein, was zu einer Reduzierung der Gesamtgröße und der gesamten axialen Länge des Kompressors führt. Ferner kann das Pulsieren des Auslaßdruckes des komprimierten Kältemittels während des Betriebes des Kompressors hinreichend unterdrückt werden. Weiterhin eröffnet sich die Möglichkeit für eine flexible Ausgestaltung der Anordnung von Rohren und Schläuchen für das Kältemittel beim Einbau des Kompressors im Motorraum eines Kraftfahrzeugs, da die Auslaßöffnung für das komprimierte Kältemittel in einem zentralen Teil des Kompressors vorgesehen werden kann.

Wenn die einen Bestandteil der Gehäuseanordnung bildende Dämpfungskammer derart ausgebildet wird, daß sie sich intern durch das vordere Gehäuse und den Zylinderblock erstreckt, kann das Volumen der Dämpfungskammer ausreichend groß sein, um das Pulsieren des Auslaßdruckes des komprimierten Kältemittels zu dämpfen. Folglich wird ein durch den Betrieb des Kompressors verursachtes Geräusch wirksam reduziert.

Wenn die Dämpfungskammer mit einer darin ausgebildeten Ölkammer in Form einer Vertiefung zur Aufnahme von Schmieröl ausgebildet wird und wenn der Gaszuführkanal ein offenes Ende aufweist, welches in der vertieften Ölkammer angeordnet ist, dann wird das Schmieröl, welches durch Nutzung der unterschiedlichen spezifischen Gewichte des Kältemittels einerseits und des darin suspendierten Schmieröls andererseits abgeschieden und in der vertieften Ölkammer gesammelt wird, während des Regelbetriebes des Förderleistungsregelventils der Kurbelkammer zugeführt. Daher schmiert das Schmieröl die beweglichen und gleitverschieblichen Elemente in der Kurbelkammer des Kompressors selbst dann, wenn die Förderleistung des Kompressors derart reduziert wird, daß die Menge des durch das Kühlsystem zirkulierenden Kältemittels ebenfalls gering ist.

Die vorliegende Erfindung wird nachstehend anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen noch näher erläutert werden. Es zeigen:

Fig. 1 einen Längsschnitt durch einen mit variabler Förderleistung arbeitenden Kältemittelkompressor mit einfach wirkenden Kolben gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;

Fig. 2 einen Teilquerschnitt durch den Kompressor gemäß Fig. 1, wobei eine in der Gehäuseanordnung des Kompressors vorgesehene Dämpfungskammer dargestellt ist; und

Fig. 3 einen Längsschnitt durch ein Förderleistungsregelventil, welches für den Einbau in den Kompressor gemäß Fig. 1 geeignet ist.

Im einzelnen zeigen

Fig. 1 und 2 einen Kältemittelkompressor mit variabler Förderleistung und mit einem einfach wirkenden Kolben, wobei der Kompressor eine Gehäuseanordnung aufweist die umfaßt: Einen Zylinderblock 1, der als ein im wesentlichen zylindrisches Element mit einem vorderen und einem hinteren stirnseitigen Ende ausgebildet ist, ein vorderes Gehäuse 2, welches dichtend an dem vorderen stirnseitigen Ende des Zylinderblockes 1 befestigt ist und dieses verschließt, und ein hinteres Gehäuse 3, welches an dem hinteren stirnseitigen Ende des Zylinderblockes 1 unter Einfügung einer Ventilplatte 4 befestigt ist und dieses stirnseitige Ende schließt. Das vordere Gehäuse 2, der Zylinderblock 1 und das hintere Gehäuse 3 sind in axialer Richtung mittels mehrerer langer Schraubbolzen 21 (von denen in Fig. 1 typischerweise nur einer gezeigt ist) miteinander verbunden.

Der Zylinderblock 1 und das vordere Gehäuse der Gehäuseanordnung definieren eine Kurbelkammer 5, in der bewegliche und gleitverschiebliche Elemente vorgesehen sind. Im einzelnen wird eine axial verlaufende Antriebswelle 6 durch das vordere Gehäuse 2 und den Zylinderblock 1 mittels eines reibungsarmen vorderen Lagers 7a und mittels reibungsarmer hinterer Lager 7b drehbar gehaltert und erstreckt sich in axialer Richtung durch die Kurbelkammer 5. Das vordere Ende der Antriebswelle 6 steht nach außen über das vordere Lager 7a vor, so daß an die Antriebswelle 6 von außen eine Antriebskraft angelegt werden kann, beispielsweise eine Antriebskraft, die von einem Kraftfahrzeugmotor erzeugt und über eine Magnetkupplung und einen Getriebemechanismus auf die Antriebswelle 6 übertragen wird. Die Antriebswelle 6 wird mit Hilfe einer Wellendichtung 7c abgedichtet, die angrenzend an das vordere Lager 7a angeordnet ist.

