DE19612384A1 - Kompressor variabler Verdrängung - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Kompressor variabler Verdrängung und insbesondere auf einen Kompressor variabler Verdrängung für eine Klimaanlage deren Verdrängung entsprechend der Kühlbelastung verändert wird.

Kompressoren variabler Verdrängung, die in Fahrzeugen mon­ tiert werden, ändern üblicherweise ihre Verdrängung entspre­ chend der Temperatur innerhalb des Fahrgastraumes um die Tem­ peratur im Inneren des Fahrzeugs auf einem geeigneten Wert zu halten. Solch ein Kompressor ist in einer anderen Patentan­ meldung des Anmelders beschrieben, die beim Europäischen Pa­ tentamt hinterlegt wurde und unter der Nummer EP 0 628 722 A1 veröffentlicht wurde. Der Kompressor gemäß diesem Stand der Technik weist ein Gehäuse mit Zylinderbohrungen auf. Ein ein­ köpfiger Kolben wird in jeder Bohrung hin- und herbewegt. Eine Welle lagert in dem Gehäuse eine Taumelscheibe, die zwi­ schen einem minimal geneigten Winkel und einem maximal ge­ neigten Winkel verschwenkbar ist.

Die Verdrängung des Kompressors entspricht dem jeweiligen Neigungswinkel der Taumelscheibe. Wenn die Taumelscheibe auf ihren maximalen Winkel verschwenkt wird, ist die Verdrängung des Kompressors maximal. Wenn die Taumelscheibe auf ihren mi­ nimalen Winkel verschwenkt wird, so wird der Ausstoß an kom­ primiertem Gas von dem Kompressor beschränkt. Der Neigungs­ winkel der Taumelscheibe wird entsprechend der Druckdifferenz zwischen dem Druck in der Kurbelkammer, die die Taumelscheibe aufnimmt, und dem Ansaugdruck eingestellt. Der Druck inner­ halb der Kurbelkammer wird so verändert, daß die Verdrängung des Kompressors entsprechend eingestellt wird. Um den Druck in der Kurbelkammer zu erhöhen, wird der Druck des Ausstoß­ druckbereiches in dem das komprimierte Gas ausgestoßen wird, über eine Druckpassage in die Kurbelkammer geleitet. Um den Druck in der Kurbelkammer zu senken, wird der Druck der Kur­ belkammer in einen Ansaugbereich entlastet, in den Gas über eine Druckentlastungspassage eingesaugt wird.

Der Kompressor weist eine Ansaugpassage auf, die Kühlgas von einem externen Kühlkreislauf in den Ansaugdruckbereich ein­ bringt. Eine Spule, die zwischen einer geschlossenen Position und einer geöffneten Position im Ansprechen auf den Neigungs­ winkel der Taumelscheibe bewegt wird, ist in der Ansaugpas­ sage vorgesehen. Wenn die Taumelscheibe auf ihren Minimalwin­ kel eingestellt ist, wird die Spule in ihre geschlossene Po­ sition gebracht. Dadurch wird der Fluß an Kühlgas blockiert und verhindert, daß Gas eingesogen wird. In diesem Zustand zirkuliert das Kühlgas zwischen dem Auslaßdruckbereich der Kurbelkammer und dem Ansaugdruckbereich über die Druck- und die Druckentlastungspassagen und benetzt den Innenraum des Kompressors mit Ölnebel, der in dem Gas enthalten ist.

Auf die Welle wirken Belastungen axialer und radialer Rich­ tung. Um mit diesen Belastungen fertig zu werden ist eine ringartige Kontaktlagerung, die sowohl axiale als auch ra­ diale Lasten aufnimmt, typischerweise zwischen der Spule und der Welle vorgesehen. Mit anderen Worten wird ein einziges Lager verwendet, um sowohl die axialen als auch die radialen Lasten aufzunehmen. Dieser Aufbau ermöglicht die Verminderung der Anzahl von Bauteilen und vereinfacht den Aufbau des Kom­ pressors.

Es wird jedoch erforderlich sein, daß die Winkelkontaktlage­ rung eine ausreichende Festigkeit hat um die Belastungen, die in zwei Richtungen auf die Welle wirken, aufzunehmen. Daher ist die Größe der Winkelkontaktlagerung relativ groß. Dies führt zu einem großen Kompressor. Weiterhin wird es bevorzugt für die radiale Belastung der Welle, daß diese an einer Posi­ tion aufgenommen wird, die in der Nähe des Endes der Welle liegt. Da jedoch die Winkelkontaktlagerung zwischen der Tau­ melscheibe und der Spule angeordnet ist, ist diese Lagerung an einer Position angeordnet, die vom Ende der Welle entfernt ist. Entsprechend ist es schwierig die Lagerung der Welle in radialer Richtung mit einer Konstruktion gemäß diesem Stand der Technik zu stabilisieren. Dies führt zur Erzeugung von Vibrationen und Geräuschen während des Betriebs des Kompres­ sors und verursacht eine Verminderung dessen Leistungsfähig­ keit.

Zusätzlich strömt das Kühlgas, das zwischen der Kurbelkammer und dem Ansaugdruckbereich strömt, durch den Raum zwischen der Taumelscheibe und der Spule bei dem oben erläuterten Kom­ pressor. Da jedoch der Raum, der durch die Taumelscheibe und die Spule definiert wird, relativ gering ist, ist eine sanfte Zirkulation des Gases behindert. Dies führt zu einer unzurei­ chenden Benetzung der Winkellagerung zusammen mit den anderen Lagern. Eine unzureichende Benetzung wird jedoch Vibrationen und eine Geräuschentwicklung verursachen, und die Lebensdauer des Kompressors vermindern.

Es ist daher eine vornehmliche Aufgabe der vorliegenden Er­ findung, einen Kompressor variabler Verdrängung zu schaffen, dessen Größe kompakter gestaltet werden kann.

