DE3803187A1 - Rotationskolbenkompressor mit variabler foerderleistung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Rotationskolbenkompressor gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Drehkolbenkompressoren mit variabler Förderleistung werden insbesondere als Kältemittelkompressoren für Kraftfahrzeug­ klimaanlagen eingesetzt. Bei einem solchen Kompressor wird eine relativ hohe Ausgangsleistung benötigt, wenn die Klimaanlage mit hoher Kühlleistung arbeitet, um die Temperatur der Fahrzeugkabine eines Kraftfahrzeugs herunter­ zukühlen. Eine derart hohe Ausgangsleistung ist jedoch normalerweise nicht mehr erforderlich, wenn das System während des normalen Kühlbetriebs lediglich eine angenehme Temperatur aufrechterhalten soll, nachdem die gewünschte Temperatur erst einmal erreicht ist. Zu diesem Zeitpunkt ist es daher wünschenswert, die Leistung des Kompressors zu reduzieren.

In der JP-OS-61-76 792 ist ein Rotationskolbenkompressor mit variabler Leistung beschrieben, welcher eine Förder­ leistungs-Steuerscheibe umfaßt, die drehbar an der Grenzfläche zwischen einer vorderen Platte des Kompressors und dem Zylinder bzw. Rotor angeordnet ist, und eine axial durchgehende Öffnung besitzt, die nachstehend als zweite Öffnung bezeichnet wird. Die vordere Platte hat dabei eine erste axial durchgehende Öffnung zum Zuführen des zu komprimierenden Gases, welche zusammen mit der zweiten axial durchgehenden Öffnung der Steuerscheibe einen durchgehenden Einlaßkanal für das zu komprimierende Gas bildet. Durch Schwenken der Steuerscheibe läßt sich der freie Querschnitt des Einlaßkanals bei dem bekannten Kompressor zur Änderung der Förderleistung ändern.

Eine bei dem bekannten Kompressor vorgesehene Betätigungs­ vorrichtung zum Verstellen der Steuerscheibe umfaßt einen Steuerzylinder in der vordern Platte und einen Kolben, mit dem die Steuerscheibe verbunden ist, und der in dem Steuer­ zylinder so eingesetzt ist, daß er hin- und herbeweglich ist. Auf den beiden Seiten des Steuerzylinders befinden sich eine erste und eine zweite Arbeitskammer und ein Ölkanal ver­ bindet die zweite Arbeitskammer in der Nähe ihres unteren Endes mit einer Ölabscheidekammer, so daß der Arbeitskammer flüssiges Öl mit einem dem Gasauslaßdruck des Kompressors entsprechenden Druck zugeführt werden kann. Dabei ist in dem Ölkanal ein Ventil angeordnet, welches in Abhängigkeit vom Gaseinlaßdruck betätigt wird, um den Ölkanal zu öffnen oder zu schließen. Die Druckänderungen des Einlaßdruckes werden dabei von Laständerungen des Kühlsystems hervor­ gerufen. Ferner verbindet ein Leckkanal die zweite Arbeits­ kammer mit der Einlaßkammer, um den Öldruck in der zweiten Arbeitskammer abzubauen, wenn das Ventil geschlossen ist.

Die erste Arbeitskammer ist über einen engen Kanal mit den Nuten des Rotors verbunden, in die die Flügel eingesetzt sind, wobei diese Nuten ihrerseits über einen Lager-Schmier­ kanal mit der Ölabscheidekammer in der Nähe des Bodens der­ selben verbunden sind. Daher wird das Öl von der Abscheide­ kammer mit dem Gasauslaßdruck zugeführt, wobei der Druck sich jedoch verringert, wenn das Öl die Flügelnuten und den Lager-Schmierkanal passiert, so daß das Öl der ersten Kammer mit einem mittleren Druck zugeführt wird.

Bei dem bekannten Kompressor ergeben sich insofern Probleme, als das in der ersten Arbeitskammer befindliche Öl die Tendenz hat, zurückzufließen, wenn das Ventil den Ölkanal öffnet, und das unter dem Gasauslaßdruck stehende Öl fließt in die zweite Arbeitskammer. Dies bewirkt eine unerwünscht schnelle Bewegung des Kolbens und der Steuerscheibe sowie eine abrupte Änderung der Förderleistung des Kompressors von gering auf hoch. Außerdem kann das Öl, wenn das Ventil den Ölkanal schließt, aus der zweiten Arbeitskammer über den Leckkanal in die Einlaßkammer abfließen, so daß der Druck in der zweiten Arbeitskammer abnimmt, wodurch eine unerwünscht schnelle Bewegung des Kolbens und der Steuer­ scheibe herbeigeführt wird und eine abrupte Änderung der Förderleistung des Kompressors von einer hohen Förder­ leistung auf eine niedrige Förderleistung. Dies führt zu unerwünschten Schwankungen der Lufttemperatur am Verdampfer des Systems und beeinträchtigt die angenehme Wirkung einer Klimaanlage.

Ausgehend vom vorstehend erläuterten Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Kompressor der eingangs angegebenen Art dahingehend zu verbessern, daß plötzliche Änderungen der Kühl- und Förderleistung und mit Belastung des Antriebsaggregates vermieden werden.

Diese Aufgabe wird bei einem gattungsgemäßen Rotationskolben­ kompressor mit den Merkmalen des kennzeichnenden Teils des Patentanspruchs 1 gelöst.