Der Zylinderblock 1 ist mit mehreren darin ausgebildeten Zylinderbohrungen 8 versehen, die rings um die Drehachse der Antriebswelle 6 angeordnet sind. Jede der Zylinderbohrungen 8 des Zylinderblockes 1 nimmt einen einfach wirkenden hin und her beweglichen Kolben 9 auf, mit dessen Hilfe ein gasförmiges Kältemittel komprimiert werden kann.

In der Kurbelkammer 5 ist auf der Antriebswelle 6 ein Rotor drehfest montiert und wird in axialer Richtung durch ein Drucklager 11 abgestützt, welches an der Innenwand des äußeren Gehäuses 2 anliegt. Angrenzend an die Rückseite des Rotors 10 ist eine die Antriebswelle 6 umgebende Taumelscheibe 12 montiert, die mit dem Rotor 10 in weiter unten noch näher zu beschreibender Weise in Antriebsverbindung steht. Die Taumelscheibe 12 wird durch eine zwischen dem Rotor 10 und der Taumelscheibe 12 angeordnete Feder ständig mit einer nach hinten gerichteten Federkraft beaufschlagt.

Die Taumelscheibe 12 ist mit glatten Gleitflächen 12 a versehen, die in den Randbereichen der Vorderseite und der Rückseite der Taumelscheibe vorgesehen sind und sich in Umfangsrichtung derselben erstrecken und mit halbkugelförmigen Schuhen 14 zusammenwirken, die konvexe sphärische Flächen haben, die gleitend in Eingriff mit sphärischen Aussparungen an den Enden der einzelnen Kolben 9 stehen.

Die Taumelscheibe 12 ist außerdem mit einem Paar von Bügeln 12b versehen, die in der Mitte ihrer Vorderseite ausgebildet sind und sich in Richtung auf den Rotor 10 erstrecken. Die Bügel 12b sind derart angeordnet, daß der obere Totpunkt T der Taumelscheibe 12, in dem die einzelnen Kolben 9 in ihre obere Totpunktposition gedrückt werden, in Umfangsrichtung zwischen den beiden Bügeln 12b liegt. Die beiden Bügel 12 b haltern jeweils fest das eine Ende eines Führungszapfens 12c, dessen anderes Ende mit einem Kugelelement 12d versehen ist, das in weiter unten noch zu beschreibender Weise in Eingriff mit Armen 17 des Rotors 10 steht. Die beiden Bügel 12b, die Führungszapfen 12c und die Kugelelemente bzw. Kugeln 12d bilden einen Teil eines Gelenkmechanismus K, der als Umwandlungseinheit wirkt, die zwischen dem Rotor 10 und den einfach wirkenden Kolben 9 angeordnet ist und der Umwandlung einer Drehbewegung in eine Hin- und Herbewegung dient. Die Taumelscheibe 12 ist mit einer durchgehenden Mittelöffnung 20 versehen, die von der Antriebswelle 6 durchgriffen wird, und kann folglich ihren Neigungswinkel bezüglich einer Ebene ändern, welche senkrecht zur Drehachse der Antriebswelle 6 verläuft. Die Taumelscheibe 12 ist ferner mit einem Gewicht 15 versehen, welches mit ihrer Vorderseite in einer solchen Position vernietet ist, daß es als unterer Totpunkt der Taumelscheibe 12 wirkt. Die Bewegung der Taumelscheibe 12 in Richtung auf eine Vergrößerung ihres Neigungswinkels wird dann beendet, wenn das vorderste Ende 12e der Taumelscheibe 12 am hintersten Ende 12a des Rotors 10 anschlägt. Die Abnahme des Neigungswinkels der Taumelscheibe 12 wird beendet, wenn sich die Taumelscheibe 12 mit einer zentralen Aussparung in ihrer Rückseite an einem ringförmigen Clip 22 abstützt, der auf der Antriebswelle 6 in einer vorgegebenen Position fest montiert ist.

