Ein derartiger Axialkolbenverdichter ist beispielsweise aus der DE 197 49 727 AI bekannt. Dieser umfasst ein Gehäuse, in dem in einer kreisförmigen Anordnung mehrere Axialkolben um eine rotierende Antriebswelle herum angeordnet sind. Die Antriebskraft wird von der Antriebswelle über einen Mitnehmer auf eine ringförmige Schwenkscheibe und von dieser wiederum auf die parallel zur Antriebswelle translatorisch verschiebbaren Kolben übertragen. Die ringförmige Schwenkscheibe ist an einer axial verschieblich an der Antriebswelle gelagerten Hülse schwenkbar gelagert. In der Hülse ist ein Langloch vorgesehen, durch das der erwähnte Mitnehmer hindurchgreift. Somit ist die axiale Beweglichkeit der Hülse auf der Antriebswelle durch die Abmessungen des Langloches begrenzt. Eine Montage erfolgt durch ein Hindurchstecken des Mitnehmers durch das Langloch. Antriebswelle, Mitnehmer, Schiebehülse und Schwenkscheibe sind in einem sog. Triebwerksraum angeordnet, in dem ein gasförmiges Arbeitsmedium des Verdichters mit einem

bestimmten Druck vorliegt. Das Fördervolumen und damit die Förderleistung des Verdichters sind abhängig vom Druckverhältnis zwischen Saugseite und Druckseite der Kolben bzw. entsprechend abhängig von den Drücken in den Zylindern einerseits und im Triebwerksraum andererseits.

Eine etwas andere Bauart eines Axialkolbenverdichters ist zum Beispiel in der DE 198 39 914 AI beschrieben. Die Schwenkscheibe ist als Taumelscheibe ausgeführt, wobei zwischen Taumelscheibe und den Kolben eine gegenüber der Taumelscheibe gelagerte, drehfeste Aufnahmescheibe angeordnet ist.

Des weiteren wird auf folgenden Stand der Technik hingewiesen : - DE 2 524 148 - US 4 815 358 - US 4 836 090 - US 4 077 269 - US 5 105 728 Bei den in diesen Druckschriften beschriebenen Kompressoren geht es u. a. darum, Maßnahmen zu treffen, um die Unwucht des Triebwerks im Betrieb zu vermeiden oder zu reduzieren. Im übrigen ist den bekannten Konstruktionen gemeinsam, dass die rotierenden Bauteile gegenüber den translatorisch bewegten Teilen, nämlich Kolben, Kolbenstange etc. relativ groß und dementsprechend schwer gebaut sind. Des weiteren ist den bekannten Konstruktionen gemeinsam, dass auf die eigentliche Schwenkscheibenvorrichtung eine Zusatzscheibe durch einen geeigneten Koppel- mechanismus einwirkt. Die mehreren rotierenden Bauteile sollen ein Aufstellen des Moment der Schwenkscheibenvorrichtung in Richtung Minimalhub der Kolben bewirken, wodurch Einfluß auf das Regelverhalten genommen wird.

Die erwähnten Konstruktionen sind allesamt relativ aufwendig, teuer, wenig kompakt und aus diesem Grunde für die heutzutage von der Automobilindustrie verlangten Kompressoren für Klimaanlagen ungeeignet.

Auch bei Serienverdichtern, wie sie in Fahrzeugen eingesetzt werden, zielt man auf eine geeignete Dimensionierung der bewegten Bauteile (insbesondere Masse), um das gewünschte Regelverhalten zu erreichen. Der Serienverdichter 6SEU 12 C von DENSO weist zum Beispiel ein Triebwerk mit den folgenden, für das Regelverhalten relevanten Massen auf : Bauteil Anzahl Masse Bauteil [g] Masse gesamt [g] Kolben 6 41 246 Gleitstein 12 5 60 translatorisch 306 g bewegte Massen Schrägscheibe 1 391 391 Führungsstifte 2 20 40 rotatorisch bewegte 431 g Massen Die vorgenannten Zahlen lassen erkennen, dass eine beträchtliche Bauteilmasse für rotatorisch bewegte Teile vorgesehen ist. Damit versucht man, eine ausreichende Gegenkraft bzw. ein ausreichendes Gegenmoment in bezug auf die translatorisch bewegten Massen herzustellen. Dieser Grundgedanke liegt auch der DE 198 39 914 Al zugrunde, wo eben die rotierende Masse der Schwenkscheibe bzw. des schwenkbaren Anteils derselben derart bemessen ist, dass die beim Drehen der Antriebsscheibe auftretenden Fliehkräfte ausreichen, um der Schwenkbewegung der Schwenkscheibe bewusst regelnd entgegenzutreten und damit den Kolbenhub und somit die Förder- menge zu beeinflussen, nämlich zu verringern bzw. zu begrenzen bzw. insbesondere konstant zu halten.

Die Einflußgrößen, die als Momente um das Kippzentrum einer Schwenkscheibenvorrichtung wirken, sind im einzelnen folgende Momente, wobei in Klammern jeweils die Richtung der Momente angegeben ist und (-) abregeln

(in Richtung eines Minimalhubs) und (+) aufregelnd (in Richtung des Maximalhubs) bedeuten : - Moment infolge der Gaskräfte in den Zylinderräumen (+) - Moment infolge der Gaskräfte aus dem Triebwerksraum (-) - Moment infolge einer Rückstellfeder (-) - Moment infolge einer Aufstellfeder (+) - Moment infolge rotierender Massen (-) ; inklusive Moment infolge Schwerpunktlage (zum Beispiel Schwenkscheibe : Kippposition Massenschwerpunkt) : kann (+) oder (-) sein - Moment infolge der translatorisch bewegten Massen (+) In bezug auf den erwähnten Verdichter 6SEU 12 C von DENSO, der die typische Bauform eines Schwenkscheibenverdichters repräsentiert, ist zu bemerken, dass die Masse einer solchen Schwenkscheibe nicht beliebig erhöht werden kann, um das Regelverhalten damit zu verändern. Das liegt daran, dass bei den Verdichtern der beschriebenen Art der Massenschwerpunkt der Schwenkscheibe in der Regel einen deutlichen Abstand zum Kippgelenk der Schwenkscheibe aufweist. Diese Konstruktion begründet sich im wesentlichen damit, dass die Schwenkscheibe zusätzlich zu einer geeigneten Führung auf der Antriebswelle über einen Stellmechanismus mit der Antriebswelle oder ein mit der Antriebswelle verbundenes Bauteil gekoppelt werden muß.

