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Die
Erfindung betrifft einen regelbaren Kompressor, insbesondere zur
Anordnung im Kältemittelkreislauf einer Fahrzeug-Klimaanlange.
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Die
in der Fahrzeug-Klimatechnik zur Anwendung kommenden Kompressoren
werden bevorzugt über einen Riementrieb des Fahrzeugmotors, seltener
durch einen integrierten Elektromotor angetrieben. Sie saugen in
einem Kältemittelkreislauf, in dem eine begrenzte Kältemittelmenge
zur Verfügung steht und durch Zustandsänderungen
immer wieder aufbereitet wird, über eine Saugleitung dampfförmiges
Kältemittel aus einem Wärmetauscher, komprimieren
dieses und fördern es in einen Kältemittelverflüssiger,
aus dem es über ein Expansionsventil wieder dem Verdampfer
zugeführt wird und an dem es der in die Fahrgastzelle geförderten
Luft die zum Verdampfen erforderliche Wärme entzieht und
diese somit abkühlt. Der Förderstrom und damit
die Kälteleistung der nach dem Verdrängerprinzip
arbeitenden Kompressoren ist von deren Drehzahl direkt abhängig.
Durch das konstante Übersetzungsverhältnis des
Riementriebes ist diese direkt proportional der Motordrehzahl. Diese
wiederum wird vom Fahrer nach den Erfordernissen des Fahrbetriebs
und nicht nach der benötigten Kälteleistung gewählt,
so dass eine Regelung der Kälteleistung unabhängig
von der Motordrehzahl erforderlich ist, was über eine kontinuierliche
Veränderung des vom Kompressors erzeugten Förderstromes
erreicht werden kann. Als technische Lösung dazu haben
sich Taumelscheibenkompressoren mit stufenloser Hubregelung durchgesetzt, die
eine Taumelscheibe und durch diese angetriebene Hubkolben aufweisen
und bei denen durch stetiges Verändern des Anstellwinkels
derselben der Hub verändert wird, so dass stufenlos von
einer Minimalförderung bis hin zu einer Maximalförderung
geregelt werden kann. Ein solcher regelbarer Taumelscheibenkompressor
ist beispielsweise in der
EP
0 748 937 B1 beschrieben. Im leerlaufnahen Bereich des Fahrzeugmotors
wird vom Kompressor nur eine minimale Leistung erbracht. Diese sollte
jedoch durch die konstruktive Auslegung des Kompressors ein solches
Niveau haben, dass die Fahrgastzelle noch ausreichend gekühlt
werden kann. Dieses kann über einen größeren
Kompressor erreicht werden, was auch praktiziert wird. Ein größerer
Kompressor ist jedoch aus Bauraum- und Gewichtsgründen
nicht erwünscht.
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Eine
weitere Maßnahme zur Leistungssteigerung ist die Erhöhung
der Drehzahl des Kompressors. Der in der Fahrzeugklimaanlage eingesetzte Kompressor
wird über eine auf der Kurbelwelle des Fahrzeugmotors angeordnete
Riemenscheibe, einen Antriebsriemen und eine mit der Antriebswelle
des Kompressors verbundene Riemenscheibe angetrieben. Das Übersetzungsverhältnis
des Riementriebes ist durch die Größe der beiden
Riemenscheiben festgelegt, wobei die maximal mögliche Übersetzung durch
die Bauraumbedingungen im Fahrzeug begrenzt ist. Daher sind auch
der Drehzahl des Kompressors Grenzen gesetzt.
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Es
ist Aufgabe der Erfindung, einen regelbaren Kompressor nach dem
Oberbegriff des Anspruchs 1 so zu gestalten, dass dieser bei gleicher oder
im Wesentlichen gleicher Größe auch im Leerlauf
und im leerlaufnahen Bereich eine für die Klimatisierung
des Fahrgastraumes ausreichende Leistung erbringt, und dass dieser
bei unverändertem Riementrieb und unveränderter
Riemenspur sowie unveränderter Anordnung umgebender Nebenaggregate
einbaubar ist.