Der Rotor 10 ist mit zwei Stützarmen 17 versehen, die von einem Bereich seiner Rückseite in Richtung auf die Kugel 12d der Führungszapfen 12c abstehen. Die beiden Stützarme 17 sind jeweils mit einer Führungsöffnung 17a zur Aufnahme der Kugel 12d des zugeordneten Führungszapfens 12c versehen. Die Führungsöffnung 17a jedes Stützarms 17 erstreckt sich in Richtung auf die Drehachse der Antriebswelle 6 und verläuft parallel zu einer Ebene, die durch den oberen Totpunkt T der Taumelscheibe 12 und die Drehachse der Antriebswelle 6 definiert ist. Die Führungsöffnungen 17a nehmen jeweils die Kugel 12d des zugeordneten Führungszapfens 12c auf, wobei die Achsen der Führungsöffnungen 17a derart ausgerichtet sind, daß der obere Totpunkt der einzelnen Kolben 9 unabhängig von einer Änderung des Neigungswinkels der Taumelscheibe 12 unverändert beibehalten wird.

Das hintere Gehäuse 3 ist mit einer zentral vorgesehenen Ansaugkammer 30 versehen sowie mit einer Auslaßkammer 31, die derart ausgebildet ist, daß sie die Ansaugkammer 30 umgibt. Die Ventilplatte 4 ist mit mehreren Ansaugöffnungen 32 und mehreren Auslaßöffnungen 33 versehen, die derart angeordnet sind, daß sie mit den Zylinderbohrungen 8 des Zylinderblockes 1 fluchten. Somit können die Kompressionskammern in den einzelnen Zylinderbohrungen 8, die jeweils zwischen dem Kopf des betreffenden Kolbens 9 und der Ventilplatte 4 definiert sind mit der Ansaugkammer 30 über die betreffenden Ansaugöffnungen 32 und mit der Auslaßkammer 31 über die betreffenden Auslaßöffnungen 33 kommunizieren. Die Ansaugöffnungen 32 und die Auslaßöffnungen 33 können durch Ansaugventilelemente und Auslaßventilelemente (in Fig. 1 nicht gezeigt) geschlossen werden, die an den einander gegenüberliegenden Hauptflächen der Ventilplatte 4 befestigt sind.

Ein Gasabführkanal 35 mit einem darin vorgesehenen Drosselbereich ist derart angeordnet, daß er sich beispielsweise durch den Zylinderblock 1 hindurch erstreckt, um eine Fluidverbindung zwischen einem die Ansaugkammer 30 umfassenden Ansaugbereich und der Kurbelkammer 5 herzustellen.

Gemäß der Erfindung ist in der Gehäuseanordnung eine Dämpfungskammer 90 zum Unterdrücken des Pulsierens des Auslaßdruckes des komprimierten gasförmigen Kältemittels während des Arbeitens des Kompressors vorgesehen. Im einzelnen ist die Dämpfungskammer 90 in einem abstehenden Teil 1a des Zylinderblockes 1 und einem entsprechenden vorspringenden bzw. abstehenden Teil 2a des vorderen Gehäuses 2 derart ausgebildet, daß sie ein erhebliches Volumen aufweist, welches ausreicht, um die Druckschwankungen in dem darin befindlichen Gas zu schwächen. Die Dämpfungskammer 90 steht über einen Verbindungskanal 91, der durch den Zylinderblock 1 verläuft, mit der Auslaßkammer 31 in Verbindung. Die Dämpfungskammer 90 steht außerdem mit einem externen Kühlsystem über eine Liefer- bzw. Ablaßöffnung 92 in Verbindung, die in einem Bereich des vorspringenden Teils 1a des Zylinderblockes 1 vorgesehen ist, um einen Schlauchverbinder (nicht gezeigt) aufzunehmen. Die Ablaßöffnung 92 ist so angeordnet, daß sie im wesentlichen radial zur Drehachse der Antriebswelle 6 verläuft. Der abstehende Teil 1 a des Zylinderblockes 1 ist außerdem mit einer Ventilaufnahmekammer 93 in Form einer Bohrung versehen, die von einem zylindrischen Wandbereich 94 umgeben ist und sich senkrecht zur Längsachse der Gehäuseanordnung des Kompressors, d. h. zur Drehachse der Antriebswelle 6 erstreckt. Die Ventilaufnahmekammer 93 nimmt ein Förderleistungsregelventil 50 auf. Die Dämpfungskammer 90 kommuniziert mit der Kurbelkammer 5 über einen Gaszuführkanal 95, der sich durch einen Teil der Ventilaufnahmekammer 93 hindurch erstreckt, die ein inneres Ende aufweist, welches mit einem Ölaufnahmereservoir 96 (Fig. 2) kommuniziert, das in Form einer Aussparung in der Dämpfungskammer 90 ausgebildet ist. Ein Kanal 97 ist derart angeordnet, daß er sich durch den Zylinderblock 1 und das hintere Gehäuse 3 hindurch erstreckt, um ein Kommunizieren der Ventilaufnahmekammer 93 mit einer Einlaßöffnung 34 im hinteren Gehäuse 3 zu gestatten. Der Kanal 97 leitet den Ansaugdruck des gasförmigen Kältemittels zu dem Förderleistungsregelventil 50weiter, wenn das gasförmige Kältemittel von einem externen Kühlsystem über die Einlaßöffnung 34 in die Ansaugkammer 30 gesaugt wird. Im einzelnen steht der Kanal 97 in Fluidverbindung mit einer von mehreren Drucksensoröffnungen, die für das Förderleistungsregelventil 50 vorgesehen sind, mit dem außerdem der oben angesprochene Gaszuführkanal 95 über eine weitere Drucksensoröffnung in Fluidverbindung steht.

