DE19935041A1 - Schraubenverdichter - Google Patents
SchraubenverdichterInfo
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Abstract
Um einen Schraubenverdichter, umfassend ein Gehäuse mit einer Läuferkammer, zwei in der Läuferkammer angeordnete Schraubenläufer, einen an die Läuferkammer angrenzenden Schieber zur Leistungssteuerung, eine Stelleinrichtung, umfassend einen Zylinder sowie eine zugeordnete Steuerungseinrichtung, mit welcher in einem stufenlosen Steuermodus ein Zufluß und ein Rückfluß des zum Betätigen des Zylinders vorgesehenen Mediums steuerbar ist, derart zu verbessern, daß die Steuereinrichtung zuverlässig arbeitet, wird vorgeschlagen, daß die Zylinderkammer eine Rückflußöffnung und eine Zwischenrückflußöffnung aufweist, und daß die Steuereinrichtung in dem Steuermodus zur stufenlosen Steuerung in einem Teilsteuerbereich zwischen einer Zwischenstellung und einer Minimalstellung die Rückflußöffnung aktiviert und zur stufenlosen Steuerung von Kolbenstellungen außerhalb des Teilsteuerbereichs die die Zwischenstellung festlegende entsprechende Zwischenrückflußöffnung aktiviert.
Description
Die Erfindung betrifft einen Schraubenverdichter umfassend
ein Gehäuse mit einer Läuferkammer, zwei in der Läuferkammer
angeordnete Schraubenläufer, welche in dem Gehäuse um ihre
jeweiligen Drehachsen drehbar gelagert sind und welche mit
einander kämmend antreibbar sind, um ein zu verdichtendes
Medium von einem Sauggaseinlaß des Gehäuses zu einem Druck
gasauslaß des Gehäuses zu fördern und dabei zu verdichten,
einen in Richtung der Läuferachsen bewegbaren und an die
Läuferkammer angrenzenden Schieber zur Leistungssteuerung
über die wirksame Länge der Schraubenläufer, eine Stellein
richtung, umfassend einen durch ein Medium druckbeauf
schlagten Zylinder, gebildet durch eine Zylinderkammer und
einen mit dem Schieber gekoppelten Kolben, sowie eine dem
Zylinder zugeordnete Steuereinrichtung, mit welcher in einem
stufenlosen Steuermodus ein Zufluß und ein Rückfluß des zum
Betätigen des Kolbens vorgesehenen Mediums steuerbar ist.
Derartige Schraubenverdichter sind aus dem Stand der Technik
bekannt. Bei diesen ist bei einem stufenlosen Steuermodus zur
Steuerung der Stelleinrichtung eine Versorgungsleitung für
den Druckzylinder vorgesehen, über welche entweder durch
Zufluß des den Kolben betätigenden Mediums oder Rückfluß des
den Kolben betätigenden Mediums der Kolben in alle denkbaren
Stellungen bewegbar ist.
Damit die Steuereinrichtung eines derartigen Schrauben
verdichters zuverlässig arbeitet, ist es jedoch erforderlich,
die Position des Kolbens der Steuereinrichtung erkennen zu
können, um den Schraubenverdichter in den gemischten Steuer
bereichen zuverlässig betreiben zu können.
Aus dem Grund ist bei einem aus dem Stand der Technik be
kannten Schraubenverdichter eine Positionserkennung für den
Kolben und/oder den Schieber erforderlich, die aufwendig ist.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen
Schraubenverdichter der gattungsgemäßen Art derart zu ver
bessern, daß bei konstruktiv möglichst einfachem Aufbau die
Steuereinrichtung zuverlässig arbeitet.
Diese Aufgabe wird bei einem Schraubenverdichter der eingangs
beschriebenen Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die
Zylinderkammer eine eine Minimalstellung festlegende Rück
flußöffnung aufweist, bei deren Aktivierung der Kolben aus
jeder Stellung zwischen der Maximalstellung und der Minimal
stellung zur Minimalstellung zurückfahrbar ist, daß die
Zylinderkammer eine mindestens eine Zwischenstellung fest
legende Zwischenrückflußöffnung aufweist, bei deren Akti
vierung der Kolben bis zu dieser Zwischenstellung verfahrbar
ist, daß die Steuereinrichtung in dem Steuermodus zur stufen
losen Steuerung der Kolbenstellung in einem Teilsteuerbereich
zwischen der Zwischenstellung und der Minimalstellung die
Rückflußöffnung aktiviert und daß die Steuereinrichtung zur
stufenlosen Steuerung von Kolbenstellungen außerhalb des
Teilsteuerbereichs zwischen der Zwischenstellung und der
Minimalstellung die entsprechende Zwischenrückflußöffnung
aktiviert.
Der Vorteil der erfindungsgemäßen Lösung ist somit darin zu
sehen, daß die Möglichkeit besteht, durch Festlegen des Rück
flusses des den Kolben betätigenden Mediums über die
Zwischenrückflußöffnung den Kolben lediglich in einem
gewünschten Teilsteuerbereich zu betreiben und somit auch für
die Steuereinrichtung eine zuverlässige Information dahin
gehend zur Verfügung zu stellen, daß unerwünschte Teilsteuer
bereiche, beispielsweise der Teilsteuerbereich zwischen der
Zwischenstellung und der Minimalstellung, für die stufenlose
Steuerung des Kolbens ausgeschlossen werden können.