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Diese
Aufgabe wird bei einem Kompressor nach dem Oberbegriff des Anspruchs
1 durch dessen kennzeichnende Merkmale gelöst. Vorteilhafte
Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen aufgeführt.
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Die
Erfindung besteht darin, dass bei einem regelbaren Kompressor, der
eine an dessen Antriebswelle angeordnete Riemenscheibe für
einen Antriebsriemen aufweist, innerhalb der Riemenscheibe ein elektrisch
schaltbares Getriebe angeordnet ist, über das die Antriebswelle
an die Riemenscheibe gekoppelt ist und das über die Kälteleistungsanforderung
einer Klimaanlage, insbesondere einer automatischen Klimanlage,
gesteuert werden kann. Durch die Anordnung des Getriebes in der
Riemenscheibe wird axial vor dieser kein zusätzlicher Bauraum
benötigt, was insbesondere bei quer eingebauten Fahrzeugmotoren
wesentlich ist. In radialer Richtung ist auf Grund der Vielzahl
von in den Riementrieb eingebauten Nebenaggregaten ohnehin kein
Bauraum für ein Getriebe vorhanden.
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Dieses
Getriebe hat wenigstens zwei Schaltstellungen. in der einen Schaltstellung
wird die Drehzahl der Riemenscheibe direkt auf die Antriebswelle übertragen,
so dass diese und damit der Kompressor die gleiche Drehzahl wie
die Riemenscheibe hat, und in der anderen Schaltstellung wird die
Drehzahl übersetzt, so dass die Drehzahl der Antriebswelle
und damit die des Kompressors größer als die Drehzahl
der Riemenscheibe ist. Letztere Schaltstellung ist mit einer Leistungssteigerung
des Kompressors verbunden, so dass die Klimaanlage auch im leerlaufnahen Bereich
eine ausreichende Kälteleistung erbringen kann.
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Solange
von der Klimaanlage eine maximale Kälteleistung abgefordert
wird, wird mit großer Übersetzung über
den gesamten Drehzahlbereich gefahren, der nach oben durch die Nenndrehzahl
des Kompressors begrenzt ist. Liegt die Kälteleistungsanforderung
im Regelbetrieb, wird die kleinere Übersetzung aktiviert.
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Die
Möglichkeit der Drehzahlerhöhung des Kompressors
hat den weiteren Vorteil, das als solcher ein kleinerer Kompressor
verwendet werden kann, der kostengünstiger und leichter
ist und den Vorteil eines geringeren Schleppmomentes im Airkondioning-Off-Modus
hat. Das wiederum führt zu einer Verbrauchsreduzierung. Überdies
kann der Anstieg der Innenraumtemperatur nach längerem
Regelbetrieb im Leerlauf oder im leerlaufnahen Bereich durch Schalten
in die höhere Übersetzung vermieden werden.
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Das
Getriebe ist vorteilhaft ein Planetengetriebe, das sich in die Riemenscheibe
integrieren lässt, ohne das diese in ihren äußeren
Dimensionen verändert werden müsste. Dieses Planetengetriebe weist
ein mit der Riemenscheibe drehfest verbundenes Hohlrad, einen konzentrisch
um die Antriebswelle des Kompressors angeordneten Steg mit Planetenrädern
und ein mit der Antriebswelle drehfest verbundenes Sonnenrad auf
und ist mit einer Magnetbremse gekoppelt, die mit dem Steg in Wirkverbindung
steht. Zwischen dem Sonnenrad und dem Steg befindet sich eine Freilaufkupplung
mit integriertem Lager. Die Magnetbremse ist zwischen dem Kompressorgehäuse
und der Riemenscheibe angeordnet.
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Der
Steg ist im Inneren der Riemenscheibe über die Freilaufkupplung
auf der Antriebswelle des Kompressors gelagert und trägt
drei Paare von miteinander kämmenden Planetenrädern.