Es ist ein besonderer Vorteil des Rotationskolbenkom­ pressors gemäß der Erfindung, daß beim Öffnen der zweiten Kanaleinrichtungen durch das Ventil unter dem Gasauslaß­ druck stehendes Öl aus der Ölabscheidekammer in die zweite Arbeitskammer eingeführt wird, so daß der Kolben durch den hydraulischen Druck in der zweiten Arbeitskammer und die Kraft der dort vorgesehenen Feder in Richtung auf die erste Arbeitskammer bewegt wird. In diesem Fall ist in der ersten Arbeitskammer normalerweise ein unter dem Auslaß­ druck stehendes Gas vorhanden, und zwar über den ersten Kanal, welcher als Dämpfungseinrichtung dient. Dies be­ deutet, daß das Gas in der ersten Arbeitskammer zeitweilig zusammengepreßt wird und einen höheren Druck annimmt, während der Kolben der Reaktionskraft des erhöhten Druckes ausgesetzt ist. Der Kolben bewegt sich daher nur allmählich in Richtung auf die erste Arbeitskammer, so daß die Förder­ leistung des Kompressors entsprechend langsam erhöht wird. Durch den Leckkanal wird der Druck in der zweiten Arbeits­ kammer, welcher das unter dem Gasauslaßdruck stehende Öl zugeführt wird, auf einen mittleren Druck abgebaut.

Wenn andererseits das Ventil in den zweiten Kanaleinrichtungen schließt während der Kompressor mit hoher Förderleistung arbeitet, und wenn dadurch die weitere Ölzufuhr aus der Ölabscheidekammer gesperrt wird, dann baut sich der Druck in der zweiten Arbeitskammer allmählich über den Leckkanal auf einen niedrigeren Pegel ab. Somit drückt der Gasdruck in der ersten Arbeitskammer entgegen der in der zweiten Arbeitskammer erzeugten Federkraft in Richtung auf die zweite Arbeitskammer, wobei sich der Kolben nur allmählich in Richtung auf die zweite Arbeitskammer bewegt und die Förderleistung des Kompressors kontinuierlich auf ein niedrigeres Niveau abgesenkt wird.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand von Unteransprüchen.

Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung werden nachstehend anhand von Zeichnungen noch näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine bevorzugte Aus­ führungsform eines Rotationskolbenkompressors mit variabler Förderleistung gemäß der Erfindung längs der Linie I-I in Fig. 3;

Fig. 2 eine Draufsicht auf eine Steuerscheibe des Kom­ pressors gemäß Fig. 1, gesehen von einer vorderen Abschlußplatte des Kompressors;

Fig. 3 einen Querschnitt durch den Kompressor gemäß Fig. 1 längs der Linie III-III in dieser Fig. ;

Fig. 4 einen Querschnitt durch den Kompressor gemäß Fig. 1 längs der Linie IV-IV in dieser Fig. und

Fig. 5 einen Teilquerschnitt durch den Kompressor gemäß Fig. 1 längs der Linie V-V in Fig. 4.

Im einzelnen zeigt Fig. 1 einen Drehkolbenkompressor 10 mit variabler Förderleistung gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung, welcher ein äußeres Gehäuse besitzt, das aus einem vorderen Gehäuse 12 und einem damit verbundenen hinteren Gehäuse 14 zusammengesetzt ist. In dem Gehäuse 12, 14 befindet sich ein Zylinder 16 mit einer im Querschnitt länglichen bzw. elliptischen Zylinder­ bohrung 18 (Fig. 3), wobei die Zylinderbohrung 18 mittels einer vorderen Platte 20 und einer hinteren Platte 22 ver­ schlossen ist, die beide an dem Zylinder befestigt sind. Diese Zylinderanordnung 16, 20, 22 ist fest in dem äußeren Gehäuse 12, 14 montiert.

Das vordere Gehäuse 12 besitzt einen Einlaß 24 für ein zu komprimierendes Gas, insbesondere ein gasförmiges Kälte­ mittel, wenn der Kompressor 10 in einer Klimaanlage einge­ setzt werden soll. Der Einlaß 24 ist an der Mantelfläche des vorderen Gehäuses 12 vorgesehen und führt zu einer Einlaßkammer 26 im Inneren des vorderen Gehäuses 12 und auf der Vorderseite der vorderen Platte 20. In dem hinteren Gehäuse 14 ist eine Auslaßkammer 28 ausgebildet, welche den Zylinder 16 im Bereich seiner konturierten Mantelfläche umgibt (Fig. 3). Die Auslaßkammer 28 steht über einen Kanal 32 in der hinteren Platte 22 mit einem Auslaß 30 in Verbindung. Das hintere Gehäuse 14 bildet ferner eine Ölabscheidekammer 34 auf der Außenseite der hinteren Platte 22. Das Öl ist als feiner Nebel in dem zu komprimierenden Gas enthalten und sammelt sich teilweise am Boden der Ölabscheidekammer 34. Der Einlaß 24 und der Auslaß 30 sind mit einem Kühlsystem bzw. mit der Klima­ anlage eines Kraftfahrzeugs verbunden.

