DE3700919C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Taumelscheibenkompressor gemäß dem Gattungsbegriff des Patentanspruchs 1, insbesondere einen Taumelscheibenkompressor, der zur Verwendung als Kompressor für ein Kältemittel in einer Kraftfahrzeug-Klimaanlage geeignet ist.

Ein derartiger Taumelscheibenkompressor ist aus der DE-OS 24 22 346 bekannt, wobei die rippenförmigen Elemente, die von der Innenfläche der Gehäuse axial in Richtung auf die Ventilplatten und -scheiben vorstehen, im wesentlichen ringförmig ausgebildet sind und als Schmieröl-Leit- und -rückhalte-Einrichtungen dienen. Dabei ist auch eine Kompressor-Ausgestaltung beschrieben, bei der die Ansaugkammer innerhalb der Auslaßkammer des betreffenden Gehäuses angeordnet ist, wodurch sich der Vorteil ergibt, daß die Wellendichtung der Antriebswelle gegenüber der Ansaugkammer des vorderen Gehäuses, in der nur ein niedriger Druck herrscht, nicht isoliert werden muß.

Ferner offenbart die JP 56-27 710 B2 einen 6-Zylinder-Taumelscheibenkompressor, bei dem diese Anordnung der Ansaug- und Auslaßkammern realisiert ist. Die Ansaug- und Auslaßkammern sind dabei einfach als eine innere Kammer und eine äußere ringförmige Kammer ausgebildet, die voneinander durch eine kreisringförmige Trennwand getrennt sind.

Ausgehend von dieser Konstruktion, wurde der Versuch unternommen, Kompressoren mit einer erhöhten Anzahl von Zylindern und/oder einem erhöhten Auslaßdruck zu bauen, um bei hoher Ausgangsleistung des Kompressors einen möglichst gleichmäßigen Druck des Kältemittels auf der Auslaßseite desselben zu erreichen. Dabei zeigte es sich, das mit den bekannten Konstruktionen Dichtungsprobleme auftraten, nämlich Leckströme des komprimierten Kältemittels in den Ansaugbereich des Kompressors, wodurch nicht nur die Förderleistung, sondern auch der Wirkungsgrad ungünstig beeinflußt wurde.

Ausgehend vom Stand der Technik und der vorstehend aufgezeigten Problematik, liegt der Erfindung daher die Aufgabe zugrunde, einen verbesserten Kompressor anzugeben, der auch bei einer erhöhten Anzahl von Zylinderbohrungen Leckströme zwischen Saug- und Druckseite vermeidet und mit gutem Wirkungsgrad arbeitet.

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

Die spezielle Ausbildung und Anordnung der Vorsprünge erfolgt erfindungsgemäß, um die Ventilplatten und -scheiben gegen den Druck des Kältemittels nach der Kompression desselben in den Zylinderbohrungen der zusammengebauten Zylinderblöcke in ihrer Lage zu halten.

Es ist ein besonderer Vorteil des erfindungsgemäßen Kom­ pressors, daß auch bei hoher Zylinderzahl Leckströme zwi­ schen der Saugseite und der Druckseite des Kompressors zu­ verlässig vermieden werden können und daß damit ein hoher Wirkungsgrad des Kompressors erreichbar ist.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand von Unteransprüchen.

Die Erfindung wird nachstehend anhand von Zeichnungen noch näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine Seitenansicht einer bevorzugten Ausführungs­ form eines Taumelscheibenkompressors gemäß der Erfindung, wobei einige Teile weggebrochen und andere im Schnitt dargestellt sind;

Fig. 2 eine schematische Innenansicht eines Gehäuses des Kompressors gemäß Fig. 1, gesehen von der Linie II-II in dieser Figur;

Fig. 3 eine schematische Stirnansicht eines weiteren Ge­ häuses des Kompressors gemäß Fig. 1, gesehen von der Linie III-III in dieser Figur und

Fig. 4 eine der Darstellung gemäß Fig. 2 entsprechen­ de Stirnansicht eines Kompressors ohne zusätz­ liche Abdichteinrichtungen, wie sie bei einem erfindungsgemäßen Kompressor vorgesehen sind.