Jedes Paar weist ein mit dem Hohlrad und ein mit dem Sonnenrad in
Eingriff stehendes Planetenrad auf, so dass die Drehbewegung der
Riemenscheibe über diese Planetenradkette auf die Antriebswelle übertragen
wird.
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In
einer ersten Übersetzungsstufe ist der Steg gegenüber
der Antriebswelle bzw. dem Sonnenrad beweglich und bewegt sich in
Abhängigkeit von der Auslegung des Getriebes relativ zur
Antriebswelle, so dass die Drehzahl der Antriebswelle gegenüber der
Riemenscheibe größer, beispielsweise doppelt so
groß ist. Die Magnetbremse ist geschlossen (nicht wirksam),
und der Freilauf befindet sich im Überholbetrieb.
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In
einer zweiten Übersetzungsstufe ist die Magnetbremse offen
(wirksam), der Freilauf ist gesperrt und stellt den Steg gegenüber
der Antriebswelle bzw. dem Sonnenrad fest. In diesem Fall blockieren
die Planetenräder eine Relativbewegung zwischen dem Hohlrad
und damit der Riemenscheibe und dem drehfest mit der Antriebswelle
verbundenen Sonnenrad, so dass die Antriebswelle die gleiche Drehzahl
wie die Riemenscheibe hat. Wird die Magnetbremse wieder gelöst,
ist die Drehbeweglichkeit des Steges gegenüber der Antriebswelle
wieder hergetellt und diese dreht wieder in der ersten Übersetzungsstufe.
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Die
Erfindung wird nachstehend an einem Ausführungsbeispiel
erläutert. In den zugehörigen Zeichnungen zeigen:
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1:
den Riementrieb für Nebenaggregate in einem Fahrzeug mit
interierter Riemenscheibe eines Klimakompressors,
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2.
den Kompressor mit Riemenscheibe und einer Magnetbremse in einer
Seitenansicht,
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3:
ein in die Riemenscheibe integriertes Planetengetriebe und
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4:
einen Nebenaggregatehalter.
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In
dem in 1 gezeigten Riementrieb mit einem von der Kurbelwelle 1 eines
quer eingebauten Motors angetriebenen Keilrippenriemen 2 ist
in der Riemenspur im geringen radialen Abstand a von einer Umlenkrolle 3 und
neben der Riemenscheibe 4 einer Lichtmaschine auch die
Riemenscheibe 5 eines Klimakompressors (6, 2)
integriert. Zudem weist der Riementrieb einen Riemenspanner mit
einer Spannrolle 7 und die Riemenscheibe 8 einer
Wasserpumpe auf. Die Riemenscheibe 5 des Klimakompressors 6 ist
frontseitig mit einem Deckel (9, 2) versehen.
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2 zeigt
den Klimakompressor 6. Auf dessen Antriebswelle 10 ist
die Riemenscheibe 5 über ein in dieser integriertes
Planetengetriebe 11, das in 3 perspektivisch
dargestellt ist, gelagert. Dieses Planetengetriebe 11 ist
an der Frontseite der Riemenscheibe 5 durch den Deckel 9 verschlossen.
Zwischen dem Kompressorgehäuse 12 und der mit
dem Planetengetriebe 11 versehenen Riemenscheibe 5 ist
eine nicht weiter ausgeführte Magnetbremse 13 angeordnet,
die mit dem Planetengetriebe 11 in Wirkverbindung steht.
Am Umfang des zylindrischen Kompressorgehäuses 12 sind
Befestigungslaschen 14 mit Bohrungen 15 für
Befestigungsschrauben angeordnet, über die der Klimakompressor 6 an
einem Nebenaggregaträger (22, 4)
befestigt ist. Durch die Anordnung der Magnetbremse 13 zwischen
dem Kompressorgehäuse 12 und der Riemenscheibe 5 hat
das Kompressorgehäuse 12 einen größeren
axialen Abstand X von der Riemenscheibe 5 und ist um den
Betrag X in Y-Richtung zum Motor hin verschoben.
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In 3 ist
das in der Riemenscheibe 5 untergebrachte Planetengetriebe 11 dargestellt.