Wie am besten aus Fig. 3 deutlich wird, besitzt das Förderleistungsregelventil 50 einen Ventilkörper 51, einen Zylinder 52 und eine Drucksensormembran 53, die zwischen dem Ventilkörper 51 und dem Zylinder 52 angeordnet und mit Hilfe von Halteelementen 54 gehaltert ist. Der Zylinder 52 besitzt ein offenes Ende, welches durch einen Deckel 55 geschlossen ist, der ein mit einem Außengewinde versehenes Teilstück aufweist, welches mit einem Innengewinde des Zylinders 52 verschraubt ist. Der Zylinder 52, der Deckel 55, die Membran 53 und eines der Halteelemente 54 definieren eine Atmosphärendruckkammer 70. Der Zylinder 52 ist mit einer Luftöffnung 52a versehen, welche mit der Atmosphärendruckkammer 70 über ein Rückschlagventil kommuniziert, welches zwischen dem Innengewinde des Zylinders 52 und dem Außengewinde des Deckels 55 angeordnet ist. Praktisch wird das Innere der Atmosphärendruckkammer 70 konstant auf Atmosphärendruck bzw. auf dem Druckpegel der Umgebung gehalten. Ein metallisches Sicherungselement 57 ist in der Atmosphärendruckkammer positioniert, und zwischen dem Deckel 55 und dem metallischen Sicherungselement 57 ist eine Feder 56 derart angeordnet, daß durch sie eine vorgegebene Federkraft auf das metallische Sicherungselement 57 ausgeübt wird, welches über eine Kugel 58 und eine ringförmige Sicherungsplatte indirekt in Kontakt mit der Membran 53 steht.

Der Ventilkörper 51 ist ferner mit einer Ansaugdruckkammer 71 versehen, die zwischen der Membran 53 und dem anderen Halteelement 54 definiert ist, nämlich dem unteren Halteelement 54 in Fig. 3. Die Ansaugdruckkammer 71 kommuniziert mit dem oben erwähnten Kanal 97 zum Detektieren des Ansaugdruckes über eine Öffnung 71 a. Folglich herrscht in der Ansaugdruckkammer 71, welche einen becherförmigen Halter 61 aufnimmt, der so angeordnet ist, daß er in Kontakt mit der Membran 53 steht, der Ansaugdruck des gasförmigen Kältemittels. Zwischen dem becherförmigen Halter 61 und dem Boden der Ansaugdruckkammer 71 ist eine Feder 62 angeordnet, um auf den becherförmigen Halter 61 eine vorgegebene Federkraft auszuüben. Eine Stange 63 ist mit ihrem einen Ende fest mit dem becherförmigen Halter 61 verbunden und so angeordnet, daß sie in dem Ventilkörper 51 in axialer Richtung gleitverschieblich ist. Das andere Ende der Stange 63 ist mit einer fest daran angebrachten Ventilkugel 65 versehen.