Eine weitere Aufgabe vorliegender Erfindung ist es, einen Kompressor variabler Verdrängung zu schaffen, der eine über­ ragende Brauchbarkeit aufweist.

Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Kompressor variabler Verdrängung zu schaffen, der einen sanf­ ten Betrieb gewährleistet.

Um diese Aufgaben zu erfüllen, wird der vorliegende Kompres­ sor variabler Verdrängung geschaffen. Der Kompressor va­ riabler Verdrängung umfaßt eine Taumelscheibe, einen Kolben und eine Passage sowie eine Spule. Die Taumelscheibe ist auf einer Antriebswelle vorgesehen, um zusammen mit dieser zu drehen und ist zwischen einem maximal geneigten Winkel und einem minimal geneigten Winkel bezüglich einer Ebene senk­ recht zur Achse der Antriebswelle verschwenkbar. Der Kolben ist mit der Taumelscheibe verbunden. Eine Passage ist mit ei­ nem externen Fluidkreislauf verbunden um den Druck in der An­ saugkammer einzustellen. Eine Spule ist benachbart der Tau­ melscheibe angeordnet und in Wirkverbindung mit dieser um se­ lektiv die Passage zu öffnen und zu schließen. Der Neigungs­ winkel der Taumelscheibe wird in Übereinstimmung mit der Druckdifferenz zwischen dem Druck der Ansaugkammer und dem Druck in der Kurbelkammer eingestellt, um den Kolben in den Zylinderbohrungen mittels eines Kolbenhubes zu bewegen, der auf dem Neigungswinkel der Taumelscheibe basiert, um Fluid zu komprimieren, das Schmierölnebel enthält und die Verdrängung des Kompressors zu verstellen. Eine erste Lagerung ist an der Antriebswelle zwischen der Taumelscheibe und der Spule vorge­ sehen. Diese erste Lagerung ist angeordnet um die axiale Be­ lastung, die durch die Betätigung der Antriebswelle entsteht und auf diese wirkt, aufzunehmen. Eine zweite Lagerung ist an der Antriebswelle in der Spule vorgesehen. Die zweite Lage­ rung ist angeordnet, um radiale Lasten aufzunehmen, die durch die Rotationen der Antriebswelle entstehen und auf diese wir­ ken. Die Spule weist ein offenes und ein geschlossenes Ende auf. Das offene Ende der Spule liegt der Taumelscheibe gegen­ über und das geschlossene Ende ist von der Taumelscheibe ent­ fernt angeordnet. Eine Nut ist in dem offenen Ende und/oder der ersten Lagerung vorgesehen um eine Passage für das Fluid zu schaffen.

Die Merkmale der vorliegenden Erfindung, die als neu angese­ hen werden, sind besonders in den anliegenden Ansprüchen be­ schrieben. Die Erfindung wird zusammen mit den ihr zugrunde­ liegenden Aufgaben und den Vorteilen, die mit dieser erzielt werden, besser verstanden werden, wenn die folgende Beschrei­ bung bevorzugter Ausführungsbeispiele zusammen mit den be­ gleitenden Zeichnungen studiert wird.

Fig. 1 ist ein Querschnitt, der einen Kompressor variabler Verdrängung gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt, bei dem die Taumelscheibe sich in maximal geneigtem Zustand befindet;

Fig. 2 ist eine Draufsicht, die eine Taumelscheibe des Kom­ pressors nach Fig. 1 zeigt;

Fig. 3 ist ein Querschnitt entlang der Linie 3-3 in Fig. 2;

Fig. 4 ist eine perspektivische Ansicht einer Spule, die auch in Fig. 1 dargestellt wird;

Fig. 5 ist ein vergrößerter Querschnitt, der einen Abschnitt gemäß Fig. 1 zeigt;

Fig. 6 ist ein Querschnitt eines Kompressors gemäß Fig. 1, bei dem sich die Taumelscheibe in dem minimal geneigten Zu­ stand befindet;

Fig. 7 ist ein Querschnitt, der eine Taumelscheibe gemäß ei­ ner Modifikation der vorliegenden Erfindung zeigt.

Fig. 8 ist ein Querschnitt entlang der Linie 8-8 in Fig. 7.

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Kompressor variabler Verdrängung vom kupplungslosen Typ. Wie dargestellt in Fig. 1 ist ein vorderes Gehäuse 12 mit einem vorderen Ende eines Zylinderblocks 11 verbunden. Ein hinteres Gehäuse 13 ist mit dem hinteren Ende eines Blocks 11 über einen Ventil­ aufbau 14, der zwischen diesen vorgesehen ist, verbunden. Der Zylinderblock 11, das vordere Gehäuse 12 und das hintere Ge­ häuse 13 bilden das Gesamtgehäuse des Kompressors. Eine Viel­ zahl von Bolzen 15 sind durch das vordere Gehäuse 12, den Zy­ linderblock 11 und den Ventilaufbau 14 geführt, um mit dem hinteren Gehäuse 13 verschraubt zu werden. Auf diese Weise wird das vordere und hintere Gehäuse 12, 13 mit jedem Ende des Blocks 11 verbunden.

Eine drehbare Welle 16 wird drehbar mittels zweier Radialla­ ger 17, 18 im Mittelpunkt des Blocks 11 im vorderen Gehäuse 12 gelagert. Eine Lippendichtung 19 ist zwischen der vorderen Umfangsfläche der Welle 16 und dem vorderen Gehäuse 12 vorge­ sehen. Die Dichtung 19 verhindert, daß Druck aus der Kurbel­ kammer 25 (wird später beschrieben) entweicht.