Im einzelnen zeigen Fig. 1 bis 3 einen erfindungsgemäßen Taumelscheibenkompressor in Form eines 10-Zylinder-Kompres­ sors mit fünf Doppelkolben 9, die in axialer Richtung in fünf vorderen und fünf hinteren, axial miteinander fluch­ tenden Zylinderbohrungen 10 hin- und herbewegbar sind. Der Kompressor besitzt einen vorderen Zylinderblock 2 und einen hinteren Zylinderblock 3, die axial miteinander fluchten und hermetisch dichtend miteinander verbunden sind. Ein vorderes Gehäuse 4 a und ein hinteres Gehäuse 4 b sind an den axialen Stirnflächen der zusammengebauten Zylin­ derblöcke 2 und 3 derart angeordnet, daß sie die Enden der Zylinderbohrungen 10 der Zylinderblöcke 2 und 3 dicht schließen. Zwischen dem vorderen und dem hinteren Gehäuse 4 a bzw. 4 b und den Enden der zusammengebauten Zylinder­ blöcke 2 und 3 sind jeweils Ventilplatten angeordnet - Fig. 1 zeigt lediglich eine vordere Ventilplatte 5. Jede der Ventilplatten, beispielsweise die vordere Ventilplatte 5, ist an beiden Seiten mit konventionellen Einlaß- und Auslaßventilscheiben versehen, welche in Abhängigkeit von der Hin- und Herbewegung der Doppelkolben 9 öffnen und schließen. Die Zylinderblöcke 2 und 3, das vordere und das hintere Gehäuse 4 a bzw. 4 b, die vordere und die hintere Ven­ tilplatte, die Einlaß- und die Auslaß-Ventilscheiben sind in axialer Richtung hintereinander angeordnet und durch mehrere lange, auf den Umfang verteilte Maschinenschrauben 6 verbunden, von denen in Fig. 1 lediglich eine gezeigt ist und welche durch durchgehende Bohrungen 14 hindurch von dem vorderen bis zum hinteren Ende des Kompressors reichen. Die Schrauben 6 sind stramm in das hintere Gehäuse 4 b eingeschraubt, so daß das Innere des Kompressors gegenüber der Umgebung hermetisch abgedichtet ist. Eine Antriebswelle 7 ist durch Drehlager im vorderen und im hinteren Gehäuse 4 a bzw. 4 b drehbar gelagert. Die Antriebswelle 7 trägt eine Taumelscheibe (nicht gezeigt), welche zusammen mit der Welle 7 in einer Taumelscheibenkammer 8 drehbar ist. Die Taumelscheibe steht mit jedem der Kolben 9 in Eingriff und bewirkt bei ihrer Drehung aufgrund einer Drehung der Welle 7 eine Hin- und Herbewegung der Kolben 9 in den Zylinder­ bohrungen 10. Das vordere Gehäuse 4 a definiert eine äußere Auslaßkammer 11 a und eine radial innerhalb dieser Auslaß­ kammer liegende Ansaugkammer 12 a, die von der Auslaßkammer 11 a durch eine Trennwand 13 a getrennt ist, welche als un­ regelmäßige, fünfeckige Wand ausgebildet ist, die in axia­ ler Richtung innerhalb der Innenfläche des vorderen Gehäu­ ses 4 a liegt, wie dies besonders aus Fig. 2 deutlich wird. Die Ausbildung der unregelmäßig fünfeckigen Form der Wand 13 a ergibt sich aufgrund der Notwendigkeit, fünf Augen vor­ zusehen, welche jeweils eine durchgehende Öffnung 14 für eine der Schrauben 6 umschließen, sowie aufgrund der Not­ wendigkeit, die fünf Ansaugöffnungen 15 a in der Ventil­ platte 5 in gleichen Winkelabständen anzuordnen, damit sie eine Verbindung zwischen den vorderen Zylinderbohrungen 10 und der vorderen Ansaugkammer 12 a schaffen können. Eine zylindrische Dichtungskammer 17 zur Aufnahme einer Wellen­ dichtung 16 ist in der Mitte des vorderen Gehäuses 4 a aus­ gebildet und steht ohne Störung durch die Trennwand 13 a in Fluidverbindung mit der Ansaugkammer 12 a. Mehrere - beim Ausführungsbeispiel fünf - axiale Einlaßkanäle 18 gehen durch die Zylinderblöcke 2 und 3, die vordere und die hin­ tere Ventilplatte und die Einlaß- und Auslaßventilschei­ ben hindurch, um eine Fluidverbindung zwischen der Taumel­ scheibenkammer 8 und der Ansaugkammer 12 a des vorderen Ge­ häuses 4 a sowie der weiter hinten noch beschriebenen Ansaug­ kammer 12 b (Fig. 3) des hinteren Gehäuses 4 b herzustellen.