Wie aus Fig. 1 in Verbindung mit Fig. 3 deutlich wird, ist in dem Zylinder 16 ein zylindrischer Drehkolben bzw. Rotor 36 angeordnet, dessen Durchmesser im wesentlichen der kurzen Achse der elliptischen Zylinderbohrung 18 ent­ spricht, wodurch zwei einander diametral gegenüberliegende mondsichelförmige Kammern 38 definiert werden. Der Rotor 36 besitzt mehrere - beim Ausführungsbeispiel vier - Flügel­ nuten 40, welche über die gesamte Länge des Rotors 36 durchgehen, in radialer Richtung verlaufen und nach außen offen sind. In jede der Nuten 40 ist ein Kompressorflügel 42 derart gleitverschieblich eingesetzt, daß die Außenkante des Flügels 42 in Gleitkontakt mit der Innenfläche des Zylinders 16 steht und die sichelförmigen Kammern 38 in Kompressionskammern 44 unterteilt.

Wie Fig. 1 zeigt, besitzen die vordere und die hintere Platte 20 bzw. 22 zentrale Naben, um eine zu einer Drehbewegung antreibbare Welle 46 dort mittels Lagern 48 bzw. 50 drehbar zu lagern. Auf der Welle 46 ist der Rotor 36 drehfest montiert und die Welle 46 durchgreift das vordere Gehäuse 12, so daß sie auf dessen Außenseite mit einem externen Antrieb (nicht gezeigt) verbunden werden kann. Zwischen dem vorderen Gehäuse 12 und der Welle 46 ist eine Dichtung 52 zum Abdichten der Einlaßkammer 26 vorgesehen.

Wie in Fig. 1, 3 und 4 gezeigt, besitzt die vordere Platte 20 zwei einander diametral gegenüberliegende axiale Durchbrüche bzw. Öffnungen 54, welche bogenförmig und konzentrisch zur Welle 46 ausgebildet sind. Der Zylinder 16 besitzt ein entsprechendes zweites Paar von axial verlaufenden Öffnungen 56. Die Öffnungen 54 und 56 können folglich einen durch­ gehenden Einlaßkanal zum Einführen von Gas aus der Einlaß­ kammer 26 in die Kompressionskammern 44 der sichelförmigen Räume 38 bilden, wobei zwischen den Öffnungen eine nach­ stehend noch näher zu beschreibende Steuerscheibe 62 angeordnet ist.

Wie Fig. 3 zeigt, ist die Anordnung der Zylinderöffnungen 56 in Umfangsrichtung so gewählt, daß jede dieser Öff­ nungen 56 in der Nähe einer oberen Position T beginnt, wo die Außenfläche des Rotors 36 der Innenfläche des Zylinders 16 am engsten benachbart ist. Ferner erstreckt sich die Öffnung 56 in Umfangsrichtung in der Drehrichtung des Rotors 36, die durch den Pfeil A angedeutet ist. Einlaßöffnungen 58 erstrecken sich ausgehend von den Öffnungen 56 radial nach innen in den Zylinder 16 hinein und reichen bis zur Innenfläche desselben.

Die vordere Platte 20 besitzt auf ihrer dem Zylinder 16 zugewandten Innenseite eine ringförmige Aussparung 60, in welche die oben erwähnte Steuerscheibe 62 drehbar eingepaßt ist, derart daß sie eben mit der Innenseite der vorderen Platte fluchtet. Die Steuerscheibe 62 besitzt außerdem zwei axial verlaufende Öffnungen 64 - vgl. Fig. 1 und 2 - welche ebenfalls bogenförmig ausge­ bildet sind, jedoch in radialer Richtung eine größere Breite als die Öffnungen 54 in der vorderen Platte 20 und die Öffnungen 56 in dem Zylinder 16 besitzen. Die radial äußeren Kanten der Öffnungen 64 verlaufen im wesentlichen fluchtend mit den Außenkanten der Öffnungen 54, 56; die inneren Kanten der Öffnungen 64 reichen jedoch weiter nach innen und etwas über die Innenfläche des Zylinders 16 hinaus, wie dies in Fig. 3 sichtbar ist. Weiterhin haben die Öffnungen 64 in Umfangsrichtung eine ähnliche Länge wie die Öffnungen 54 und 56 und überlappen die Öffnungen 54, 56 folglich derart, daß durchgehende Einlaßkanäle gebildet werden, wobei die Öffnungen 64 der Steuerplatte 62 jedoch in Umfangsrichtung etwas gegen­ über den Öffnungen 54, 56 versetzt sind. Das Ausmaß der Überlappung der Öffnungen 54, 56, 64 kann dabei durch Verdrehen der Steuerscheibe 62 gesteuert werden.

Wie Fig. 3 zeigt, sind in dem Zylinder 16 Auslaßöffnungen 66 vorgesehen, und zwar in Drehrichtung vor der oberen Position T, um die Kompressionskammern 44 mit der Auslaß­ kammer 28 zu verbinden. Dabei sind an der Außenseite der Auslaßöffnungen bzw. -schlitze 66 Rückschlagventile 68 in Form von Blattfedern angeordnet.