Ein Antriebsrad 20 ist an dem vorderen Ende der Welle 16 be­ festigt, das von dem vorderen Gehäuse 12 vorsteht und mit ei­ ner Antriebsquelle, beispielsweise einem Motor (nicht darge­ stellt) verbunden ist. Durch die Verbindung der Welle 16 mit der Antriebsquelle wird eine elektromagnetische Kupplung, wie diese häufig bei herkömmlichen Kompressoren verwendet wird, unnötig. Das verhindert die Belastung, die durch ein Verbin­ den und Lösen der Kupplung auftritt, wenn der Kompressor ge­ startet oder gestoppt wird.

Eine Winkelkontaktlagerung 22 in Form eines zweireihigen Schrägkugellagers ist zwischen dem Antriebsrad 20 und dem vorderen Gehäuse 12 vorgesehen. Die Winkelkontaktlagerung 22 trägt die Belastung, die auf das Antriebsrad 20 in beiden Richtungen, d. h. sowohl in axialer als auch radialer Richtung wirkt. Eine Vielzahl von Zylinderbohrungen 23 erstrecken sich durch den Block 11. Die Achsen dieser Zylinderbohrungen 23 sind parallel zur Achse der Welle 16, und die Zylinderbohrun­ gen befinden sich im gleichen Abstand. Ein einköpfiger Kolben 24 ist in jeder Bohrung 23 vorgesehen um in dieser hin- und herbewegt zu werden.

Eine Kurbelkammer 25 wird innerhalb des vorderen Gehäuses 12 vor dem Block 11 ausgebildet. Eine Stützplatte 26 ist mit der Welle 16 verbunden und rotiert zusammen mit der Welle 16 in­ nerhalb der Kurbelkammer 25. Die Stützplatte 26 schlägt an der inneren Fläche des vorderen Gehäuses 12 über eine Axial­ lagerung 27 an. Die Stützplatte 26 umfaßt einen Rahmen 28 der zum Block 11 hin vorsteht. Ein Paar Führungslöcher 29 sind an dem entfernten Ende des Arms 28 ausgebildet und erstrecken sich in einer Richtung, die sich mit der Welle 16 schneidet.

Eine im wesentlichen scheibenartig geformte Taumelscheibe 30 ist verschwenkbar auf der Welle 16 befestigt. Die Taumel­ scheibe 30 umfaßt ein Paar von Verbindern 31, die sphärische Enden aufweisen, die von der Vorderseite vorstehen. Jeder Verbinder 31 ist drehbar und gleitend mit dem zugehörigen Verbindungsloch 29 verbunden. Diese scharnierartige Verbin­ dung erlaubt es, den Winkel der Taumelscheibe 30 bezüglich der Stützplatte 26 zu verändern.

Die Taumelscheibe 30 weist eine Gleitfläche 32 auf, die am Umfang ihrer Front- und Rückseiten ausgebildet ist. Die Gleitfläche 32 ist mit jedem Kolben 24 über ein Paar von se­ misphärischen Schuhen 33 verbunden. Die Drehung der Welle 16 wird auf die Taumelscheibe 30 über die Stützplatte 26, die Verbinder 31 usw. übertragen und in eine Drehbewegung der Taumelscheibe 30 umgewandelt. Wenn die Taumelscheibe 30 ge­ dreht wird, werden die Kolben 24 innerhalb der zugeordneten Zylinderbohrung 23 hin- und herbewegt mit einem Hub, der durch den Neigungswinkel der Taumelscheibe 30 bestimmt wird.

Eine Rückhaltekammer 34 erstreckt sich durch das Zentrum des Zylinderblocks 11. Die Achse der Rückhaltekammer 34 ist mit der Achse der Welle 16 ausgerichtet. Eine Ansaugpassage 35 erstreckt sich von der Achse der Welle 16 und ist in dem hin­ teren Gehäuse 13 ausgebildet und benachbart zu dem Ventilauf­ bau 14 angeordnet. Das innere Ende der Ansaugpassage 35 ist mit der Rückhaltekammer 34 verbunden. Das äußere Ende der An­ saugkammer 35 ist mit einem externen Kühlmittelkreislauf 37 über einen Ansauggeräuschdämpfer 36 verbunden. Eine ringför­ mige Ansaugkammer 38, die einen Ansaugdruckbereich ausbildet, ist in dem mittleren Abschnitt des hinteren Gehäuses 13 ange­ ordnet. Die Ansaugkammer 38 ist mit der Rückhaltekammer 34 über eine Öffnung 39, die in dem Ventilaufbau 14 ausgebildet ist, verbunden. Eine ringartige Ausstoßkammer 40, die einen Ausstoßdruckbereich darstellt, wird am äußeren Abschnitt in dem hinteren Gehäuse 13 ausgebildet. Die Ausstoßkammer 40 ist mit dem externen Kühlmittelkreislauf 37 über einen Ausstoßge­ räuschdämpfer 41 verbunden, der am Umfang des Blockes 11 vor­ gesehen ist.

Ein Ansaugventilmechanismus 42 ist in dem Ventilplattenaufbau 14 vorgesehen. Der Ventilmechanismus 42 erlaubt es dem Kühl­ mittelgas in die Kompressionskammern, die in jeder Bohrung 23 ausgebildet sind, eingesaugt zu werden, wenn die Kolben 24 innerhalb der Bohrung 23 hin- und herbewegt werden. In ähnli­ cher Weise ist ein Ausstoßventilmechanismus 43 in dem Ventil­ plattenaufbau 14 vorgesehen. Der Ventilmechanismus 43 erlaubt es dem Kühlmittelgas, das in den Kompressionskammern jeder Bohrung 23 komprimiert wurde, in die Ausstoßkammer 40 auszu­ stoßen, wenn die Kolben 24 innerhalb der Bohrung 23 hin- und herlaufen.