Jeder der fünf Einlaßkanäle 18, die in Umfangsrichtung rings um die Mittelachse der zusammengebauten Zylinder­ blöcke 2, 3 angeordnet sind, liegt zwischen zwei angren­ zenden Zylinderbohrungen 10, und zwar angrenzend an die inneren Randbereiche derselben. Ferner sind im vorderen Gehäuse 4 a mehrere - beim Ausführungsbeispiel fünf - Stützrippen 19 a derart ausgebildet, daß jede der Stütz­ rippen 19 a zwischen den Öffnungen zweier benachbarter Ein­ laßkanäle 18 liegt, wie dies besonders aus Fig. 2 deutlich wird. Die Stützrippen 19 a sind einstückig mit dem vorderen Gehäuse 4 a ausgebildet und wirken mit der oben erwähnten Trennwand 13 a zusammen, um in axialer Richtung eine starre Abstützung der vorderen Ventilplatte 5 und der zugeordne­ ten Einlaß- und Auslaß-Ventilscheiben gegen den hohen Druck des Kältemittels zu gewährleisten, der in den Zylinder­ bohrungen 10 herrscht. An dieser Stelle soll darauf hinge­ wiesen werden, daß, wie Fig. 3 zeigt, das hintere Gehäuse 4 b einen ähnlichen inneren Aufbau besitzt wie das vordere Gehäuse 4 a gemäß Fig. 2, mit dem Unterschied, daß in dem hinteren Gehäuse 4 b keine Dichtungskammer für die Wellen­ dichtung vorgesehen ist. Folglich sind entsprechende Ele­ mente und Teile des hinteren Gehäuses 4 b, beispielsweise die Auslaßkammer, die Ansaugkammer, die Trennwand und die Stützrippen, mit denselben Bezugszeichen versehen wie beim vorderen Gehäuse 4 a, jedoch jeweils mit dem Zusatz "b".

Bei dem vorstehend beschriebenen Taumelscheibenkompressor gemäß Fig. 1 bis 3 wird das Kältemittel, welches aus dem Kreislauf einer Klimaanlage zum Kompressor zurückfließt, über eine Einlaßöffnung in die Taumelscheibenkammer 8 des Kompressors geleitet und schmiert die Taumelscheibe und andere Gleitelemente innerhalb der Taumelscheibenkammer mit Hilfe eines Schmiermittels, welches in dem Kältemittel suspendiert ist. Das Kältemittel wird anschließend in die Ansaugkammern 12 a und 12 b des vorderen bzw. des hinteren Gehäuses 4 a bzw. 4 b geleitet, und zwar über die Einlaß­ kanäle 18. Das Kältemittel wird dann in die Zylinderbohrun­ gen 10 des vorderen und des hinteren Zylinderblockes 2 bzw. 3 gepumpt, wenn die Ansaugventile der vorderen und der hin­ teren Ventilscheibe in Abhängigkeit von der Hin- und Her­ bewegung der Doppelkolben 9 geöffnet werden, die durch die Drehung der Taumelscheibe bzw. der Antriebswelle 7 hervor­ gerufen wird. Das Kältemittel wird dann in den Zylinder­ bohrungen 10 komprimiert. Das komprimierte Kältemittel wird anschließend aus den Zylinderbohrungen 10 in die Aus­ laßkammern 11 a und 11 b des vorderen bzw. des hinteren Ge­ häuses 4 a bzw. 4 b gepumpt, wenn die Auslaßventile der vor­ deren und der hinteren Ventilscheibe in Abhängigkeit von einer weiteren Bewegung der Kolben 9 geöffnet werden. An­ schließend wird das komprimierte Kältemittel aus den Aus­ laßkammern 11 a und 11 b über Auslaßkanäle (nicht gezeigt) und eine Auslaßöffnung (nicht gezeigt) dem äußeren Kreis­ lauf der Klimaanlage zugeführt.