Wie Fig. 1 zeigt, ist die hintere Platte 22 mit einem Ölkanal 70 versehen, der vom Boden der Abscheidekammer 34 zu dem hinteren Lager 50 führt und zu einem ringförmigen Ölkanal 72 in Form einer Aussparung auf der Innenseite der hinteren Platte 22, wobei dieser ringförmige Kanal 72 in Verbindung mit den Flügelnuten 40 steht (Fig. 3). In entsprechender Weise besitzt die vordere Platte auf ihrer Innenseite einen ringförmigen Ölkanal 72. Das Öl wird aus der Ölabscheidekammer 34 zwangsweise unter der Wirkung des Auslaßdruckes des Kompressor durch den Öl­ kanal 70 dem hinteren Lager 50 zugeführt, um diese zu schmieren, und wird dann dem ringförmigen Ölkanal 72 zugeführt, um den Flügelnuten 40 Öl zuzuführen und (über diese Nuten) dem ringförmigen Ölkanal 74 am anderen Ende, um die Gleitflächen zwischen den Platten 20, 22 einerseits und dem Rotor 36 mit seinen Flügeln 42 andererseits zu schmieren. Das Öl dient ferner dazu, die Flügel 42 vom Nutgrund der Flügelnuten 40 anzuheben und auf diese Weise einen guten Kontakt zwischen der Außenkante der Flügel und der Innenfläche des Zylinders 18 zu erreichen. Inner­ halb des ringförmigen Ölkanals an der vorderen Platte 20 ist ein Dichtring 75 angeordnet, so daß das Öl von dem Ringkanal 74 nach außen fließen kann, um die Steuerscheibe 62 zu schmieren.

Wie Fig. 5 zeigt, ist ein zweiter Ölkanal 76 vorgesehen, welcher von der Ölabscheidekammer 34 durch die hintere Platte 22 und den Zylinder 16 hindurch zur vorderen Platte 20 führt, wo ein Rückschlagventil 78 mit einer Kugel angeordnet ist. Nähere Einzelheiten werden weiter unten beschrieben.

Wie Fig. 1, 2 und 4 zeigen, ist an der Vorderseite bzw. Außenseite der Steuerscheibe 62 ein Stift befestigt. Ferner besitzt die vordere Platte 20 einen bogenförmigen Schlitz 82, welcher gegenüber den bogenförmigen Öffnungen 54 radial nach innen versetzt ist und von dem Stift 80 durch­ griffen wird, so daß dieser von einer Betätigungsvorrichtung 84 erfaßt werden kann.

Beim Ausführungsbeispiel umfaßt die Betätigungsvorrichtung einen Zylinder 84, der im Nabenteil der vorderen Platte 20 ausgebildet ist, und dessen Achse im wesentlichen tangential zu der Welle 46 verläuft. Der Zylinder 84 ist an seinem einen Ende als Sackbohrung ausgebildet und an seinem anderen, offenen Ende mittels eines eingepaßten Stopfens 86 verschlossen. Ein Kolben 88 ist in dem Zylinder 84 gleit­ verschlieblich hin und her bewegbar und besitzt einen länglichen Schlitz 90, welcher quer zu seiner Längsachse und im wesentlichen radial zu der vorderen Platte 20 ver­ läuft. Der Stift 80 greift durch den bogenförmigen Schlitz 82 in der vorderen Platte 20 hindurch in den Schlitz 90 des Kolbens 88 ein. In Abhängigkeit von einer Hin- und Herbewegung des Kolbens 88 kann also eine Schwenkbewegung der Steuerscheibe 62 in dem einen oder anderen Drehsinn herbeigeführt werden, wobei der Schlitz 82 eine Bewegung des Stiftes 80 in Umfangsrichtung ermöglicht.

In dem Zylinder 84 befinden sich auf beiden Seiten des Kolbens 88 Zylinderkammern 84 A bzw. 84 B. Die obere Kammer 84 A ist dabei mit der Auslaßkammer 28 über einen Kanal 92 verbunden, so daß der hohe Auslaßdruck direkt in der oberen bzw. ersten Kammer 84 A wirksam ist. In der unteren, zweiten Kammer 84 B ist eine Druckfeder 94 angeordnet, welche den Kolben mit einer Federkraft in Richtung auf die erste Kammer 84 A beaufschlagt. Außerdem ist die zweite Kammer 84 B mit einem Kanal 96 verbunden, welcher seinerseits über den oben erwähnten Ölkanal 76 mit der Ölabscheidekammer 34 verbunden ist. Beim betrachteten Ausführungsbeispiel besitzt der Stopfen 86 einen buchsenförmigen Ansatz 86 A, welcher in den Zylinder 84 hineinragt, um den Kolben 88 abzustützen, wenn dieser nach unten gedrückt wird, wobei zwischen dem Vorsprung 86 A und der Innenwand des Zylinders 84 in einem Teilstück eines mit einem Gewinde versehenen Bereichs oder angrenzend an diesen Bereich ein ringförmiger Kanal 97 vorgesehen ist (vgl. Fig. 4 und 5). Der Ölkanal 96 verläuft in der vorderen Platte 20 und öffnet sich in diesen Ringkanal 97 und steht außerdem mit der zweiten Kammer 84 B über einen Schlitz 98 in Verbindung.