Eine Spule 44 ist gleitend in der Rückhaltekammer 34, ausge­ richtet mit der Achse der Welle 16, aufgenommen. Eine Spulen­ feder 45 ist zwischen der Spule 44 und dem hinteren Ende der Rückhaltekammer 34 vorgesehen. Die Feder 45 drängt die Spule 44 zu der Taumelscheibe 30. Die hintere axiale Lagerung 18 ist in der Spule 44 aufgenommen. Das hintere Ende der Welle 16 ist gleitend innerhalb der Lagerung 18 gelagert. Diese Konstruktion ermöglicht es, daß die Last in radialer Rich­ tung, die auf die Welle 16 während deren Drehung wirkt, durch die Lagerung 18 aufgenommen wird.

Aufgrund der funktionalen Erfordernisse einer Radiallagerung ist die Lagerung 18, die bei diesem Ausführungsbeispiel ver­ wendet wird, lang in ihrer axialen Richtung und schmal in ra­ dialer Richtung. Auf diese Weise ist der Raum, der in der Spule 44 ausgebildet wird, um die Lagerung 18 aufzunehmen, relativ gering.

Wie dargestellt in Fig. 1 bis 3, ist eine Axiallagerung 46 an der Welle 16 zwischen der Spule 44 und der Taumelscheibe 30 eingepaßt. Die Taumelscheibe 30 weist ein paar Vorsprünge 47 auf, von denen jeder eine abgerundete Spitze an der hinteren Fläche aufweist. Die Axiallagerung 46 weist ein Paar Rück­ sprünge 48 am vorderen Laufkranz 46a auf, die zu den Vor­ sprüngen 47 korrespondieren. Die Rücksprünge 48 sind mit den entsprechenden Vorsprüngen 47 in Eingriff. Eine Last in axi­ aler Richtung, die auf die Spule 44 während des Verschwenkens und Drehens der Taumelscheibe 30 wirkt, wird durch die Lage­ rung 46 aufgenommen, wobei der vordere Laufkranz 46a der La­ gerung 46 und die Taumelscheibe 30 aneinanderstoßen und ein Eingriff der Vorsprünge 47 und der Rücksprünge 48 eine Rela­ tivdrehung zwischen der Taumelscheibe 30 und dem vorderen Laufkranz 46a der Lagerung 46 verhindern. Dies ermöglicht eine einstückige Rotation der Taumelscheibe 30 und des Lauf­ kranzes 46a und minimiert so den Abrieb des Laufkranzes 46a und der Taumelscheibe 30.

Ein Bolzenabschnitt 49 steht von dem hinteren Ende der Spule 44 zur Ansaugpassage 35 vor. Der Bolzenabschnitt 49 weist eine im wesentlichen halbsphärische äußere Fläche auf, wenn die Taumelscheibe 30 auf ihren minimalen Neigungswinkel ver­ schwenkt wird, wie dargestellt in Fig. 6, wird die Spule 44 nach hinten gegen die Druckkraft der Feder 45 in eine ge­ schlossene Position bewegt. In dieser Position paßt der Bol­ zenabschnitt 49 in die Ansaugpassage 35. Auf diese Weise wird der Fluß an Kühlmittelgas von dem externen Kühlmittelkreis­ lauf 37 zu der Ansaugkammer 38 blockiert. Die Anordnung der Spule 44 in der geschlossenen Position beschränkt die Taumel­ scheibe 30 auf ihren minimal geneigten Neigungswinkel, der geringfügig größer ist als 0° von der rechtwinkligen Richtung bezüglich der Welle 16.

Wie dargestellt in Fig. 1 wird, wenn die Taumelscheibe 30 auf ihren maximalen Neigungswinkel eingestellt wird, die Spule 44 vorwärts durch die Druckkraft der Feder 45 in eine offene Po­ sition gedrängt. In dieser Position wird der Bolzenabschnitt 49 von der Ansaugpassage 35 separiert. Dies erlaubt dem Kühl­ mittelgas von dem externen Kühlmittelkreislauf 37 in die An­ saugkammer 38 über die Ansaugpassage 35 einzuströmen. In die­ sem Zustand verursacht die Drehung der Taumelscheibe 30 eine maximale Verdrängung des Kolbens. Das Anschlagen der Vor­ sprünge 50 an der vorderen Fläche der Taumelscheibe 30 gegen die Stützplatte 26 beschränkt die Taumelscheibe 30 in ihrem maximalen Neigungswinkel. Ein Verschieben der Spule 44 im An­ sprechen auf ein Verschwenken der Taumelscheibe zwischen der geschlossenen und der geöffneten Position erlaubt es dem Bol­ zenabschnitt 49 allmählich in die Ansaugpassage 35 einzudrin­ gen oder von dieser wegbewegt zu werden. Da somit die Ansaug­ passage 35 nicht plötzlich geöffnet oder geschlossen wird, wird ein plötzliches Ansteigen oder Abfallen der Verdrängung des Kompressors und eine plötzliche Änderung der Kompressor­ belastung innerhalb einer kurzen Zeitperiode verhindert.

Wie dargestellt in Fig. 1, ist eine Druckentlastungspassage 51 in der Welle 16 entlang ihrer Achse vorgesehen. Das vor­ dere Ende der Entlastungspassage 51 ist mit der Kurbelkammer 25 über ein Verbindungsloch 52 verbunden. Das hintere Ende der Entlastungspassage 51 ist mit dem Inneren der Spule 44 verbunden. Ein Druckentlastungsloch 53 ist durch die hintere Umfangswand der Spule 44 ausgebildet. Das Innere der Spule 44 ist mit der Rückhaltekammer 34 über das Entlastungsloch 53 in Verbindung. Der Druck innerhalb der Kurbelkammer 25 wird in die Ansaugkammer 38 mittels des Verbindungsloches 52, der Druckentlastungspassage 51, dem Inneren der Spule 44, dem Druckentlastungsloch 53 und der Rückhaltekammer 34 und der Öffnung 39 entlastet. Eine Druckpassage 54 ist so definiert, daß sie sich kontinuierlich durch das hintere Gehäuse 13, den Ventilaufbau 14 und den Block 11 erstreckt. Die Ausstoßkammer 40 ist mit der Kurbelkammer 25 über eine Druckpassage 54 ver­ bunden. Ein elektromagnetisches Ventil 55 ist in der Mitte der Druckpassage 54 vorgesehen. Zur Einstellung des Druckes innerhalb der Kurbelkammer 25 wird ein Elektromagnet deakti­ viert. Dadurch wird das Ventil 55 geöffnet und der Druck in der Ausstoßkammer 40 in die Kurbelkammer 25 über die Druck­ passage 54 entlastet.