Der erwähnte Abstand vom Schwerpunkt der Schwenkscheibe und des Kippgelenks derselben führt zu einer Unwucht des Triebwerkes, insbesondere in Abhängigkeit vom Schwenkscheibenkippwinkel (der Schwerpunkt wandert"wie bei einer Schaukel" unterhalb des Kippgelenkes), und führt im ungünstigsten Fall zu einer aufregelnden Eigenschaft (sog."Schwerpunktlage").

Somit ist bei den Verdichtern nach dem Stand der Technik, und zwar sowohl nach dem druckschriftlichen als auch tatsächlich praktizierten Stand der Technik ein Kompromiß zu schließen dahingehend, dass eine vorbestimmte Masse der Schwenkscheibe bereitgestellt wird, um ein Gegenmoment zu den translatorisch

bewegten Massen herzustellen. Andererseits darf die Masse der Schwenkscheibe aber auch nicht zu groß ausgelegt werden, da dann die Unwucht des Triebwerkes übermäßig würde. Im übrigen, bei Ausbildung einer Schwenkscheibe in Form eines Schwenkringes wird die Erhöhung der Masse desselben durch die Bauhöhe begrenzt.

Um diesem Problem zu begegnen, hat man bereits vorgeschlagen, die Kolben, d. h. die translatorisch bewegten Massen möglichst gering, d. h. leicht zu bauen, z. B. aus Aluminium oder anderen Werkstoffen mit geringerer spezifischer Dichte. Auch gibt es diesbezüglich den Vorschlag, Hohlkolben zu verwenden.

Des weiteren wird auf den Verdichter gemäß der EP 0 809 027 AI verwiesen. Dort geht es um eine besondere Ausführungsform des Koppelmechanismus zwischen Antriebswelle und Schwenkscheibenvorrichtung. Der Koppelmechanismus ist für Hochdruck ausgelegt, zum Beispiel dann, wenn als Kältemittel R744 eingesetzt wird. Des weiteren geht es bei dem zuletzt genannten Stand der Technik auch um eine sog. Konstantregelung der Fördermenge. Es wird vorgeschlagen, die Kinematik des Verdichters so zu konzipieren, dass die auf die Schwenkscheibe wirkenden, abregelnden Kippmomente deutlich gegenüber den aufregelnden Kippmomenten dominieren. Dabei sei darauf hingewiesen, dass der Begriff"Fördermenge"relativ unscharf ist. Die Fördermenge könnte als konstant angesehen werden, wenn sich z. B. bei Verdoppelung der Drehzahl der Kippwinkel der Schwenkscheibe halbiert. Damit wäre geometrisch die Fördermenge konstant. Natürlich wirken auch noch andere Parameter auf die Fördermenge ein, wenn sich der Kippwinkel der Schwenkscheibe ändert, z. B. Liefergrad, Ölwurf od. dgl..

Für eine Konstantregelung der Fördermenge bei wechselnden Drehgeschwindigkeiten wird das rückstellende Drehmoment der Schwenkscheibe ausgenutzt, da die Schwenk- scheibe ihrer Schrägstellung aufgrund der dynamischen Kräfte am mitdrehenden Scheibenteil entgegenwirkt. Dieses Verhalten kann durch die Kraft einer Feder unterstützt werden, so dass die bei ansteigender Drehgeschwindigkeit bzw. Drehzahl zunehmende Fördermenge durch Rückstellung der Schräg-bzw. Schwenkstellung der Schwenkscheibe zumindest teilweise kompensiert wird.

Wie oben bereits dargelegt, kann prinzipiell ein solches Verhalten erreicht werden, indem man z. B. eine Zusatzmasse in das Triebwerk integriert, deren Massenträgheit sich über einen Koppelmechanismus auf die Schwenkscheibe auswirkt. Weiterhin wurde ausgeführt, dass sich bei Verdichtern, wie sie gegenwärtig in Kraftfahrzeugen eingesetzt werden, die Masse der Schwenkscheibe nicht beliebig groß wählen lässt, ohne andere Nachteile in Kauf nehmen zu müssen. Dies gilt insbesondere auch für die Lehre gemäß der DE 198 39 914 AI bzw. der EP-Anm. -Nr. 99 953 619. Die dort vorgeschlagene Regelung mit der Masse der rotierenden Bauteile kann zu einem Regelverhalten führen, durch das die Fördermenge weitgehend drehzahlunabhängig sein soll. Dies ist jedoch nicht zwangsläufig. Es kann z. B. auch zu einer Über- kompensation kommen. Die Auslegungskriterien sind sehr unscharf. Der Grund dafür liegt darin, dass die Masse der rotierenden Bauteile das Aufstellmoment der Schwenkscheibe lediglich proportional beeinflusst, die Drehzahl (w) aber quadratisch. D. h., die Fördermenge lässt sich nur im höheren Drehzahlbereich (hier spielt die Dynamik eine Rolle) und für einen Drehzahlsprung kompensieren.