In dem Stopfen 86 ist ein Leckkanal 100 mit begrenztem Querschnitt vorgesehen, so daß Öl aus der zweiten Kammer 84 B langsam in die Einlaßkammer 26 abfließen kann. Dabei ist zu beachten, daß das Öl aus der Ölabscheidekammer 34 unter einem hohen Druck steht, der dem Gasdruck in der Auslaßkammer 28 entspricht, wobei der Öldruck in der zweiten Kammer 84 B auf einen Zwischendruck absinkt, der zwischen dem Einlaßdruck des Gases und dem Auslaßdruck desselben liegt. Die resultierende Druckkraft aufgrund der Federkraft der Feder 94 und des Öl-Zwischendruckes wird dabei größer als die von dem Öl in der ersten Kammer 84 A auf den Kolben 88 ausgeübte Druckkraft, so daß dieser Steuerkolben 88 nach oben gedrückt wird.

Wie Fig. 5 zeigt, ist in dem Ölkanal 76 ein Ventilsitz 102 für die Kugel des Rückschlagventils 78 vorgesehen, so daß sich die Kugel unter dem Druck des Öls aus der Ölabscheide­ kammer 34 an den Ventilsitz 102 anlegt, um den Ölkanal 76 zu schließen. Ein Stößelelement 104 ist so angeordnet, daß es die Kugel von dem Ventilsitz 102 wegdrücken kann, um den Ölkanal 76 zu öffnen. Das Stößelelement 104 ist einstückig mit einem Kolben 106 ausgebildet, welcher gleit­ verschieblich in eine Zylinderbohrung 108 in der Wand der Einlaßkammer 26 eingesetzt ist, und zwar derart, daß eine der beiden Stirnflächen des Kolbens 106 mit dem Gas-Einlaß­ druck in der Einlaßkammer 26 beaufschlagbar ist. Durch diesen Druck kann der Kolben 106 mit dem Stößelelement 104 von dem Ventil 78 wegbewegt werden, um dieses zu schließen. Auf die gegenüberliegende Stirnfläche des Kolbens 106 wirkt eine Druckfeder 110 ein, die den Kolben 106 in Richtung auf das Ventil 78 beaufschlagt. Auf dieser Seite des Kolbens 106 ist die Zylinderbohrung 108 mit einer Belüftungsöffnung 112 versehen.

Nachstehend soll nunmehr die Arbeitsweise des erfindungs­ gemäßen Kompressors gemäß dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel näher erläutert werden.

Bei einer Kraftfahrzeugklimaanlage ändert sich der Gasdruck auf der Einlaßseite des Kompressors 10 in Abhängigkeit von der erforderlichen Kühlleistung des Systems. Dabei kann der Einlaßdruck relativ hoch werden, wenn ein hoher Kühl­ leistungsbedarf besteht und der Kompressor folglich mit hoher Leistung arbeiten muß. Andererseits kann der Einlaß­ druck relativ gering werden, wenn die erforderliche Kühl­ leistung relativ gering ist und der Kompressor folglich nur mit kleiner Förderleistung arbeiten muß. Der Stößel­ betätigungskolben 106 mit dem Stößelelement 104 arbeitet also automatisch in Abhängigkeit von der erforderlichen Kühlleistung, um das Ventil 78 zu öffnen, wenn der Einlaßdruck kleiner ist als die Kraft der Feder 110, und um das Stößelelement 104 zurückzuziehen und das Ventil 78 dadurch zu schließen, wenn der Einlaßdruck höher ist als die Kraft der Druckfeder 110.

Wenn das Ventil 78 die Druckölverbindung mit den Kanälen 76, 96 öffnet, dann wird das unter dem hohen Auslaßdruck stehende Öl aus der Ölabscheidekammer 34 in die Kammer 84 B der Betätigungsvorrichtung 84 gefördert. Dabei sinkt der Öldruck wegen des Leckkanals 100 auf einen Zwischendruck ab, wobei die Wirkung des Öldrucks in Verbindung mit der Druck­ kraft der Feder 94 höher werden kann als die Kraft aufgrund des Gasauslaßdruckes in der ersten Kammer 84 A, so daß der Kolben 88 in Richtung auf die erste Kammer 84 A verschoben wird. Folglich wird die Steuerscheibe 62 - in Fig. 3 - im Uhrzeigersinn verschwenkt.

Man erkennt, daß durch das Schwenken der Steuerscheibe 62 im Uhrzeigersinn in Fig. 3 bewirkt wird, daß die axialen Öffnungen 64 in Umfangsrichtung bezüglich der axialen Öffnungen 54, 56 verstellt werden, und daß dadurch das Ausmaß der Überlappung der Öffnungen 54, 56, 64 in dem Sinne geändert wird, daß die freie Querschnittsfläche für das in den Zylinder einströmende Gas verringert wird. Hierdurch wird die Förderleistung des Kompressors ver­ ringert.

Bei einem typischen Kompressor beginnt der Kompressionshub, wenn der betreffende Flügel 42 die hintere Kante der Einlaßöffnung 58 des Einlaßkanals passiert, der durch die Öffnungen 54, 56, 64 gebildet wird und endet, wenn der Flügel 42 die Auslaßöffnung 66 erreicht. Bei dem betrach­ teten Ausführungsbeispiel wird der Beginn des Kompressions­ hubes jedoch dadurch etwas verzögert, daß die axialen Öffnungen 64, welche sich direkt in die sichelförmigen Kammern 38 bzw. die Kompressionskammern 44 öffnen können, einen Beipaß zu den Öffnungen 56 bilden, da sie in radialer Richtung bezüglich der Innenfläche des Zylinders 16 weiter nach innen reichen, wie dies aus Fig. 1 deutlich wird. Der Kompressionshub beginnt daher, wenn der Flügel 42 die Hinterkante der axialen Öffnungen 64 der Förderleistungs- Steuerscheibe 62 passiert. Dies kann auch bedeuten, daß der Kompressionshub beginnt, wenn der Flügel 42 die Einlaßöffnung 58 passiert und bereits komprimiertes Gas wird zu der Öffnung 64 zurückgeleitet, bis der Flügel 42 die Öffnung 64 abdeckt. Hierdurch wird eine niedrigere Förderleistung des Kompressors 10 bewirkt.