Der Ventilkörper 51 ist ferner mit einer Auslaßdruckkammer 72 versehen, die in einer Position angeordnet ist, in der sie der oben erwähnten Ansaugdruckkammer 71 axial gegenüberliegt, wobei die Auslaßdruckkammer als zylindrische Kammer ausgebildet ist, die in den unteren Teil des Ventilkörpers 51 hineingebohrt ist. Der untere Teil des Ventilkörpers 51 ist mit einem Ventilsitz 72b versehen, der am inneren Ende der Auslaßdruckkammer 72 angeordnet ist, deren äußeres Ende als ein offenes Ende ausgebildet ist, welches durch eine Kappe 60 verschlossen ist, die mit einem Außengewinde des unteren Teils des Ventilkörpers 51 verschraubt ist. Der Ventilsitz 72 b ist so angeordnet, daß die Ventilkugel 65 sich daran anlegen kann, um dadurch eine zentrale Ventilöffnung 72c zu schließen, die von dem Ventilsitz 72b umgeben ist, wobei die Ventilkugel 65 von dem Sitz 72b abgehoben werden kann, um die zentrale Ventilöffnung 72c freizugeben.

Die erwähnte Kappe 60 ist mit einer Öffnung in Form einer zentralen Bohrung 72a versehen, die über die Ventilaufnahmekammer 93 in Fluidverbindung mit der Dämpfungskammer 90 steht. Somit wird der Auslaßdruckkammer 72 über die zentrale Bohrung 72a der Auslaßdruck des gasförmigen Kältemittels zugeführt. In der Kammer 72 herrscht somit ständig der Auslaßdruck. Ein metallischer Halter 66 ist in der Auslaßdruckkammer 72 in einer Position angeordnet, in der der Halter 66 in Kontakt mit der Ventilkugel 65 steht; und eine Feder 67 ist zwischen dem inneren Ende der Kappe 60 und dem metallischen Halter 66 derart angeordnet, daß sie über den metallischen Halter 66 eine vorgegebene Federkraft auf die Ventilkugel ausübt. Die Kappe 60 ist mit einem Filter- bzw. Siebelement 60a abgedeckt.

Der Ventilkörper 51 ist außerdem in seinem axial mittleren Teil mit einer seitlichen Öffnung 73a versehen, um mit dem oben erwähnten Gaszuführkanal 95 zu kommunizieren. Die seitliche Öffnung 73a kann mit der Auslaßdruckkammer 72 über die zentrale Bohrung 72c kommunizieren.

Der mit variabler Förderleistung und einfach wirkenden Kolben arbeitende Kältemittelkompressor mit der vorstehend beschriebenen Konstruktion und Ausgestaltung wird derart mit einem Kältemittel gefüllt, daß der Innendruck im Kompressor höher ist als ein vorgegebener Ansaugdruck, wenn der Kompressor stillgesetzt wird. In diesem Fall ist die Gesamtkraft des in der Ansaugdruckkammer 71 des Förderleistungsregelventils 50 herrschenden Druckes und der von der Feder 62 ausgeübten Kraft größer als die Gesamtkraft des in der Atmosphärendruckkammer 70 des Förderleistungsregelventils 50 herrschenden Atmosphärendruckes und der von der Feder 56 ausgeübten Kraft. Daher wirkt auf die Membran 53 eine Differenzkraft und drückt die mit der Stange 63 verbundene Ventilkugel 65 in ihre Schließstellung, in der die Ventilkugel 65 an ihrem Ventilsitz 72b anliegt, um dadurch die Ventilöffnung 72c zu schließen. Die Fluidverbindung zwischen der Dämpfungskammer 90 über den Gaszuführkanal 95 wird daher bei stillstehendem Kompressor durch die Ventilkugel 65 an der Ventilöffnung 72c unterbrochen.

Wenn der Kompressor in ein Kühlsystem eines Kraftfahrzeugs eingebaut ist und durch Zuführen einer externen Antriebskraft angetrieben wird, die von dem Fahrzeugmotor über die Magnetkupplung (nicht gezeigt) auf die Antriebswelle 6 übertragen wird, dann wird die Drehung der Antriebswelle 6 durch den Gelenkmechanismus K in eine Taumelbewegung der Taumelscheibe 12 umgewandelt, was zu einer Hin- und Herbewegung der einzelnen einfach wirkenden Kolben 9 in ihren Zylinderbohrungen 8 führt. Somit wird von den Kolben 9 eine Kompression des gasförmigen Kältemittels durchgeführt.