Des weiteren sind Verdichter bekannt, insbesondere Serienverdichter für R134a, bei denen sich allein aufgrund der wirkenden Momente von aufregelnden und abregelnden Massenkräften in der Tendenz das Hubvolumen vergrößert. Durch entsprechenden Regeleingriff der eingesetzten Regelventile muß das ggf. kompensiert werden. Bei neueren Entwicklungen, insbesondere für CO2-Verdichter strebt man danach, dieses Verhalten umzukehren. Der notwendige Regeleingriff kann dann vermindert oder sogar entbehrlich werden.

Zum besseren Verständnis ist das beschriebene Kippverhalten infolge einer Drehzahlschwankung in den Fig. 1 und 2 dargestellt. Fig. 1 zeigt die Abhängigkeit der Triebwerksraum-Druckdifferenz bezogen auf den Saugdruck über dem Kippwinkel a bzw."alpha"der Schwenkscheibe. Für die Berechnung wurden exemplarisch folgende Drücke unterstellt : Hochdruck 120 bar und Saugdruck 35 bar.

Gerechnet wurde weiterhin mit Drehzahlen : 600 U/min, 1200 U/min, 2500 U/min, 5000 U/min, 8000 U/min und 11000 U/min.

Zu erkennen sind in Fig. 1 allerdings nur fünf der sechs gerechneten Verläufe.

Das liegt daran, dass die Verläufe für die Drehzahlen 600 U/min und 1200 U/min im wesentlichen vollständig übereinander liegen (wegen fehlender Dynamik) ; deshalb ist die im Stand der Technik geförderte"drehzahlunabhängige Fördermenge"eher eine Wunschvorstellung, die mit den dargelegten Maßnahmen nicht erfüllbar ist.

Anhand des Diagramms gemäß Fig. 1 läßt sich gut erkennen, dass sich Verläufe ergeben, die eine Verstellung der Schwenkscheibe zu größeren Kippwinkel verursachen, wenn sich die Drehzahl erhöht. Dabei sei erwähnt, dass Fig. 1 nur als Beispiel mit einfacher Geometrie anzusehen ist. Die dargestellte Tendenz gilt jedoch auch für komplexere Geometrien. Der Berechnung lag ein Schwenkring zugrunde mit einem vorbestimmten Innen-und Außendurchmesser und einer vorbestimmten Höhe.

Daneben ist die Kolbenmasse relevant, der Teilkreisdurchmesser, auf dem die Kolben liegen, und die Anzahl der Kolben.

Der Schwenkring hat vorzugsweise ein Massenträgheitsmoment 32 = Jrj bzw.

J = m/4 (ra + rl2 + h2/3), das größer ist als 100.000 gmm2. Vorzugsweise ist das Massenträgheitsmoment größer als =200. 000-250.000 gmm2.

Weiter hat der Schwenkring vorzugsweise ein Massenträgheitsmoment von J3 = Jazz m/2 (ra2 + ri2), das größer ist als 200.000 gmm2, vorzugsweise etwa 400.000 - 500.000 gmm2.

Nachstehend ist die Herleitung des sog. Deviationsmomentes angegeben, welches für das Kippen der Schwenkscheibe bzw. eines Schwenkringes maßgeblich ist, und zwar im dargestellten Fall allein für das Kippen der Schwenkscheibe bzw. des Schwenk- ringes verantwortlich ist unter der Voraussetzung, dass der Massenschwerpunkt der

Schwenkscheibe bzw. des Schwenkringes sowohl im Kipppunkt als auch im geometrischen Mittelpunkt der Schwenkscheibe bzw. des Schwenkringes liegt.

Hierbei handelt es sich um einen anzustrebenden Idealfall der Konstruktion. Für die Herleitung des Deviationsmomentes gilt ganz allgemein unter Bezugnahme auf Fig. 3 : ]yz = -J1cosα2 cosα3 - J2 cosß2 cosß3-J3cosγ2cosγ3 al = 0 90'Richtungswinkel der x-Achse 71 90'gegenüber den Hauptträgheitsachsen °52 = 90° ß2 = MJ Richtungswinkel der y-Achse gegenüber den yz = 90° + v Hauptträgheitsachsen 4 n 4 C13 = 90° 9 ß3 90'Richtungswinkel der z-Achse gegenüber den Y3 = Wi Hauptträgheitsachsen J2 = J# = m/4 (ra2 + ri2 + h2/3)<BR> <BR> <BR> <BR> <BR> <BR> <BR> <BR> <BR> <BR> <BR> <BR> J3 = J# = m/2 (ra2+ri2) (Anmerkunci 03 t 2 Jz Ziel : Jyz soll eine bestimmte Größe haben JYz # } J3 # J2 erhöht sich zwangsläufig !) Deviationsmoment Jyz = -J2 cos# sin# + J3 cos# sin# Unabhängig von Fig. 3 gilt : Moment infolge Massenkraft der Kolben <BR> <BR> <BR> ß1 = # + 2#(i-1)1<BR> <BR> <BR> <BR> 12 Zi = R # #2 tanα cosßi Fmi = mk'zi M (F, = mk#R#cosß1#zi <BR> <BR> <BR> n<BR> <BR> Mk,ges = mk # R #zi#cosß1 i=] Moment Msw infolge Deviationsmoment Msw = Jyz##2 Jyz = {msw/2(ra2 + ri2) - msw/4 (ra2 + ri2 + h2/3)} cosα sinα Jyz \ msw/24 sin2a (3ra2 + 3ri2 - h2) Msw # Mk, ges bzw.