Es ist zu beachten, daß der hohe Druck des Kältemittels, wenn dieses aufgrund der Hin- und Herbewegung der Doppel­ kolben 9 in den Zylinderbohrungen 10 komprimiert wird, auf die Ventilplatten und die Ventilscheiben einwirkt, die angrenzend an die Stirnflächen der Zylinderblöcke 2 und 3 angeordnet sind. Folglich sind diejenigen Teile der Ventilplatten und der Ventilscheiben, die den Ansaugkam­ mern 12 a und 12 b gegenüberliegen und die sich im Abstand von den Spannschrauben 6 befinden, dem hohen Druck des Kältemittels in einer Richtung ausgesetzt, in der sie von den Stirnflächen der Zylinderblöcke 2 und 3 abgehoben wür­ den. Dies hat zur Folge, daß bezüglich dieser Bereiche der Ventilplatten und der Ventilscheiben das Risiko besteht, daß diese mechanisch verformt und nach außen ausgelenkt werden, so daß die Dichtwirkung zwischen den Enden der Zy­ linderblöcke 2 und 3 und den Ventilplatten und -scheiben verloren gehen kann. Insbesondere führt der Verlust der Dichtwirkung bei einem 10-Zylinder-Taumelscheibenkompres­ sor, der gemäß Fig. 4 ausgebildet ist, im Bereich der Materialstege zwischen den Zylinderbohrungen 10 und den Kanälen 18 - die Spalte sind in Fig. 4 mit dem Bezugs­ zeichen s bezeichnet - dazu, daß das komprimierte Kälte­ mittel aufgrund der fehlenden Dichtwirkung direkt zu den Einlaßkanälen 18 strömt, die sehr dicht an den Zylinder­ bohrungen 10 angeordnet sind. Aufgrund des internen Auf­ baus des erfindungsgemäßen Kompressors halten jedoch die einzelnen Stützrippen 19 a und 19 b des vorderen und des hinteren Gehäuses 4 a bzw. 4 b die vorderen und hinteren Ventilplatten und -scheiben starr an den Stirnflächen der Zylinderblöcke 2, 3 fest, so daß eine Verformung der genannten Platten durch das unter hohem Druck stehen­ de Kältemittel vermieden wird. Dies ist darauf zurückzu­ führen, daß die Stützrippen 19 a und 19 b winkelmäßig in solchen Positionen angeordnet sind, daß sie die zwischen benachbarten Einlaßkanälen 18 liegenden Bereiche der vorderen und hinteren Ventilplatten und -scheiben ab­ stützen, wodurch eine hermetische Abdichtung zwischen den Stirnflächen der Zylinderblöcke 2, 3 und den genann­ ten Ventilplatten und -scheiben verstärkt und sicher aufrechterhalten wird. Leckströme des komprimierten Kältemittels von den Zylinderbohrungen zu den Einlaßkanä­ len können somit vollständig vermieden werden. Da die einzelnen Stützrippen 19 a und 19 b als vereinzelte Vorsprün­ ge ausgebildet und im Abstand voneinander angeordnet sind, ergibt sich darüber hinaus für das Kältemittel (vor der Kompression) in den Ansaugkammern 12 a und 12 b kein erhöhter Strömungswiderstand.

Aus der vorstehenden Beschreibung des bevorzugten Aus­ führungsbeispiels der vorliegenden Erfindung wird deutlich, daß erfindungsgemäß eine verbesserte interne Abdichtung des Taumelscheibenkompressors erreicht wird. Hierdurch wird gewährleistet, daß kein Absinken der Kompressionsleistung des Kompressors eintritt und daß folglich die Klimaanlage, zu der der Kompressor gehört, stets mit hohem Wirkungsgrad arbeiten kann.