In der Anfangsphase des Betriebes des Kompressors ist die Temperatur in einer Fahrgastzelle eines Fahrzeugs möglicherweise ziemlich hoch, so daß auch der Ansaugdruck des gasförmigen Kältemittels hoch ist. Daher hält das Förderleistungsregelventil 50 die Unterbrechung der Fluidverbindung zwischen der Kurbelkammer 5 und der Dämpfungskammer 90 über den Gaszuführkanal 95 zunächst aufrecht.

Während dieser Phase tritt ein Teil des unter hohem Druck stehenden gasförmigen Kältemittels aus den Zylinderbohrungen 8als Leckstrom in die Kurbelkammer 5 aus und wird über den Gasabführkanal 35 in die Ansaugkammer 30 zurückgeführt. Somit wird der Differenzdruck zwischen dem in der Kurbelkammer 5 herrschenden Druck und dem Ansaugdruck des gasförmigen Kältemittels, welches von dem Kompressor angesaugt wird, im Vergleich zu einem vorgegebenen Druckpegel auf einem niedrigen Niveau gehalten. Demgemäß bewegen sich die einfach wirkenden Kolben 9 in ihren zugeordneten Zylinderbohrungen 8 mit ihrem maximalen Hub. Der Kompressor arbeitet also mit seiner vollen Förderleistung. Das von der Ansaugkammer 30 in die einzelnen Zylinderbohrungen gesaugte gasförmige Kältemittel, welches dort anschließend komprimiert wird, wird aus den Zylinderbohrungen 8 in die Auslaßkammer 31 ausgestoßen und fließt dann über den Kanal 91 (Fig. 1) zu der Dämpfungskammer 90. Folglich bewirkt die Dämpfungskammer 90, welche ein erhebliches Volumen aufweist, eine Unterdrückung des Pulsierens des Auslaßdruckes des komprimierten gasförmigen Kältemittels, während sie gleichzeitig das Geräusch dämpft, welches durch das Pulsieren des komprimierten gasförmigen Kältemittels erzeugt wird. Das Kältemittel, dessen Geräusch und dessen Druckschwankungen gedämpft sind, wird aus der Dämpfungskammer 90 über die (Flansch-)Öffnung 92 in das Kühlsystem geleitet.

Das Arbeiten des Kompressors mit voller Förderleistung trägt zu einer Reduzierung der Temperatur in der Fahrgastzelle bei, und folglich wird der Ansaugdruck des gasförmigen Kältemittels auf einen Druckpegel reduziert, der niedriger ist als der vorgegebene Druckpegel. Diese Reduzierung des Ansaugdruckes des Kältemittels führt zu einer Reduzierung des in der Ansaugdruckkammer 71 des Förderleistungsregelventils 50 herrschenden Drucks, und zwar über den Kanal 97 und die Öffnung 71a (Fig. 3). Daher wird die Gesamtkraft von Ansaugdruck und Federkraft der Feder 62 kleiner als die Gesamtkraft des Atmosphärendruckes in der Atmosphärendruckkammer 70 und der Federkraft der Feder 56. Die Membran 53 des Förderleistungsregelventils 50 bewegt sich folglich gemeinsam mit der Stange 63 und der Ventilkugel 65, wodurch die Ventilöffnung 72c zwischen der Auslaßdruckkammer 72 und dem Gaszuführkanal 95 geöffnet wird. Das unter hohem Druck stehende gasförmige Kältemittel wird folglich aus der Dämpfungskammer 90 über den Gaszuführkanal 95, die Ventilaufnahmekammer 93, die Öffnung 72a, die Auslaßdruckkammer 72 und die Öffnung 73a der Kurbelkammer 5 zugeführt. Der in der Kurbelkammer 5 herrschende Druck wird folglich erhöht. Wenn der Druck in der Kurbelkammer 5 erhöht wird, während die Druckdifferenz zwischen dem Druck in der Kurbelkammer 5 und dem Ansaugdruck für das gasförmige Kältemittel erhöht wird, wird der Neigungswinkel der Taumelscheibe reduziert. Folglich wird der Hub der Hin- und Herbewegung der einfach wirkenden Kolben 9 verringert. Der Betrieb des Kompressors ändert sich daher vom Arbeiten mit voller Förderleistung in Richtung auf ein Arbeiten mit kleiner Förderleistung. Folglich wird die Menge des komprimierten gasförmigen Kältemittels, welches von dem Kompressor an das Kühlsystem geliefert wird, reduziert. Anschließend wird der Betrieb des Kompressors von dem Förderleistungsregelventil 50 geregelt, welches von der Gehäuseanordnung des Kompressors aufgenommen wird, und zwar in Abhängigkeit von dem Kühlleistungsbedarf, mit dem der Kompressor beaufschlagt wird.