Dabei bedeuten die oben verwendeten Größen was folgt : # Drehwinkel der Welle (wobei die vor-und nachstehenden Betrachtungen der Einfachheit halber für i=0 angestellt werden) Anzahl der Kolben R Abstand der Kolbenachse zur Wellenachse Wellendrehzahl a Kippwinkel des Schwenkringes/Schwenkscheibe mk Masse eines Kolbens inklusive Gleitsteine bzw. Gleitsteinpaar mk, ges Masse aller Kolben inklusive Gleitsteine msw Masse des Schwenkringes ra Außenradius des Schwenkringes ri Innenradius des Schwenkringes h Höhe des Schwenkringes Dichte des Schwenkringes V Volumen des Schwenkringes

ßi Winkelposition des Kolbens i zi Beschleunigung des Kolbens i Fmi Massenkraft des Kolbens i (inklusive einem Gleitsteinpaar) M (Fmi) Moment infolge der Massenkraft des Kolbens i Mk, ges Moment infolge der Massenkraft aller Kolben Msw Moment infolge des Aufstellmomentes des Schwenkringes/Schwenkscheibe bzw. infolge des Deviationsmoments (Jyz) J = f(#,r, h) Massenträgheitsmoment

Konkret lag der Fig. 1 folgende Kippmomentbestimmung der Schwenk-bzw.

Schrägscheibe zugrunde, wobei a von 0° bis 16° variiert wurde : kippmomentbestimmung Schrägscheibe theta 0 0,00 [°] n (p) 7-beta i Jz 208436 R 29 [mm] beta 1 0.0 0,00 n 2500 [1/min] beta 2 51,4 0,90 (Jx =) Jy 106137 alpha 16 0, 28 [°] beta 3 102,9 1,80 mk 45 [g] beta 4 154, 3 2, 69 Jyz 27105 mk, ges 315' [g] beta 5 205, 7 3,59 beta 6 257, 1 4, 49 omega 262 msw 230 [g] beta 7 308,6 5, 39 ra 37. [mm] Fmi i R fr, eing 30 Fmi 1 25,6 Rf (ra ; ri) 29 Fmi 2 16, 0 Fmi 3-5, 7 Fmi 4-23, 1 Fmi 5 -23, 1 sin2 (alpha 0,5299 Fmi 6-5,7 tan (alpha) 0,2867 Fmi 7 16, 0 M (Fmi) i 'M (Fmi) 1 0, 74 M (Fmi) 2 0, 29 M (Fmi) 3 0,04 M (Fmi) 4 0, 60 M (Fmi) 5 0, 60 M (Fmi) 6 0,04 M (Fmi) 7 0, 29 Es lässt sich erkennen, dass der Einfluß der Kolbenmassen überwiegt und sich damit das aufregelnde Verhalten der Schräg-bzw. Schwenkscheibe bei steigender Drehzahl ergibt.

Es handelt sich also um den Fall Mk, ges > Msw

In Fig. 2 ist ein Diagramm für ein nahezu identisches Triebwerk angegeben, wobei sich dieses Diagramm nach folgendem Berechnungsschema ergibt, wobei auch hier a von 0° bis 16° varriert wurde : Kippmomentbestimmung Schrägscheibe theta 0 0. 00 n (p) 7 - beta i Jz 375185 R 29 [mm] beta 1 0,0 0, 00 n 2500 [1/min] beta 2 51,4 0,90 (Jx =) Jy 198786 alpha 16 0,28 [°] beta 3 102,9 1,80 mk 45 beta 4 154, 3 2, 69 Jyz 46739 mk, ges 315 [gl beta 5 205, 7 3, 59 beta 6 257, 1 4, 49 omega 262 msw 415 [g] beta 7 308, 6 5,39 ra 37 [mml msw/mk. ges 1, 32 Fmi i R fr, eing 30 Fmi 1 25,6 Rf (ra : ri) 29 Fmi 2 16, 0 Fmi 3-5, 7 Fmi 4-23, 1 Fmi 5-23, 1 sin2 (alpha 0, 5299' Fmi 5 -5, 7 tan (alpha) 0, 2867 Fmi 7 16, 0 M (Fmi) i M (Fmi) 1 0, 74 M (Fmi) 2 0, 29 M (Fmi) 3 0, 04 M (Fmi) 4 0,60 M (Fmi) 5 0,60 M (Fmi) 6 0,04 M (Fmi) 7 0,29 Hier liegt der Fall Mk, ges < Msw vor,

Dieses Berechnungsschema zeigt, dass im Vergleich zu der Berechnung zu Fig. 1 die Dicke bzw. Höhe der Schräg-bzw. Schwenkscheibe von 10 mm (Fig. 1) auf 18 mm (Fig. 2) erhöht worden ist. Das hat zur Konsequenz, dass das relevante Massen- trägheitsmoment 3z vergleichsweise auf den etwa doppelten Wert ansteigt. In Fig. 2 ist ein abregelndes Verhalten des Schwenkscheibentriebwerkes zu erkennen.

Angedeutet wird dieser Trend durch den Pfeil"n"in Fig. 2, wobei"n"die Drehzahl der Schwenkscheibe bzw. Antriebswelle bedeutet. Die gleiche Bedeutung hat natürlich der Pfeif n"in Fig. l, nur ist dort der Pfeil umgekehrt gerichtet, wodurch ein Aufregeln mit zunehmender Drehzahl angezeigt werden soll.

Die Fig. 1 gibt den Stand der Technik wieder. Dabei ist das aufregelnde Verhalten entsprechend Fig. 1 bei gegenwärtigen R134a Serienverdichter häufig feststellbar. Bei neueren Entwicklungen versucht man eher, diesen Trend in das Gegenteil zu wandeln, nämlich entsprechend Fig. 2.

Ausgehend von dem genannten Stand der Technik ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Axialkolbenverdichter der eingangs genannten Art zu schaffen, bei dem -bei Drehzahlerhöhungen der Kippwinkel der Schwenkscheibe weitgehend konstant bleibt, d. h. Msw = Mk, ges ; bzw.