Der externe Kühlmittelkreislauf 37 umfaßt einen Kondensor 57, ein Expansionsventil 58 und einen Verdampfer 59. Ein Druck­ sensor 60 ist in der Nachbarschaft des Verdämpfers 59 vorge­ sehen, um die Temperatur des Verdampfers 59 zu erfassen und ein Signal basierend auf dem erfaßten Wert an eine Steuerein­ richtung 61 zu übermitteln. Die Steuereinrichtung 61 ist mit einem Schalter 62 verbunden, der selektiv das Klimasystem ak­ tiviert und deaktiviert und mit einem Drehzahlsensor 63 ver­ bunden, der die Drehzahl des Motors erfaßt.

Wenn die Temperatur, die durch den Temperatursensor 60 erfaßt wird, gleich oder geringer ist als ein vorbestimmter Wert, deaktiviert die Steuereinrichtung 61 den Elektromagneten 56 und öffnet das Ventil 55. Der vorbestimmte Wert entspricht der Temperatur bei der Frost beginnt, sich im Verdampfer 59 auszubilden wenn die Temperatur absinkt. Die Steuereinrich­ tung 61 deaktiviert den Elektromagneten 56 und öffnet das Ventil 55 wenn der Drehzahlsensor 63 eine Drehzahl erfaßt, die einen vorbestimmten Wert übersteigt. Die Steuereinrich­ tung 61 deaktiviert den Elektromagneten 56 und öffnet das Ventil 55 wenn der Schalter 62 ausgeschaltet wird.

Wie dargestellt in Fig. 1, 4 und 5, ist ein Paar von Schmier­ nuten 64 in der Spule 44 an ihrem inneren vorderen Ende aus­ gebildet. Die Nuten 64 entsprechen dem hinteren Laufkranz 46b der Axiallagerung 46. Wie dargestellt in Fig. 6, ermöglichen die Nuten 64 eine Schmierung der Axial- und Radiallagerungen 46, 18, indem sie es erlauben, das Kühlmittelgas in der Kur­ belkammer 25 unabhängig davon ob die Taumelscheibe 30 in ih­ rem minimal geneigten Zustand positioniert ist, bei dem die Spule 44 komplett in der Rückhaltekammer 34 vorliegt, mittels der Lagerungen 46, 18 durch diese und ausreichend in die Spule 44 zu strömen.

Der Betrieb des oben beschriebenen Kompressors variabler Ver­ drängung wird folgend beschrieben. Wenn der Schalter 62 ange­ schaltet wird, und sich der Kompressor in dem Zustand gemäß Fig. 1 befindet, wird der Elektromagnet 56 aktiviert um das Ventil 55 zu schließen. Dies wiederum schließt im Gegenzug die Druckpassage 54. Im Ergebnis wird hochkomprimiertes Kühl­ mittelgas in der Ausstoßkammer 40 nicht in die Kurbelkammer 25 geleitet. Das heißt, Kühlmittelgas, das in die Ansaugkam­ mer 38 über die Druckentlastungspassage 51 und das Druckent­ lastungsloch 53 strömt, kommt ausschließlich von der Kurbel­ kammer 25. Dies bewirkt, daß der Druck in der Kurbelkammer 25 sich einem geringen Druck oder dem Ansaugdruck innerhalb der Ansaugkammer 38 annähert. Mit anderen Worten wird die Druck­ differenz zwischen dem Ansaugdruck und dem Kurbelkammerdruck gering. Diese schmale Druckdifferenz verschwenkt die Taumel­ scheibe 30 auf ihren maximalen Neigungswinkel. Der Ansaug­ druck wird in Übereinstimmung mit der Kühlbelastung verän­ dert. Somit verändert ein Wechsel in der Kühlbelastung oder eine Änderung in der Druckdifferenz zwischen dem Druck inner­ halb der Kurbelkammer 25 und dem Ansaugdruck den Neigungswin­ kel der Taumelscheibe 30 und stellt somit den Kolbenhub der Kolben 24 ein. Auf diese Weise wird wiederum die Verdrängung des Kompressors eingestellt.

Da eine hohe Kompressorverdrängung die Kühlbelastung senkt, wird die Temperatur im Verdampfer 59 Schritt für Schritt sin­ ken. Wenn die Temperatur im Verdampfer 59 gleich oder gerin­ ger als ein vorbestimmter Wert wird, wird Frost anfangen, sich auszubilden und die Steuereinheit 61 den Elektromagneten deaktivieren und so das Ventil 55 im Ansprechen auf das Si­ gnal des Temperatursensors 60 öffnen. Die Steuereinheit 61 deaktiviert den Elektromagneten 56 und öffnet das Ventil 55 wenn der Schalter 62 ausgeschaltet wird.

Das Öffnen des Ventils 55 erlaubt es dem hoch komprimierten Kühlmittelgas in der Ausstoßkammer 40, das unter einem hohen Druck steht, in die Kurbelkammer 25 einzuströmen. Dadurch wird der Druck innerhalb der Kurbelkammer 25 erhöht und die Druckdifferenz zwischen dem Ansaugdruck und dem Kurbelkammer­ druck steigt. Entsprechend wird die Taumelscheibe 30 von dem maximal geneigten Zustand in den minimal geneigten Zustand verschwenkt. Dadurch wird die Verdrängung des Kompressors vermindert.