Gemäß der vorliegenden Erfindung ist der mit variabler Förderleistung arbeitende Kältemittelkompressor mit einfach wirkenden Kolben mit einer gleichzeitig als Pulsations- und Schalldämpfer dienenden Dämpfungskammer 90 versehen, während das Förderleistungsregelventil 50 in die Gehäuseanordnung des Kompressors eingebaut ist, insbesondere in den Zylinderblock 1 und das vordere Gehäuse 2. Die Konstruktion des hinteren Gehäuses 3 des Kompressors kann folglich vereinfacht werden, und die gesamte axiale Länge des Kompressors wird reduziert, während gleichzeitig ein Pulsieren des Auslaßdruckes des gasförmigen Kältemittels unterdrückt wird. Da die Dämpfungskammer 90 weiterhin so angeordnet ist, daß sie sich sowohl in den Zylinderblock als auch in das vordere Gehäuse erstreckt, kann sie ferner ein erhebliches wirksames Volumen haben, wodurch Geräusche, die durch das Pulsieren des Druckes des komprimierten gasförmigen Kältemittels verursacht werden, wirksam gedämpft werden können.

Wie am besten aus Fig. 2 deutlich wird, ist ferner das vertiefte Ölreservoir 96 in der Dämpfungskammer 90 angeordnet und dasjenige Ende der Ventilaufnahmekammer 93, welches mit dem Gaszuführkanal 95 zusammenwirkt, um die Kurbelkammer 5 mit dem komprimierten gasförmigen Kältemittel zu versorgen, dessen Druckschwankungen unterdrückt werden, ist dem Ölreservoir 96 ausgesetzt. Das aus dem gasförmigen Kältemittel abgeschiedene Schmieröl, welches in dem Ölreservoir 96 gespeichert wird, wird folglich den beweglichen und gleitverschieblichen Elementen in der Kurbelkammer durch Nutzung des Regelbetriebes des Förderleistungsregelventils 5 erfolgreich zugeführt. Daher werden die beweglichen und gleitverschieblichen Elemente in der Kurbelkammer 5 selbst dann, wenn der Kompressor mit geringer Förderleistung betrieben wird und die Menge des durch das Kühlsystem und den Kompressor zirkulierenden Kältemittels klein ist, von dem Schmieröl angemessen geschmiert.

Aus der vorstehenden Beschreibung wird deutlich, daß gemäß der Erfindung ein mit variabler Förderleistung arbeitender Kältemittelkompressor, insbesondere ein mit variabler Förderleistung arbeitender Kältemittelkompressor mit einfach wirkenden Kolben, der für den Einbau in ein Kraftfahrzeugkühlsystem geeignet ist, eine wirksame Dämpfungsfunktion erfüllen kann und hinsichtlich seiner Abmessungen und seiner Länge verkleinert werden kann, um auf diese Weise eine leichte Montage des Kompressors in dem engen Motorraum eines Kraftfahrzeugs zu erleichtern. Weiterhin kann die problematische Anordnung von Rohren und Schläuchen zwischen dem Kompressor und dem Kühlsystem vereinfacht werden.


Anspruch[de]
  1. 1. Mit variabler Förderleistung arbeitender Kältemittelkompressor mit einer Gehäuseanordnung, welche umfaßt:

    Einen axial angeordneten Zylinderblock mit einem vorderen und einem hinteren stirnseitigen Ende und mit mehreren darin ausgebildeten Zylinderbohrungen, ein vorderes Gehäuse, welches derart angeordnet ist, daß es das vordere stirnseitige Ende des Zylinderblockes schließt und in seinem Inneren eine Kurbelkammer definiert und ein hinteres Gehäuse, welches derart angeordnet ist, daß es das hintere stirnseitige Ende des Zylinderblockes schließt und in seinem Inneren mindestens eine Auslaßkammer definiert, wobei die Gehäuseanordnung in ihrem Inneren einen Ansaugdruckbereich aufweist, um ein gasförmiges Kältemittel vor der Kompression desselben aufzunehmen;

    mit mehreren, von den einzelnen Zylinderbohrungen des Zylinderblockes aufgenommenen, hin und her beweglichen Kolben zum Komprimieren des Kältemittels;

    mit einer Antriebswelle, die in dem Zylinderblock und dem vorderen Gehäuse der Gehäuseanordnung drehbar gelagert ist und der eine externe Antriebskraft zuführbar ist;

    mit einer Taumelscheibenanordnung, die derart montiert ist, daß sie mindestens ein Element aufweist, welches drehfest mit der Antriebswelle verbunden ist und die dem Antrieb der Kolben zu einer Hin- und Herbewegung dient und ihren Neigungswinkel bezüglich einer zur Drehachse der Antriebswelle senkrechten Ebene verändern kann; und

    mit Gasabführkanaleinrichtungen zur Schaffung einer konstanten Fluidverbindung zwischen der Kurbelkammer und dem Ansaugdruckbereich der Gehäuseanordnung;

    dadurch gekennzeichnet, daß in der Gehäuseanordnung eine Dämpfungskammer (90) angeordnet ist, die in Fluidverbindung mit der Auslaßkammer (31) des hinteren Gehäuses (3) und mit einem externen Kühlsystem steht, und die Dämpfungskammer (90) und die Kurbelkammer (5) über einen Gaszuführkanal (95) verbunden sind, und ein Förderleistungsregelventil (50) in der Dämpfungskammer (90) angeordnet ist, um die Menge des durch den Gaszuführkanal (95) fließenden gasförmigen Kältemittels in Abhängigkeit vom Ansaugdruck des Kältemittels zu regeln, um dadurch den in der Kurbelkammer (5) herrschenden Druck ständig zu regeln.
  2. 2. Kompressor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Dämpfungskammer (90) derart ausgebildet ist, daß sie sich intern in den Zylinderblock (1) und in das vordere Gehäuse (2) der Gehäuseanordnung erstreckt.
  3. 3. Kompressor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Gehäuseanordnung einen vorspringenden Teil (1a) aufweist, der einstückig an den Zylinderblock (1) angeformt ist, sowie einen vorspringenden Teil (2a), der einstückig an das vordere Gehäuse (2) angeformt ist, wobei die vorspringenden Teile (1a, 2a) in ihrem Inneren die Dämpfungskammer (90) derart definieren, daß sie sich im wesentlichen parallel zur Drehachse der Antriebswelle (6) erstreckt und ein erhebliches wirksames Volumen zum Dämpfen des Pulsierens des Auslaßdruckes des gasförmigen Kältemittels besitzt, welches der Dämpfungskammer (90) aus der Auslaßkammer (31) zuführbar ist.
  4. 4. Kompressor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die vorspringenden Teile (1a, 2a) der Gehäuseanordnung eine Ventilaufnahmekammer (93) zur Aufnahme des Förderleistungsregelventils (50) definieren, sowie eine Gasablaßöffnung (92) zur Herstellung einer Fluidverbindung mit dem externen Kühlsystem.
  5. 5. Kompressor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Dämpfungskammer (90) mit einer darin ausgebildeten vertieften Ölaufnahmekammer (96) versehen ist, die der Aufnahme von Schmieröl dient, und daß der Gaszuführkanal (95) ein bezüglich der Ölaufnahmekammer (96) offenes Ende aufweist, so daß der Kurbelkammer (5) über den Gaszuführkanal (95) Schmieröl zuführbar ist.
  6. 6. Kompressor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Förderleistungsregelventil (50) folgende Elemente umfaßt: Ein Ventilkugelelement (65) zum Öffnen und Schließen einer in dem Gaszuführkanal (95) vorgesehenen Ventilöffnung (72c); und einen Betätigungsmechanismus (53, 63) zum Bewegen der Ventilkugel (65) zwischen einer Offenstellung und einer Schließstellung bezüglich der Ventilöffnung (72c) in Abhängigkeit von dem im Ansaugbereich der Gehäuseanordnung herrschenden Ansaugdruck des gasförmigen Kältemittels.
  7. 7. Kompressor nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Betätigungsmechanismus für die Ventilkugel (65) ein Membranelement (53) umfaßt.






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