Dieses weist ein mit der Riemenscheibe 5 drehfest verbundenes
Hohl(zahn-)rad 16, einen Steg 17 mit drei im gleichen
Abstand voneinander angeordneten Paaren von drehbar gelagerten Planetenrädern 18/19 und ein
mit der Antriebswelle 10 drehfest verbundenes Sonnenrad 20 auf,
wobei der Steg 17 drehbeweglich gegenüber der
Antriebswelle 10 gelagert ist (nicht dargestellt). Der
Hohlrad-/Riemenscheibenverbund (16/5) ist mit
Gewindebohrungen 21 zur Befestigung des Deckels 9 versehen.
Die Planetenräder 18 stehen jeweils mit dem Hohlrad 16,
die Planetenräder 19 mit dem Sonnenrad 20 und
jeweils auch untereinander im Eingriff.
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Der
Klimakompressor 6 wird vermittels der am Kompressor angebrachten
Befestigungslaschen 14 und der Bohrungen 15 mit
Befestigungsschrauben an einem Nebenaggregateträger 22 befestigt, der
dazu an Befestigungsflächen 23 mit den Bohrungen 15 korrespondierende
Gewindebohrungen 24 aufweist, was in 4 gezeigt
ist. Diese Gewindebohrungen 24 sind zusätzlich
zu Gewindebohrungen 25 und im Abstand X von diesen angeordnet,
die für die optionale Anordnung eines getriebelosen Serienkompressors
vorgesehen sind, dessen Anschlussgeometrie im Übrigen gleich
der des Klimakompressors 6 ist. Dieser Abstand X ergibt
sich durch die Verlängerung des Klimakompressors 6 infolge
der Anordnung der Magnetbremse 13.
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Die
Ausbildung des Klimakompressors 6 zeigt, dass dessen Größe
in radialer Richtung gegenüber einem Serienkompressor ohne
Getriebe, insbesondere Planetengetriebe, unverändert ist.
Auch sind der Durchmesser und die Riemenspur der Riemenscheibe 5 unverändert
geblieben. In axialer Richtung, die der Y-Richtung des Fahrzeugs
entspricht, ist der Klimakompressor lediglich um den Betrag X, der
im beschriebenen Ausführungsbeispiel 17 mm beträgt und
sich durch die Anordnung der Magnetbremse 13 ergibt, verlängert
worden. Diese geringfügige Verlängerung wird durch
den im Fahrzeug vorhandenen Einbauraum zum Motor hin aufgenommen.
Die Vorkehrungen am Nebenaggregateträger 22 zur
Anordnung des Klimakompressors 6 sind minimal und bestehen
in der Einbringung von zusätzlichen Gewindebohrungen 24.
Dadurch ermöglicht dieser (22) die wahlweise Anordnung
des Klimakompressors 6 oder die Anordnung eines Serienkompressors
ohne Getriebe. Damit ist die Anpassung eines Fahrzeugs an die Marktbedingungen
hinsichtlich seiner Klimaausrüstung ohne Veränderung
der Anordnungsbedingungen im Fahrzeug ermöglicht.
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- 1
- Kurbelwelle
- 2
- Keilrippenriemen
- 3
- Umlenkrolle
- 4
- Riemenscheibe
- 5
- Riemenscheibe
- 6
- Klimakompressor
- 7
- Spannrolle
- 8
- Riemenscheibe
- 9
- Deckel
- 10
- Antriebswelle
- 11
- Planetengetriebe
- 12
- Kompressorgehäuse
- 13
- Magnetbremse
- 14
- Befestigungslasche
- 15
- Bohrung
- 16
- Hohlrad
- 17
- Steg
- 18
- Planetenrad
- 19
- Planetenrad
- 20
- Sonnenrad
- 21
- Bohrung
- 22
- Nebenaggregateträger
- 23
- Befestigungsfläche
- 24
- Gewindebohrung
- 25
- Gewindebohrung
- a
- Abstand
- X
- Abstand
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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