Wenn der Neigungswinkel der Taumelscheibe 30 geringer wird, wird eine nach hinten gerichtete Antriebskraft auf die Spule 44 über die Axiallagerung 46 aufgebracht. Diese bewegt die Spule 44 gegen die Druckkraft der Feder 45 von der vorwärts geöffneten Position zu der rückseitig geschlossenen Position. Wie dargestellt in der Fig. 6, ist, wenn die Taumelscheibe 30 ihren minimal geneigten Zustand einnimmt, in der die Spule 44 in der rückseitig geschlossenen Position vorliegt, der Bol­ zenabschnitt 49 der Spule 44 in der Ansaugpassage 35 aufge­ nommen und ist mit dieser in Eingriff. Auf diese Weise wird die Ansaugpassage 35 geschlossen und der Strom an Kühlmittel­ gas von dem äußeren Kühlmittelkreislauf 37 zu der Ansaugkam­ mer 38 unterbrochen.

Der minimal geneigte Winkel der Taumelscheibe 30 ist gering­ fügig größer als 0°. Auf diese Weise wird der Ausstoß von Kühlmittelgas von der Kompressionskammer, die in jeder Boh­ rung 23 ausgebildet ist, zu der Ausstoßkammer 40 fortgeführt. In diesem Zustand ist die Verdrängung des Kompressors mini­ mal. Das Kühlmittelgas, das in die Ausstoßkammer 40 ausgesto­ ßen wird, strömt in die Kurbelkammer 25 über die Druckpassage 54. Das Gas strömt dann über die Druckentlastungspassage 51, die Druckentlastungsbohrung 53 und die Ansaugkammer 38, um wieder in die Kompressionskammer, die in jeder Bohrung 23 ausgebildet ist, einzuströmen. Mit anderen Worten heißt dies, wenn die Taumelscheibe 30 in dem minimal geneigten Zustand vorliegt, zirkuliert das Kühlmittelgas innerhalb des Kompres­ sors zwischen den Bohrungen 23 der Ausstoßkammer 40, der Kur­ belkammer 25 und der Ansaugkammer 38. Durch die Zirkulation des Kühlmittelgases wird der Innenraum des Kompressors mit Ölnebel, der in dem Gas enthalten ist, geschmiert.

Dadurch, daß der Kompressor direkt mit dem Motor verbunden ist, ohne daß eine elektromagnetische Kupplung verwendet wird, wird der Kompressor kontinuierlich betrieben, auch wenn eine Kühlung nicht erforderlich ist. Wenn der Kompressor nicht benötigt wird um eine Kühlung zu erzeugen, wird durch die geringe Kühlbelastung oder eine Betätigung des Schalters 62 die Verdrängung des Kompressors auf einen Minimalwert ein­ gestellt, bei dem lediglich ein geringer Betrag an Kühlmit­ telgas innerhalb des Kompressors zirkuliert. Auf diese Weise wird das Entstehen von Geräuschen und Vibrationen und das Auftreten sogenannter Burn-outs verhindert.

Wenn der Kompressor sich im normalen Betriebszustand mit dem angeschalteten Schalter 62 befindet, und sich die Taumel­ scheibe 30 im minimal geneigten Zustand, wie in Fig. 6 darge­ stellt, befindet, wird die Kühlbelastung ansteigen und all­ mählich die Temperatur im Verdampfer 59 ebenfalls ansteigen. Die Steuereinheit 61 wird den Elektromagneten 56 aktivieren und das Ventil 55 schließen, wenn die Temperatur des Verdamp­ fers 59 einen vorbestimmten Wert überschreitet. Auf diese Weise wird die Druckpassage 54 geschlossen und verhindert, daß hochkomprimiertes Kühlmittelgas vorliegend in der Aus­ stoßkammer 40 in die Kurbelkammer 25 strömt. Im Ergebnis dar­ aus wird hochkomprimiertes Kühlmittelgas in der Ausstoßkammer 40, das unter einem hohen Druck steht, nicht in die Kurbel­ kammer weiter geleitet. Auf diese Weise wird Kühlmittelgas, das in die Ansaugkammer 38 über die Druckentlastungspassage 51 und das Druckentlastungsloch 53 strömt, ausschließlich von der Kurbelkammer 25 kommen. Dadurch wird der Druck in der Kurbelkammer 25 allmählich fallen und die Taumelscheibe 30 wird auf ihre maximal geneigte Stellung verschwenkt.

Wenn der Neigungswinkel der Taumelscheibe 30 größer wird, wird die Spule 44 von ihrer rückseitig geschlossenen Position zu ihrer vorderen geöffneten Position über die Druckkraft der Feder 45 bewegt. Wenn die Taumelscheibe 30 den Zustand ihres maximalen Neigungswinkels erreicht, wie dargestellt in Fig. 1, ist die Spule 44 in der vorwärts geöffneten Position. Der Bolzenabschnitt 49 ist dann von der Ansaugpassage 35 sepa­ riert. Auf diese Weise wird der Kompressor mit geöffneter An­ saugpassage 35 betrieben, die einen Strom an Kühlmittelgas vom externen Kühlkreislauf 37 in die Ansaugkammer 38 ermög­ licht.

Wie oben beschrieben, wirkt eine Belastung in axialer Rich­ tung auf die Spule 44 wenn die Taumelscheibe 30 zwischen ei­ nem maximal und einem minimal geneigten Winkel verschwenkt wird und wenn die Taumelscheibe 30 durch die Welle 16 gedreht wird. Die axiale Belastung wird jedoch durch die Axiallage­ rung 46, die zwischen der Spule 44 und der Taumelscheibe 30 vorgesehen ist, aufgenommen. Eine Belastung in radialer Rich­ tung wird durch die Radiallagerungen 17, 18 aufgenommen. Da­ her benötigt die Lagerung 46 keine Standfestigkeit, die benö­ tigt würde um sowohl axiale als auch radiale Belastung auf zu­ nehmen. Dadurch wird die Lebensdauer der Lagerung 46 erhöht. Weiterhin erlaubt dies, daß die radiale Dimensionierung der Lagerung 46 minimiert wird und auf diese Weise ein kleinerer Kompressor ermöglicht wird.