Unter den betrachteten Betriebsbedingungen wird unter dem Auslaßdruck stehendes Gas in der ersten Kammer 84 A zeit­ weilig komprimiert, um einer Bewegung des Kolbens 88 ent­ gegenzuwirken und wirkt damit als Dämpfer. Daher bewegt sich der Kolben 88 allmählich in Richtung auf die erste Kammer 84 A und die Förderleistung des Kompressors 10 ändert sich in Richtung auf eine höhere Förderleistung.

Wenn andererseits das Ventil 78 die Druckölverbindung 76, 96 schließt, dann fließt das Öl aus der zweiten Kammer 84 B über den Leckkanal 100 in die Einlaßkammer 26, was zu einem allmählichen Druckabfall in der Kammer 84 B führt. Hierdurch kann der Gasdruck in der ersten Kammer 84 A höher werden als die resultierende Druckkraft des Öls und der Feder 94 in der zweiten Kammer 84 B, so daß der Kolben sich in die zweite Kammer 84 B bewegt und dabei die Steuerscheibe 62 entgegengesetzt zu der oben angegebenen Richtung für den Betrieb mit geringer Förderleistung verdreht. Hierdurch wird der Strömungsquerschnitt für das vom Einlaß zuge­ führte Gas vergrößert und die Menge des zurückgeleiteten komprimierten Gases verringert, wodurch insgesamt eine hohe Förderleistung des Kompressors erreicht wird. In diesem Fall verhindert der begrenzte Querschnitt des Leckkanals 100 in Verbindung mit der Druckkraft der Feder 94 eine schnelle Verstellung des Kolbens 88. Außerdem dient der Ringraum 97 zwischen dem Zylinder 94 und dem Kolben 88 zur Dämpfung der Kolbenbewegung 88, da dieser Ringraum eher eine Gas-Leckströmung zwischen der ersten Kammer 84 A und der zweiten Kammer 84 B ermöglicht als eine Öl-Leckströmung, wodurch die wirksame Druckdifferenz allmählich geändert wird.

Betrachtet man nunmehr den Fall, in dem der Kompressor 10 mit dem Motor eines Kraftfahrzeugs (nicht gezeigt) über eine Magnetkupplung (nicht gezeigt) verbunden ist und für eine beträchtliche Zeit stillgestanden hat, dann kann der Druck in der Einlaßkammer 26 höher sein als die Kraft der Feder 94, so daß das Stößelelement 104 zurückgezogen ist und das Ventil in dem Ölkanal 76 geschlossen ist. Der Druck kann sich je­ doch auch im gesamten Bereich des Kompressors 10 während eines längeren Stillstands ausgleichen. In diesem Fall kann der Kolben 88 durch die Federkraft der Feder 94 in die erste Kammer 84 A gedrückt werden, so daß die Steuerscheibe 62 den Kompressor 10 in dem einer niedrigen Förderleistung entsprechenden Zustand hält. Der Kompressor 10 kann folglich durch Betätigen der Magnetkupplung mit niedriger Förder­ leistung anlaufen mit dem Ergebnis, daß die Belastung des Motors (zunächst) geringer ist und beim Anlaufen des Kompressors keine plötzliche hohe Drehmomentänderung ein­ tritt. Nach dem Anlaufen des Kompressors 10 dauert das Arbeiten mit geringer Förderleistung noch für eine kurze Zeit an, bis der Auslaßdruck einen vorgegebenen Wert er­ reicht. In diesem Zusammenhang ist zu beachten, daß der Auslaßdruck in der ersten Kammer 84 A der Betätigungsvor­ richtung 84 wirksam wird, während der Einlaßdruck in der zweiten Kammer 84 B über den Leckkanal 100 wirksam wird, da nun das Ventil 78 geschlossen bleibt. Der Kompressor 10 beginnt also allmählich mit seiner Kompressionsarbeit, bis er schließlich mit der vollen Förderleistung arbeitet, wenn der Auslaßdruck hoch genug geworden ist, um den Kolben 88 entgegen der Federkraft der Feder 94 in Richtung auf die zweite Kammer 84 B zu bewegen, woraufhin dann eine schnelle Abkühlung der Fahrzeugkabine erreicht wird.

Durch den mit hoher Förderleistung arbeitenden Kompressor kann die Temperatur in der Fahrzeugkabine auf einen angenehmen Wert abgesenkt werden. Wenn dies erreicht ist, fällt jedoch der Kühlleistungsbedarf ab und der Einlaßdruck für den Kompressor 10 nimmt bis auf einen vorgegebenen Pegel ab, bei dem das Stößelelement 104 verstellt wird, um das Ventil 78 zu öffnen. Das unter dem hohen Auslaßdruck stehende Öl wird nunmehr in die zweite Kammer 84 B geleitet und die Kompressionsleistung des Kompressors 10 wird allmählich und ohne ein Überschwingen von einer hohen Förder­ leistung auf eine geringe Förderleistung geändert.