- bei Drehzahlerhöhungen der Kippwinkel der Schwenkscheibe sich verkleinert, d. h. Msw > Mk, ges Weiterhin ist es Ziel der vorliegenden Erfindung, dass - bei Drehzahlerhöhungen die Förderleistung nicht in gleichem Maße erhöht wird, sondern dass die Förderleistung insbesondere im Bereich mittlerer und höherer Drehzahlen etwa konstant bleibt.

Schließlich soll natürlich auch darauf geachtet werden, dass - die Unwucht der rotierenden Teile möglichst gering gehalten wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruches 1 gelöst, wobei vorteilhafte Weiterentwicklungen und konstruktive Details der Erfindung in den Unteransprüchen beschrieben sind.

Ein wesentlicher Aspekt der Erfindung liegt darin, dass die abregelnden Kippmomente infolge der Massenträgheitsmomente/Deviationsmomente der Schwenkscheiben- Baugruppe so groß sind, dass sich ein Regelverhalten ergibt, welches qualitativ demjenigen gemäß Fig. 4 entspricht. Das heißt, erhöht sich die Drehzahl des Verdichters, so bleibt der - Kippwinkel der Schwenkscheibe nahezu konstant, oder er verringert sich, wobei dadurch zumindest ein Teil der sich allein durch die Drehzahlsteigerung ergebenden steigenden Förderleistung kompensiert wird.

Der Darstellung in Fig. 4 liegt folgende Berechnung zugrunde :

Kippmomentbestimmung Schrägscheibe theta 0 0, 00 [°] #n (p) 7 - beta i Jz 297897 R 29 [mm] beta 1 0,0 0,00 n 2500 [1/min] beta 2 51, 4 0, 90 (Jx =) Jy 154552 alpha 16 0,28 [°] beta 3 102, 9 1,80<BR> <BR> <BR> mk 45 [g] beta 4 154,3 2,69 Jyz 37981<BR> <BR> <BR> <BR> <BR> mk, ges 315 [g] beta 5 205,7 3,59<BR> <BR> beta 6 257, 1 4,49 omega 262 msw 329 [g] beta 7 308,6 5,39 ra 37 [mm] Fmi i<BR> R fr, eing 30 Fmi 1 25,6<BR> Rf (ra ; ri) 29 Fmi 2 16,0<BR> Fmi 3-5,7<BR> Fmi 4-23, 1 Fmi 5-23,1 sin2 (alpha 0, 5299 Fmi 6-5, 7 tan (alpha) 0,2867 Fmi 7 16, 0 M (Fmi) i M (Fmi) 1 0, 74 M (Fmi) 2 0,29 M (Fmi) 3 0,04 M(Fmi) 4 0,60 M(Fmi) 5 0,60 M (Fmi) 6 0,04 M (Fmi) 7 0,29

In 2500 F 2500 [1/min] lalpha 1 [°] Mk, ges 0, 1585 Msw 0, 1714 2500 [1lmin] |alpha 8 [°] Mk, ges 1, 2759 Msw 1, 3540 fiT'2500 [1/min]' |alpha 16 [°] |Mk, ges 2, 6032 Msw 2, 6032 n 11000 illmlnl |alPha 1 [O] Mk, ges 3, 06791 Msw 3, 3191 n 11000 [1/min] alpha 8 M-k, g-e s 24, 7014 Msw 26, 2141 | n 11000 [1/min] alpha 16 [°] Mk, ges 50, 3983)) Msw 50, 3972 Erfindungsgemäß wird also eine Konstruktion gewähit, in der eine Zusatzmasse, insbesondere Zusatzscheibe oder-ring an den Schwenkscheiben-Mechanismus gekoppelt wird, dessen bzw. deren aufstellendes Kippmoment infolge seines bzw. ihres Deviationsmoments mit dem aufstellenden Kippmoment infolge des Deviationsmoments der Schwenkscheibe zusammenwirkt.

Im einfachsten Fall der Koppelung addieren sich die Momente. Dies bedeutet, dass das durch die Zusatzmasse definierte Deviationsmoment dem Deviationsmoment der Schwenkscheibe überlagert wird und zwar dem um die Kippachse der Schwenkscheibe wirksamen Deviationsmoment Jyz. Es ist natürlich auch eine Konstruktion denkbar, bei der die Zusatzmasse kein Moment an die Schwenkscheibe überträgt, sondern eine Kraftübertragung stattfindet derart, dass eine Reaktionskraft an der Schwenkscheibe entsteht, die ein entsprechendes Zusatz-Deviationsmoment auslöst.

Die Zusatzmasse, vorzugsweise in Form einer Zusatzscheibe oder eines Zusatzrings ist vorteilhafter Weise derart optimiert, dass das Verhältnis"Massenträgheitsmoment/ Bauteilmasse"möglichst groß ist. Die Bauteilmasse soll also möglichst gering sein bei maximalem Massenträgheitsmoment. Um dies zu erreichen, eignet sich als Zusatz- masse insbesondere ein Zusatzring mit einem Außendurchmesser, der nur geringfügig

kleiner ist als der Innendurchmesser des Triebwerksgehäuses. Vorzugsweise ist der äußere Umfang des Zusatzrings im Querschnitt ballig ausgeführt, um eine Kollision zwischen Zusatzring und Triebwerksgehäuse beim Verschwenken des Zusatzrings um seine Kippachse zu vermeiden. Auch soll der Abstand zwischen Zusatzring und Gehäuseinnenwand unabhängig von der Kippstellung des Zusatzrings im wesentlichen konstant sein.

Des weiteren sollte der Schwerpunkt der Zusatzmasse, z. B. eines Zusatzrings vorzugsweise auf der Antriebswellen-Mittelachse liegen. Auch ist es vorteilhaft, wenn das Kippzentrum der Zusatzmasse mit seinem Massenschwerpunkt zusammenfällt.