Zusätzlich kann, da die Axiallagerung 46 die Axialbelastung trägt, die zwischen der Taumelscheibe 30 und der Spule 44 wirkt, die Radiallagerung 18 an einer Position der Welle 16 angeordnet werden die rückseitig der Axiallagerung 46 vorge­ sehen ist. Auf diese Weise wird die Welle 16 an Positionen nahe ihrer beiden Enden gelagert, wobei die Radiallagerung 18 eines dieser Enden trägt. Dies trägt zu einer stabilen Dreh­ bewegung der Welle 16 bei und vermindert Vibrationen und Ge­ räuschentwicklung.

Die Vorsprünge 47, die abgerundete Spitzen haben, sind auf der Rückseite der Taumelscheibe 30 vorgesehen. Die Vorsprünge 47 gewährleisten eine Anlage der Taumelscheibe 30 gegen den vorderen Laufkranz 46a der Axiallagerung 46 unabhängig vom Neigungswinkel der Taumelscheibe 30. Dies erlaubt ein Ver­ schwenken der Taumelscheibe 30 um genau die Bewegung der Spule 44 zwischen der geöffneten und der geschlossenen Posi­ tion einzustellen, wobei die Lagerung 46 zwischen der Taumel­ scheibe 30 und der Spule 44 angeordnet ist. Die abgerundeten Spitzen der Vorsprünge 47 gewährleisten, daß die Position an der eine Anlage mit dem vorderen Laufkranz 46a der Axiallage­ rung 46 auftritt, sanft verschoben wird, wenn der Neigungs­ winkel der Taumelscheibe 30 geändert wird.

Bei diesem Kompressor ist das Paar Schmiernuten 64 an dem vorderen inneren Ende der Spule 44 in Übereinstimmung mit dem hinteren Laufkranz 46b der Axiallagerung 46 ausgebildet. Da­ her wird, auch wenn die Taumelscheibe 30 sich in der minimal geneigten Winkelstellung befindet, wie dargestellt in Fig. 6, der Betrag an Kühlmittelgas, das innerhalb des Kompressors zirkuliert, minimiert, wobei ein ausreichender Betrag an Kühlmittelgas vorliegend in der Kurbelkammer 25 in die Spule 44 über die Nuten 64, die Axiallagerung 46 und die hintere Radiallagerung 18 strömt.

Insbesondere strömt, wenn die Taumelscheibe 30 sich in ihrer minimal geneigten Stellung befindet, Kühlmittelgas von der Kurbelkammer 25 in die Ansaugkammer 38 über das Verbindungs­ loch 52, die Druckentlastungspassage 51, den Innenraum der Spule 44, das Druckentlastungsloch 53, die Rückhaltekammer 34 und die Öffnung 39. Dies ermöglicht es, daß die vordere Radi­ allagerung 17, die an dem vorderen Ende der Welle 16 vorgese­ hen ist, wirksam mit Ölnebel geschmiert wird, der in dem Kühlmittelgas aufgenommen ist. Wenn die Axiallagerung 46 und die hintere Radiallagerung 18 nahe aneinander am hinteren Ende der Welle 16 angeordnet sind, würde dadurch grundsätz­ lich der Strom an Kühlmittelgas, der durch diese in die Spule 44 strömt, behindert. Bei dem Kompressor gemäß diesem Ausfüh­ rungsbeispiel ist es jedoch möglich, daß das Kühlmittelgas aus der Kurbelkammer 25 über die Nuten 64 ohne Störung strömt und somit in die Spule 44 einströmt. Daher wird Ölnebel, der in dem Kühlmittelgas aufgenommen ist, wirksam zu der Axialla­ gerung und der Radiallagerung 18 gebracht. Dies verhindert, daß die Lagerungen 46, 18 zu wenig Schmiermittel erhalten.

Obwohl nur ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung beschrieben wurde, ist es doch für den Fachmann klar, daß die vorliegende Erfindung in zahlreichen anderen Arten und Weisen realisiert werden kann, ohne daß vom Grundgedanken der Erfin­ dung abgewichen wird. Insbesondere sollte verstanden werden, daß die vorliegende Erfindung auch, wie nachfolgend beschrie­ ben, modifiziert werden kann.

• (a) Wie dargestellt in Fig. 7 und 8, kann ein Paar Vor­ sprünge 66 durch ein Biegeverfahren am vorderen Laufkranz 46a der Axiallagerung 46 ausgebildet werden. In diesem Fall wird ein Paar korrespondierender Löcher 66, die mit der Taumel­ scheibe 30 in Eingriff sind, ebenso in der Taumelscheibe 30 ausgebildet.
• (b) Im Unterschied zu der oben genannten Modifikation, dargestellt in Fig. 7 und 8, können Vorsprünge an der Taumel­ scheibe 30 mit entsprechenden Löchern im vorderen Laufkranz 46a der Axiallagerung 46 ausgebildet sein.
• (c) Eine unabhängige Verbindungseinrichtung kann zwi­ schen der Taumelscheibe 30 und dem vorderen Laufkranz 46a des Axiallagers 46 vorgesehen sein.
• (d) Schmiernuten 64 können in dem hinteren Laufkranz 46b in derselben Weise korrespondierend zu dem vorderen inneren Ende der Spule 44 ausgebildet sein.

Daher müssen die vorliegenden Beispiele und Ausführungsformen als beschreibend und nicht beschränkend angesehen werden und die Erfindung ist nicht auf die beschriebenen Details be­ schränkt, sondern kann innerhalb des Schutzbereichs der an­ liegenden Ansprüche modifiziert werden.