Wenn der Gasauslaßdruck und die Summe von Öldruck und Federkraft im Gleichgewicht sind, nimmt der Kolben 88 eine Zwischenlage zwischen seinen beiden Endstellungen ein. Die Erfindung wurde vorstehend anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels beschrieben. Es versteht sich jedoch, daß die Erfindung nicht auf das beschriebene Ausführungs­ beispiel beschränkt ist, und daß dem Fachmann zahlreiche Möglichkeiten für Änderungen und/oder Ergänzungen zu Gebote stehen, ohne daß er dabei den Grundgedanken der Erfindung verlassen müßte. Beispielsweise wird beim Aus­ führungsbeispiel die Förderleistung hauptsächlich durch Regelung des freien Querschnitts für das zuströmende Gas auf der Einlaßseite geregelt. Es ist jedoch auch möglich, mit Hilfe der Steuerscheibe 62 und der vorderen Platte 20 oder allein mit Hilfe der Steuerscheibe 62 in erster Linie die Menge des zurückgeführten bzw. des über einen Beipaß fließenden, komprimierten Gases zu regeln. Ferner können an der Förderleistungs-Steuerscheibe 62 irgendwelche andere Steuereinrichtungen, wie z. B. ein Flügel oder der­ gleichen anstelle der axialen Öffnung 64 vorgesehen sein. Schließlich kann der Steuerzylinder 84 mit seinem Kolben 88 auch im Inneren des Zylinders 16 angeordnet sein.

Claims (12)

1. Rotationskolbenkompressor mit variabler Förderleistung, mit einem äußeren Gehäuse, in dem ein Zylinder ange­ ordnet ist, der eine Mittelachse und eine Innenfläche aufweist, die eine beidseitig offene, im Querschnitt längliche Zylinderbohrung begrenzt, welche an ihren Enden durch mit dem Zylinder verbundene Platten ver­ schlossen ist, mit einem Rotor, der in der Zylinder­ bohrung um die Mittelachse drehbar angeordnet ist und eine Mantelfläche besitzt, die einen den Rotor umgebenden Raum zwischen der Mantelfläche und der Zylinderinnenfläche begrenzt, wobei der Rotor mehrere radial angeordnete Flügel trägt, die sich in axialer Richtung zwischen den Platten erstrecken und mit ihren radialen Außenkanten in Gleitkontakt mit der Innen­ fläche des Zylinders stehen, um den den Rotor umgebenden Raum in Druckkammern zu unterteilen und bei Drehung des Rotors eine Gaskompression in den Druckkammern herbei­ zuführen, mit Gaseinlaßeinrichtungen, welche in dem äußeren Gehäuse eine Einlaßkammer für ein ölhaltiges Gas bilden und einen Einlaßkanal umfassen, über den das Gas aus der Einlaßkammer dem den Rotor umgebenden Raum zuführbar ist, mit Gasauslaßeinrichtungen, welche eine Auslaßkammer in dem äußeren Gehäuse bilden und einen Auslaßkanal umfassen, über den komprimiertes Gas aus dem den Rotor umgebenden Raum der Auslaßkammer zuführ­ bar ist, mit Ölabscheideeinrichtungen, welche eine Öl­ abscheidekammer im äußeren Gehäuse bilden, die in Ver­ bindung mit den Gasauslaßeinrichtungen steht, um flüssiges Öl aus dem ölhaltigen Gas abzuscheiden und dieses in der Ölabscheidekammer unter dem Auslaßdruck des komprimierten Gases zu speichern, mit einer be­ weglichen Förderleistungs-Steuerscheibe, die an einer Grenzfläche zwischen einer der Platten und dem Rotor angeordnet ist, um die Gasmenge zu steuern, die aus der Einlaßkammer in den den Rotor umgebenden Raum geleitet wird und/oder um die Menge des komprimierten Gases zu steuern, welches von den Gasauslaßeinrichtungen zu den Gaseinlaßeinrichtungen zurückgeleitet wird, und um dadurch die Förderleistung des Kompressors zu steuern, und mit Betätigungseinrichtungen zum Verstellen der Förderleistungs-Steuerscheibe, dadurch gekennzeichnet, daß die Betätigungseinrichtungen folgende Elemente umfassen:
einen Steuerzylinder (84), in dem ein Kolben (88) hin­ und herbeweglich ist, der mit der Steuerscheibe (62) verbunden ist;
eine erste und eine zweite Zylinderkammer (84 A, 84 B) auf den beiden Seiten des Kolbens (88);
eine erste Kanalanordnung (92), über die die erste Zylinderkammer (84 A) mit den Gasauslaßeinrichtungen (28, 30, 32) verbunden ist, so daß ihr unter dem Auslaßdruck stehendes Gas zuführbar ist;
eine Druckfeder, die in der zweiten Zylinderkammer (84 B) angeordnet ist, um den Kolben (88) mit einer in Richtung auf die erste Zylinderkammer (84 A) wirkenden Federkraft zu beaufschlagen;
zweite Kanaleinrichtungen (76, 96), welche die zweite Zylinderkammer (84 B) mit der Ölabscheidekammer (34) verbinden, so daß der zweiten Zylinderkammer (84 B) flüssiges Öl zuführbar ist;
Leckkanaleinrichtungen (100), welche die zweite Zylinder­ kammer (84 B) mit der Einlaßkammer verbinden und
Ventileinrichtungen (78), welche in den zweiten Kanal­ einrichtungen (76, 96) angeordnet sind, und mit deren Hilfe die zweiten Kanaleinrichtungen (76, 96) in Ab­ hängigkeit von einer vorgegebenen Betriebsbedingung freigebbar und verschließbar sind.