Der Vorteil der erfindungsgemäßen Konstruktion liegt zusammengefasst darin : - Das mechanische Regelverhalten (Kippcharakteristik des Verdichters) wird im wesentlichen durch das Moment der zusätzlich vorgesehenen Masse, z. B.

Scheibe oder Ring beeinflusst. Es kann durch die Bereitstellung dieses Bauteils ein großes Aufstellmoment (abregelndes Moment) bereitgestellt werden, wobei das Bauteil keinerlei Unwuchten erzeugt, wenn Schwerpunkt und Kippgelenk konstruktiv deckungsgleich vorgesehen werden.

- Durch Verringerung der Unwuchten sind die Regelkennlinien der einzelnen Drehzahlen im Diagramm"Triebwerksraumdruck p"über dem Schwenkscheiben- Kippwinkel"alpha"nicht derart stark gekrümmt, wie es bei Verdichtern nach dem Stand der Technik der Fall ist. Dies wird dadurch erreicht, dass der Schwerpunkt weniger weit vom Kippgelenk entfernt ist und die Masse des unwuchtigen Teils (Schwenkscheibe) reduziert werden kann.

- Bei dem zusätzlichen Bauteil können mit vergleichsweise geringer Bauteilmasse die für gewünschte Regelcharakteristik erforderlichen hohen Massenträgheits- momente bereitgestellt werden, wodurch das notwendige hohe Deviations- moment erhalten wird. Erreicht wird ein derartiges Verhalten durch eine Ringform der Zusatzmasse mit möglichst großem mittleren Durchmesser.

Dadurch, dass das für das gewünschte Regelverhalten erforderliche Aufstelimoment der Schwenkscheibe, welches durch die Drehzahl und das entsprechende Deviationsmoment erreicht wird, bereits mit der Zusatzmasse in Form einer Zusatzscheibe oder eines Zusatzrings bereitgestellt wird, ist in Bezug auf die Schwenkscheibe nicht mehr erforderlich, diese konstruktiv mit entsprechenden Massenträgheitsmomenten auszustatten. Dadurch kann auch die Unwucht dieses Teiles minimiert werden.

Durch die Erfindung lässt sich bei entsprechender Dimensionierung der Zusatzmasse, insbesondere in Form eines Zusatzrings, nahezu jedes gewünschte Regelverhalten erreichen, ohne dass größere Unwuchten entstehen.

Durch die erfindungsgemäßen Maßnahmen wird ein günstiges dynamisches Verhalten erreicht, welches durch vermindertes Aufschwingen und Gegenregeln mittels Ventilen gekennzeichnet ist.

Fig. 4 läßt erkennen, dass die Kennlinien eine geringe Streuung aufweisen.

Dadurch kann bei der Auslegung des Verdichters jeder Betriebspunkt optimal berücksichtigt, d. h. im Kennfeld platziert werden. Das ist insbesondere für die CO2-Anwendung von Interesse, da gegenüber einem R134a-Verdichter neben den AC (Air Conditioning) -Betriebspunkten auch HP (Heat Pump/Wärmepumpen- Beheizer)-Betriebspunkte berücksichtigt werden müssen.

Nachstehend wird eine Ausführungsform eines erfindungsgemäß ausgebildeten Verdichters anhand der beigefügten Zeichnung erläutert. Diese zeigt in : Fig. 5 einen Verdichter gemäß Erfindung im Längsschnitt, wobei das Triebwerk sich in einer Stellung für maximalen Kolbenhub befindet ; Fig. 6 den Verdichter entsprechend Fig. 5, wobei das Triebwerk sich in einer Stellung befindet, in der der Kolbenhub minimal ist ;

Fig. 7 das Triebwerk des Verdichters gemäß den Fig. 5 und 6 in perspektivischer Explosionsdarstellung ; Fig. 8a-12b Regelverhalten von Verdichtern mit und ohne Zusatzmasse gemäß Erfindung ; und Fig. 13 Beispielhafte Darstellung des Verlaufs der Deviationsmomente Jyzt und Jyzz von Schwenkscheibe und Zusatzmasse über den Kippwinkel der Schwenkscheibe.

Der in den Fig. 5 und 6 im Längsschnitt dargestellte Axialkolbenverdichter für die Klimaanlage eines Kraftfahrzeuges umfasst ein Triebwerksgehäuse 10, welches topfförmig ausgebildet ist und an dessen Umfangsrand ein Zylinderblock 12 anschließt. Innerhalt des Zylinderblocks 12 sind mehrere, vorzugsweise 5,6 oder 7 axial hin-und herlaufende Kolben angeordnet, wobei die Verteilung der Kolben um die Gehäusemittelachse 18 herum gleichförmig ist. Durch den Boden des topfförmigen Gehäuses 10 hindurch erstreckt sich eine über eine Riemenscheibe 21 angetriebene Antriebswelle 11 in das Gehäuseinnere bzw. in den Triebwerksraum hinein. Die Lagerung der Antriebswelle erfolgt zum einen im Bereich des Bodens des topfförmigen Gehäuses 10 und zum anderen innerhalb des Zylinderblocks 12. Der durch das Gehäuse 10 begrenzte Triebwerksraum ist mit der Bezugsziffer 22 gekennzeichnet.

Innerhalb desselben ist ein Schrägscheibenmechanismus wirksam, durch den die Drehbewegung der Antriebswelle 11 in Axialbewegung der Kolben 13 umgesetzt wird.

Zu diesem Zweck greift eine Schrägscheibe 14 mit ihrem Umfangsrand über eine Gelenkanordnung in C-förmige Ausnehmungen an der Rückseite der Kolben 13 ein.