Offenbart wird ein Kompressor variabler Verdrängung, der eine drehbare Antriebswelle und eine Taumelscheibe aufweist. Die Taumelscheibe ist an der Antriebswelle montiert und dreht zu­ sammen mit dieser. Die Taumelscheibe ist zwischen einem maxi­ mal geneigten Zustand und einem minimal geneigten Zustand verschwenkbar und mit einer Vielzahl von Kolben verbunden. Der Neigungswinkel der Taumelscheibe wird entsprechend der Druckdifferenz zwischen dem Druck in einer Kurbelkammer und dem Druck in einer Ansaugkammer eingestellt. Jeder Kolben läuft über einen bestimmten Kolbenhub in einer Zylinderboh­ rung hin und her, der durch den Neigungswinkel der Taumel­ scheibe bestimmt wird und komprimiert Kühlgas, das einen Öl­ nebel enthält. Eine Spule ist benachbart zu der Taumelscheibe an der Antriebswelle vorgesehen. An der Antriebswelle ist zwischen der Taumelscheibe und der Spule eine Axiallagerung vorgesehen und eine Radiallagerung innerhalb der Spule. Die Spule weist eine Öffnung gegenüber der Taumelscheibe auf. Nu­ ten sind an der Öffnung in den Wänden der Spule vorgesehen um einen Strom an Kühlmittelgas innerhalb der Spule zu ermögli­ chen.

Claims (7)

1. Ein Kompressor variabler Verdrängung mit einer Tau­ melscheibe (30), die von einer Antriebswelle (16) getragen wird um zusammen mit dieser gedreht zu werden, wobei die Tau­ melscheibe (30) zwischen einem maximalen Neigungswinkel und einem minimalen Neigungswinkel bezüglich einer Ebene senk­ recht zur Achse der Antriebswelle (16) verschwenkbar ist, ei­ nem Kolben, der mit der Taumelscheibe (30) verbunden ist, ei­ ner Passage, die mit einem externen Fluidkreislauf verbunden ist um den Druck in einer Ansaugkammer (35) einzustellen, und einer Spule (44), die benachbart zu der Taumelscheibe (30) angeordnet ist und mit in dieser in Wirkverbindung steht um selektiv die Passage zu öffnen und zu schließen, wobei der Neigungswinkel der Taumelscheibe (30) in Übereinstimmung mit einer Druckdifferenz zwischen dem Druck in der Ansaugkammer (35) und dem Druck in der Kurbelkammer (25) eingestellt wird um den Kolben in einer Zylinderbohrung (23) über einen Kol­ benhub zu bewegen, der auf dem Neigungswinkel der Taumel­ scheibe (30) basiert um das Fluid, das einen Schmierölnebel enthält, zu komprimieren und die Verdrängung des Kompressors zu variieren, wobei der Kompressor dadurch gekennzeichnet ist, daß eine erste Lagerung (46) an der Antriebswelle (16) zwischen der Taumelscheibe (30) und der Spule (44) angeordnet ist und diese erste Lagerung (46) so vorgesehen ist, daß sie eine Axiallast aufnimmt, die durch die Drehung der Antriebs­ welle (16) verursacht wird und auf diese wirkt, und eine zweite Lagerung (18), die an der Antriebswelle (16) in der Spule (44) vorgesehen ist, wobei die zweite Lagerung (18) so vorgesehen ist, daß sie eine Radiallast aufnimmt, die durch die Drehung der Antriebswelle (16) erzeugt wird und auf diese wirkt und die Spule (44) ein offenes Ende und ein geschlos­ senes Ende aufweist, wobei das offene Ende gegenüber der Tau­ melscheibe (30) vorgesehen ist und das geschlossene Ende von der Taumelscheibe (30) entfernt, wobei eine Nut in dem offe­ nen Ende und/oder der ersten Lagerung (46) vorgesehen ist um eine Passage für das Fluid zu schaffen.

2. Kompressor nach Patentanspruch 1, gekennzeichnet durch ein Element, das die Spule (44) zur Tau­ melscheibe (30) hin drängt.

3. Kompressor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der minimal geneigte Winkel der Taumelscheibe (30) geringfügig von der Ebene senkrecht zur Achse der Antriebswelle (16) abweicht, wobei das Fluid inner­ halb des Kompressors zirkuliert wird wenn die Taumelscheibe (30) in diesem minimal geneigten Winkelzustand gehalten wird.

4. Kompressor nach einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Druckpassage zum Abgeben übermäßi­ gen Druckes in der Kurbelkammer (25) in die Ansaugkammer (35), wobei die Druckpassage eine Passage aufweist, die sich entlang der gesamten Längsrichtung der Antriebswelle (16) er­ streckt um die Kurbelkammer (25) mit einem inneren Raum der Spule (44) zu verbinden und die Passage mit der Ansaugkammer (35) über eine Kammer, angeordnet in der Spule, in Verbindung steht.

5. Kompressor nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebswelle (16) ein erstes Ende und ein zweites Ende aufweist, wobei das erste Ende durch eine zweite Lagerung (18) gelagert wird und das zweite Ende in einer dritten Lagerung (17) gelagert wird um eine Ra­ diallast, die durch die Drehung der Antriebswelle (16) ent­ steht und auf diese wirkt, aufzunehmen.

6. Kompressor nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein erstes Eingriffselement in der Taumelscheibe (30) vorgesehen ist um gegenüber der ersten Lagerung (46) angeordnet zu sein, und ein zweites Eingriffse­ lement an der ersten Lagerung (46) vorgesehen ist um gegen­ über der Taumelscheibe (30) angeordnet zu sein, wobei das er­ ste Eingriffselement entweder einen Vorsprung oder einen Rücksprung umfaßt, und das zweite Eingriffselement entspre­ chend einen Vorsprung oder einen Rücksprung aufweist um mit dem ersten Eingriffselement in Eingriff zu gelangen.

7. Kompressor nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Vorsprung ein im wesentlichen halbsphärisches Ende aufweist.