Zum besseren Verständnis der Erfindung wird nachstehend auf Fig. 4 der Zeichnung eingegangen, welche das vordere Gehäuse 4 eines Kompressors zeigt, der im wesentlichen ebenso aufgebaut ist wie der Kompressor gemäß der Erfin­ dung, wobei jedoch keine besonderen Abdichteinrichtungen vorgesehen sind.

Im einzelnen zeigt Fig. 4, daß in dem vorderen Gehäuse eine im wesentlichen fünfeckige, innen liegende Ansaug­ kammer 12 vorgesehen ist, welche von einer äußeren ring­ förmigen Auslaßkammer 11 umgeben ist, die von der Ansaug­ kammer 12 durch eine nicht-kreisförmige, aus bogenförmi­ gen Abschnitten zusammengesetzte Trennwand 13 getrennt ist. Die fünfeckige Ausbildung der Ansaugkammer 12 ergibt sich aufgrund der Notwendigkeit, an dem Gehäuse 4 für die fünf durchgehenden Bohrungen 14 des insgesamt zehn Zylin­ der aufweisenden Kompressors jeweils ein verstärktes Auge vorzusehen. Wenn bei der Gehäusekonstruktion gemäß Fig. 4 das Kältemittel in den Zylinderbohrungen 10 komprimiert wird, dann wird eine Ventilplatte, die zwischen der Stirn­ fläche des vorderen Zylinderblocks und dem vorderen Gehäu­ se 4 angeordnet ist, dem hohen Druck des Kältemittels aus­ gesetzt, so daß der zentrale Teil der Ventilplatte, nämlich der an die Ansaugkammer 12 angrenzende Teil derselben, in dem die Spannkraft der die Bohrungen 14 durchgreifenden Spannschrauben nicht so wirksam ist wie am Rand der Ventil­ platte, derart verformt wird, daß er sich von der Stirn­ fläche des angrenzenden Zylinderblocks abhebt. Die eintre­ tende Deformation der Ventilplatte ist dabei in den weiter von der Trennwand 13 entfernten Bereichen größer als in den übrigen Bereichen. Dies liegt daran, daß die Trennwand 13 selbst eine Verformung der ihr benachbarten Bereiche der Ventilplatte verhindert. Da die Einlaßkanäle 18, wel­ che die Ansaugkammer 12 mit der Taumelscheibenkammer ver­ binden, in dem vorderen Zylinderblock derart angeordnet sind, daß sie zwischen jeweils zwei benachbarten Zylinder­ bohrungen 10 liegen, befinden sie sich dicht bei den Be­ reichen der Ventilplatte, die durch das unter hohem Druck stehende Kältemittel verformt werden können. Bei einer großen Anzahl von Zylinderbohrungen ergeben sich aber nur geringe Abstände zwischen diesen und den Einlaßkanä­ len, so daß eine relativ geringe Verformung der Ventil­ platte ausreicht, um im Bereich der relativ schmalen Materialstege zwischen den Zylinderbohrungen 10 und den Einlaßkanälen 18 einen Spalt s zu öffnen. Durch diesen Spalt fließt ein Teil des komprimierten Kältemittels in die Einlaßkanäle, wodurch die Förderleistung des Kompres­ sors verringert wird. Da das komprimierte Kältemittel außer­ dem eine relativ hohe Temperatur hat, wird gleichzeitig auch der Wirkungsgrad des Kompressors verringert. Dadurch wird der Wirkungsgrad der Klimaanlage insgesamt beein­ trächtigt. Diese Nachteile werden durch die weiter vorn erläuterte erfindungsgemäße Konstruktion mit speziellen Abdichteinrichtungen zuverlässig vermieden. Durch die spe­ zielle Ausgestaltung der Trennwand zwischen Ansaug- und Auslaßkammer, nämlich durch die bogenförmig nach innen vorspringenden Randbereiche, ergibt sich dabei der zusätz­ liche Vorteil, daß die Ventilplatte und die daran angren­ zenden Ventilscheiben mit den üblicherweise ausgestanzten Ventilfederelementen dicht bei den Einlaßkanälen 18 zu­ sätzlich gegen eine Verformung abgestützt werden, so daß sich rings um jeden Ansaugkanal 18 in Winkelabständen von etwa 120° insgesamt drei Abstützbereiche aufgrund der Stützrippen und der nach innen gewölbten Trennwandbe­ reiche ergeben.