Die Gelenkanordnung ist ebenso wie beim Stand der Technik durch zwei kugelsegmentartige Gelenksteine 16,17 definiert, zwischen denen die Schrägscheibe 14 gleitend eingreift. Den sphärischen Lagerflächen der Gelenksteine 16, 17 sind korrespondierende sphärische Mulden an den einander zugekehrten Stirnseiten der C-förmigen Ausnehmungen der Kolben 13 zugeordnet.

Die Schrägscheibe 14 ist an einem mit der Antriebswelle 11 drehfest verbundenen Mitnehmer 20 abgestützt, und zwar vorzugsweise über Rollenkugel-, Tonnen-oder Nadellager, und zwar sowohl axiai als auch radial.

Der Kippwinkel der Schrägscheibe 14 ist zwischen den Stellungen gemäß Fig. 5 und gemäß Fig. 6 veränderbar, wobei in Fig. 5 der Kippwinkel der Schrägscheibe 14 maximal und in Fig. 6 minimal ist. Entsprechend ist auch der Hub der Kolben 13 maximal bzw. minimal.

Der Schrägscheibe 14 ist eine Zusatzmasse in Form eines Zusatzrings 15 zugeordnet derart, dass Schrägscheibe 14 und Zusatzring 15 in gleicher Weise kippen.

Schrägscheibe und Zusatzring stellen jeweils ein Deviationsmoment Iyz bereit, die wiederum beide ein Kippmoment im Gelenk der Schrägscheibe 14 einleiten (Msw = (02* Iyz). Damit ergibt sich dann ein Gleichgewicht bzw. Massenverhältnisse, die sich nach der Gleichung Mk, ges = (oder <) MsWl + Msw2 bestimmen. Prinzipiell sind natürlich auch andere Koppelmechanismen denkbar, bei dem es zu Abweichungen in der vorgenannten Gleichung kommt, so wie dies oben dargestellt ist. Im vorliegenden Fall wird also die Schrägscheibe 14, die für ein gewünschtes Regelverhalten ein unzureichendes Massenträgheitsmoment bzw. Deviationsmoment bereitstellt, durch ein weiteres Bauteil, nämlich dem Zusatzring 16 unterstützt, welcher ebenfalls ein Deviationsmoment liefert.

Bei der dargestellten Ausführungsform sind die Deviationsmomente von Schräg- scheibe 14 und Zusatzring 15 weitgehend gleichgerichtet. Beide Bauteile bewirken jeweils ein negatives Moment (Definitionen siehe oben ! ), d. h. Msw/Mswi/Mswz wirken abregelnd. Zu beachten ist noch, dass sich bei sehr kleinen Kippwinkeln durchaus zunächst ein"Aufregeln"ergeben kann (aber nicht muß). Dies hängt von der konkreten Konstruktion ab.

Man erhält mit der dargestellten Ausführungsform eine Charakteristik entsprechend Fig. 4. Die Deviationsmomente von Schrägscheibe 14 und Zusatzring 15 sind vorzugsweise so dimensioniert, dass die Summe Msw der Kippmomente MsWl+Mswz infolge der vorgenannten Deviationsmomente größer oder gleich dem Moment Mk, ges

infolge aller translatorisch bewegten Massen, nämlich Kolben 13 sowie Gleitsteine 16, 17 ist. Vorzugsweise wird der Zusatzring 15 so dimensioniert, dass er ein größeres Deviationsmoment aufweist als das Deviationsmoment der Schrägscheibe 14.

Wie ein Vergleich der Fig. 5 mit Fig. 6 erkennen lässt, ist der Zusatzring 15 in Richtung parallel zur Schwenkscheibenebene relativ zur Schwenkscheibe verschieblich abgestützt bzw. gelagert. Insofern sind Zusatzring 15 und Schrägscheibe 14 mechanisch entkoppelt.

Die Führung dieser Relativbewegung ist aufseiten des Zusatzrings 15 durch einen sich parallel zur Schwenkscheibenebene erstreckenden Führungsstift 19 sichergestellt, der an dem mit der Antriebswelle 11 drehfest verbundenen Mitnehmer 20 verschieblich gelagert.

In den Fig. 5 und 6 ist mit der Bezugsziffer 23 noch ein Zylinderkopf gekennzeichnet.

Zwischen Zylinderkopf 23 und Zylinderblock 12 sind Ein-und Auslassventile in herkömmlicher Weise angeordnet.

Fig. 7 zeigt das Triebwerk gemäß den Fig. 5 und 6 in Explosionsdarstellung.

Es sei auch an dieser Stelle noch erwähnt, dass die Schrägscheibe 14 um einen Kugelsegmentring 24 kippbar ist, der auf der Antriebswelle 11 längsverschieblich gelagert ist und durch eine Schraubendruckfeder in Betriebsstellung gehalten wird.

Der Zusatzring 15 ist, wie insbesondere Fig. 7 erkennen lässt, am Mitnehmer 20, insbesondere an einer Gelenkgabel 26 angelenkt. Der entsprechende Gelenkstift ist mit der Bezugsziffer 27 gekennzeichnet. Damit ist sichergestellt, dass die Zuordnung zwischen Zusatzring 15 und Schrägscheibe 14 aufrechterhalten wird.

Die Fig. 8a und 8b zeigen das Regelverhalten eines Verdichters mit Zusatzmasse (Fig. 8a) bzw. ohne Zusatzmasse (Fig. 8b). Man erkennt, dass mit Hilfe der Zusatzmasse die Kennlinien eng beieinander liegen, so wie dies in Fig. 8a dargestellt ist. Das Regelverhalten ist derart, dass sich nahezu eine gewisse Unabhängigkeit des

Kippwinkels von der Drehzahl ergibt (Msw Mk, ges). Das Verhalten gemäß Fig. 8a (mit Zusatzmasse) ist leicht aufregelnd im Vergleich zu dem Verhalten ohne Zusatzmasse entsprechend Fig. 8b. Die Kennlinien sind in Fig. 8a, 8b ebenso wie in den Fig. 9a, 9b, 10, 11 und 12a, 12b als Druckkennlinien"AP = Pc-Ps"oder"Pc", wobei Pc = Druck in Triebwerkskammer und Ps = Saugdruck (Druck an der Saugseite) bedeuten, über das Förder-bzw. Hubvolumen"V" (oder alternativ entsprechend über den Kippwinkel der Schrägscheibe 14 aufgetragen sind.