2. Kompressor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine der Platten (20, 22) auf ihrer Innenseite mit einer ringförmigen, die Mittelachse umgebenden Aus­ sparung (60) versehen ist, und daß die Förderleistungs- Steuerscheibe (62) entsprechend ringförmig ausgebildet und drehbar derart in die ringförmige Aussparung (60) eingepaßt ist, daß sie zusammen mit den angrenzenden Innenflächenbereichen der betreffenden Platte (20) eine ebene Innenfläche bildet, die der angrenzenden Stirnfläche des Rotors (36) gegenüberliegt.

3. Kompressor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Steuerzylinder (84) in einer der Seitenplatten (20, 22) ausgebildet ist.

4. Kompressor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerscheibe (62) auf ihrer der ebenen Innenfläche gegenüberliegenden Außenfläche einen fest angebrachten Stift (80) trägt, welcher in Eingriff mit dem Kolben (88) der Betätigungsvorrichtung steht, und daß die mit dem Zylinder (84) versehene Seitenplatte (20) einen Schlitz (82) aufweist, welcher von dem Stift (80) durchgriffen wird.

5. Kompressor nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Schlitz (82) bogenförmig ausgebildet ist und auf einem Kreisbogen um die Mittelachse liegt.

6. Kompressor nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Leckkanaleinrichtungen (100), welche die zweite Kammer (84 B) mit der Einlaßkammer (26) ver­ binden, einen relativ eingeschränkten Querschnitt besitzen.

7. Kompressor nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventileinrichtungen (78) ein Ventilelement und einen zugeordneten Ventilsitz (102) umfassen, der derart in den zweiten Kanaleinrichtungen (76, 96) an­ geordnet ist, daß das Ventilelement aufgrund des Öl­ drucks in der Ölabscheidekammer normalerweise an dem Ventilsitz (102) anliegt, um das Ventil (78) zu schließen, und daß ein Stößelelement (104) vorgesehen ist, mit dessen Hilfe das Ventilelement von dem Ventil­ sitz (102) abhebbar ist, um die zweiten Kanaleinrich­ tungen (76, 96) zu öffnen.

8. Kompressor nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Stößelelement (104) an seinem einen Ende (106) mit dem Druck der Einlaßkammer (26) beaufschlagbar ist und in entgegengesetzter Richtung derart durch ein Feder­ element (108) beaufschlagt ist, daß das Ventil (78) durch das Stößelelement (104) in Abhängigkeit von dem Druck in der Einlaßkammer (26) betätigbar ist.

9. Kompressor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die eine Seitenplatte (20) die Steuerscheibe (62) und der Zylinder (16) jeweils mindestens eine in axialer Richtung durchgehende Einlaßöffnung (54, 56, 64) aufweisen, die einander aufeinander folgend überlappen, um einen durchgehenden Einlaßkanal für das ölhaltige Gas zu bilden, und daß der Zylinder (16),ausgehend von der mindestens einen axialen Einlaßöffnung (56), mindestens eine radial nach innen führende Einlaß­ öffnung (58) aufweist, die sich zur Innenfläche des Zylinders (16) öffnet.

10. Kompressor nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerscheibe (62) um die Mittelachse schwenkbar ist, um das Ausmaß der Überlappung der den durchgehenden Ein­ laßkanal bildenden Öffnungen (54, 56, 64) derart zu regeln, daß zumindest die aus der Einlaßkammer (26) in den den Rotor umgebenden Raum strömende Gasmenge steuerbar ist.

11. Kompressor nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine der axial durchgehenden Öffnungen (64) der Steuerscheibe (62) derart ausgebildet und angeordnet ist, daß ein Teil dieser Öffnung in einer Position bezüglich des den Rotor umgebenden Raums offen ist, die in Drehrichtung des Rotors (36) auf die Einlaß­ öffnung (58) des Zylinders (16) folgt, so daß ein Beipaß geschaffen wird, über den während eines Kompressionshubes komprimiertes Gas aus der Kompressions­ kammer (44) in den Gaseinlaßkanal (54, 56, 64) zurück­ führbar ist.

12. Kompressor nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine in axialer Richtung durchgehende Ein­ laßöffnung der Steuerscheibe (62) derart ausgebildet und angeordnet ist, daß sich ein Teil derselben in einer Position, die in Drehrichtung des Rotors (36) auf die Einlaßöffnung (58) des Zylinders folgt, direkt in den den Rotor (36) umgebenden Raum öffnet, um auf diese Weise einen Beipaß zu bilden, über den während des Kompressionshubes komprimiertes Gas aus der Kompressionskammer (44) in den Gaseinlaßkanal (54, 56, 64) zurückführbar ist.