Claims (3)

1. Taumelscheibenkompressor mit zwei in axialer Richtung hintereinander liegenden Zylinderblöcken, in denen mehrere Zylinderbohrungen und eine Taumelscheibenkammer vorgesehen sind, mit jeweils einem Gehäuse an jeder der äußeren Stirnflächen der Zylinderblöcke, wobei jedes Gehäuse eine innen liegende Ansaugkammer zum Ansaugen eines Kältemittels vor der Kompression desselben und eine außen liegende Auslaßkammer für das komprimierte Kältemittel aufweist und wobei jedes Gehäuse ferner eine Trennwand umfaßt, welche die innen liegende Ansaug­ kammer von der außen liegenden Auslaßkammer trennt, mit Ventilplatten und -scheiben zwischen jedem der Ge­ häuse und der Stirnfläche des angrenzenden Zylinder­ blockes, mit Spannschrauben, welche die Gehäuse, die Ventilplatten und -scheiben und die Zylinderblöcke in axialer Richtung dichtend zusammenspannen, mit einer in axialer Richtung durch die von den zusammengebauten Zylinderblöcken definierte Taumelscheibenkammer hin­ durchgehenden Antriebswelle, mit einer in der Taumel­ scheibenkammer auf der Antriebswelle sitzenden Taumel­ scheibe, mit mehreren Kolben, die mit der Taumelscheibe derart in Eingriff stehen, daß sie in den Zylinder­ bohrungen zu einer Hin- und Herbewegung antreibbar sind, und mit mehreren Einlaßkanälen, welche durch die zusammengebauten Zylinderblöcke sowie die Ventil­ platten und -scheiben hindurchgehen, um eine Verbindung zwischen der Taumelscheibenkammer und den Ansaugkam­ mern in den beiden Gehäusen herzustellen und mit rippenförmigen Elementen, die von der Innenfläche der Gehäuse axial in Richtung auf die Ventilplatten und -scheiben vorstehen, dadurch gekennzeichnet, daß die rippenförmigen Elemente als interne Abdichteinrichtungen in Form von Stützrippen (19 a, 19 b) ausgebildet sind, die als separate, axial von der Innenfläche der Gehäuse (4 a, 4 b) nach innen abstehende Vorsprünge derart im Abstand voneinander angeordnet sind, daß jeder der Bereiche der Ventilplatte und -scheiben, welcher durch einen dieser Vorsprünge abgestützt wird, einem der Einlaßkanäle (18) und einer der Zylinderbohrungen (10) eng benachbart ist.

2. Taumelscheibenkompressor nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Stützrippen (19 a, 19 b) derart angeordnet sind, daß sie diejenigen Teile der Ventilplatten und -scheiben starr abstützen, welche den innen liegenden Ansaugkammern (12 a, 12 b) der Gehäuse (4 a, 4 b) gegenüberliegen, und daß die Stützrippen (19 a, 19 b) radial im Abstand von den Spannschrauben (6) angeordnet sind.

3. Taumelscheibenkompressor nach Anspruch 1 oder 2, da­ durch gekennzeichnet, daß die Trennwand (13 a, 13 b) jedes der Gehäuse (4 a, 4 b) als unregelmäßiges Vieleck mit einer der Anzahl der angrenzenden Zylinderbohrungen (10) entsprechenden Anzahl von Ecken ausgebildet ist, die sich im Bereich der Ansaugöffnungen (15 a, 15 b) der angrenzenden Ventilplatte befinden, und daß die zwischen benachbarten Ansaugöffnungen (15 a, 15 b) befindlichen Wandbereiche der Trennwand (13 a, 13 b) bogenförmig radial nach innen gekrümmt sind.