Ähnliches ergibt sich aus einem Vergleich der Fig. 9a und 9b, wobei Fig. 9a das Verhalten mit Zusatzmasse und Fig. 9b ohne Zusatzmasse zeigt.

Bei den Verhältnissen gemäß den Fig. 10a (mit Zusatzmasse) zeigt sich ein abregelndes Verhalten ; d. h. das Moment Msw ist im Bereich bis ca. 85 % des maximalen Hubvolumens größer als das Moment Mk, ges. Im Bereich von etwa 85 % des maximalen Hubvolumens ergibt sich ein Schnittpunkt Msw = Mk/ges (siehe Trendumkehr-Linie"TU"in Fig. 10a). Im Bereich größer 85 % des maximalen Hubvolumens ist das Verhalten leicht aufregelnd, d. h. Msw ist kleiner als Mk/ges.

Ähnlich verhält es sich in Fig. 11 unten etwas geänderten Bedingungen.

Im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Zusatzmasse wird also folgendes Regelverhalten besonders beansprucht : - Msw (= Msw1+Msw2) ungefähr = Mk, ges (dabei liegen die Kennlinien vielleicht etwa 1-2 bar auseinander) für amin<a<amax (Fig. 8a/9a (ungefähr)) -Msw>Mkges für amin<a<amax und Msw>Mk, gesfüramin<a<agrenz ; Msw=Mk ges für a=agrenz ; (Fig. 11/12a/12b) Msw<Mk, 9es für agrenz<a<amax sowie - Msw<Mk,ges für αmin<α<αgrenz ; Msw=Mk, ges für a=agrenz ; Msw>Mk, 9esfür agrenz<a<amax

Die Fig. 12a, 12b beinhalten eine Rechnung auf Basis der zuletzt verwendeten Zusatzmasse für Betriebsbedingungen mit etwa 20 bar Saugdruck sowie 60 und 90 bar Hochdruck (Wärmepumpenbetrieb HP-Mode). Die eingestellte Regelcharakteristik eignet sich auch für diese Anwendung, da im HP-Betrieb generell das Problem besteht, dass man mit dem Triebwerk nicht den maximalen Hub erreicht. Man kann erkennen, dass man in der hier gerechneten Konfiguration mindestens auf 70% des maximalen Hubvolumens kommt. Bessere Werte würde man erreichen, wenn man eine geringere Federsteifigkeit für die Rückstellfeder 25 verwenden würde. Eine geringere Federrate würde die Kennlinien etwas mehr von der X-Achse entfernen.

Insbesondere aufgrund des zuletzt genannten Merkmals wird im Zusammenhang mit der Zusatzmasse auch eine Federkonstante im Bereich 30... 200 N/mm beansprucht, insbesondere 30... 90 N/mm und vorzugsweise etwa 60 N/mm.

Zur Erläuterung sei noch erwähnt, dass die Fig. 12a ebenso wie die Fig. 12b das Verhalten jeweils mit Zusatzmasse zeigen.

Fig. 13 zeigt beispielhaft, wie erfindungsgemäß das Deviationsmoment Jyzz der Zusatzmasse und das Deviationsmoment Jyzi der Schwenkscheibe über den Kippwinkel derselben im wesentlichen gleichgerichtet sind. Der exakte Verlauf der Deviationsmomente hängt natürlich von der Konstruktion bzw. Geometrie von Schwenkscheibe und Zusatzmasse ab. Die Fig. 13 zeigt auch, dass bei größeren Kippwinkeln, hier > 16°, Jyzz > yzl ist. Des weiteren lässt Fig. 13 noch erkennen, dass bis zu einem Kippwinkel von etwa 4° bis 5° die Deviationsmomente von Schwenkscheibe und Zusatzmasse etwa parallel verlaufen linear ansteigen. Bei zunehmendem Kippwinkel gleicht der Verlauf des Deviationsmomentes Jyzi der Schwenkscheibe ab, d. h. die Schwenkscheibe wirkt dann"abregelnd". Der Verlauf des Deviationsmoments Jyz2 der Zusatzmasse steigt im wesentlichen linear an.

Natürlich handelt es sich bei Fig. 13 um ein Beispiel, welches qualitativ den Grundgedanken der beschriebenen Lehre wiederspiegelt. Durch konstruktive Änderungen von Schwenkscheibe und/oder Zusatzmasse lassen sich die beiden Deviationskurven beeinflussen und relativ zueinander in vorbestimmter Weise

verschieben, um entsprechend vorbestimmte Regelverhalten des Verdichters zu erhalten.

Sämtliche in den Anmeldungsunterlagen offenbarten Merkmale werden als erfindungswesentlich beansprucht, soweit sie einzeln oder in Kombination gegenüber dem Stand der Technik neu sind.

Bezugszeichen 10 Gehäuse 11 Antriebswelle 12 Zylinderblock 13 Kolben 14 Schrägscheibe 15 Zusatzring (Zusatzmasse) 16 Gleitstein 17 Gleitstein 18 Antriebswellen-Mittelachse bzw. Gehäuse-Mittelachse 19 Führungsstift 20 Mitnehmer 21 Riemenscheibe 22 Triebwerksraum 23 Zylinderkopf 24 Kugelsegmentring 25 Schraubendruckfeder 26 Gelenkgabel 27 Gelenkstift