Damit besteht die Möglichkeit, daß eine Positionsüberwachung
des Kolbens und/oder des Schiebers, entfallen kann und trotz
dem die Steuereinrichtung mit der erforderlichen Zuverlässig
keit steuert, wobei die Steuerzustände entweder direkt durch
die Art der Ansteuerung oder durch Erfassender Art der
Ansteuerung erkennbar sind.
Prinzipiell ist die erfindungsgemäße Lösung mit einer
einzigen Zwischenrückflußöffnung voll funktionsfähig.
Besonders günstig ist es jedoch, wenn der Zylinderkammer
mehrere jeweils andere Teilsteuerbereiche festlegende
Zwischenrückflußöffnungen zugeordnet sind, und wenn die
Steuereinrichtung die minimal zulässige Stellung des Kolbens
in den jeweiligen Teilsteuerbereich durch die jeweils akti
vierte Zwischenrückflußöffnung festlegt.
Das heißt, daß bei dieser Lösung die Möglichkeit besteht,
mehrere Teilsteuerbereiche mit jeweils minimal zulässiger
Stellung des Kolbens durch Aktivierung unterschiedlicher
Zwischenrückflußöffnungen festzulegen.
Ein besonders vorteilhafter Steuermodus sieht vor, daß die
Steuereinrichtung den Kolben dadurch ausschließlich in außer
halb des Teilsteuerbereichs zwischen der Zwischenstellung und
der Minimalstellung liegenden Teilsteuerbereichen betreibt,
daß die Steuereinrichtung nur die entsprechende Zwischenrück
flußöffnung und nicht zusätzlich die Rückflußöffnung zur
Steuerung aktiviert, so daß bereits konstruktionsbedingt die
Möglichkeit besteht, den unerwünschten Teilsteuerbereich,
beispielsweise den zwischen der Zwischenstellung und der
Minimalstellung liegenden Teilsteuerbereich, auszuschließen.
Um eine exakte stufenlose Steuerung vornehmen zu können, ist
es erforderlich, daß die Steuereinrichtung die Stellung des
Kolbens erkennt. Aus diesem Grund ist vorzugsweise vorge
sehen, daß die Steuereinrichtung die Stellung des Kolbens
ausgehend von der der aktivierten Zwischenrückflußöffnung
entsprechenden Zwischenstellung als Referenzposition
ermittelt und somit in der Lage ist, ausgehend von dieser
Referenzposition, beispielsweise durch Integration der
Zuflußzeiten und Rückflußzeiten, die Position des Kolbens
zumindest näherungsweise zu ermitteln, wobei eine exakte Neu
erfassung der Stellung des Kolbens stets dann möglich ist,
wenn dieser wieder zur jeweiligen Zwischenstellung zurück
gefahren ist, zu welcher dann ausgehend wieder erneut die
Stellung des Kolbens ermittelt werden kann.
Um die Rückflußöffnung und die Zwischenrückflußöffnungen
durch die Steuereinrichtung aktivieren zu können, wären bei
spielsweise komplexe Ventile denkbar. Eine einfache Möglich
keit sieht vor, daß jeder der Rückflußöffnungen und Zwischen
rückflußöffnungen ein von der Steuereinrichtung steuerbares
Ventil zugeordnet ist.
Die Ventile könnten beispielsweise so ausgebildet sein, daß
mit diesen auch eine Mengensteuerung möglich ist. Um die
Steuereinrichtung jedoch besonders einfach gestalten zu
können, ist vorzugsweise vorgesehen, daß jedes Ventil ein nur
zwischen einer Durchflußstellung und einer Sperrstellung
schaltbares Ventil ist und somit nur zwei Schaltzustände auf
weist.
Hinsichtlich der konstruktiven Ausbildung der Stellein
richtung, insbesondere zum Erreichen der Minimalstellung sind
die unterschiedlichsten Varianten denkbar. So wäre es bei
spielsweise denkbar, den Kolben zweiseitig mit einem Medium
zu beaufschlagen, wobei das eine Medium die Kraft zum Bewegen
des Kolbens von der Minimalstellung in der Maximalstellung
erzeugt und das andere Medium die Rückstellkraft zum Zurück
bewegen des Kolbens in Richtung der Minimalstellung bei Akti
vierung der Rückflußöffnungen oder Zwischenrückflußöffnungen
erzeugt.
Konstruktiv ist es jedoch besonders einfach, wenn der Kolben
in Richtung seiner Minimalstellung durch einen elastischen
Kraftspeicher, beispielsweise eine Feder beaufschlagt ist,
welcher stets dafür sorgt, daß der Kolben bei Aktivieren
mindestens einer Rückflußöffnung oder Zwischenrückflußöffnung
sich in Richtung der Minimalstellung bewegt, sofern diese
Rückflußöffnung oder Zwischenrückflußöffnung noch in das
zwischen Kolben und Zylinderkammer eingeschlossene Zylinder
volumen mündet.
Hinsichtlich der Kopplung zwischen dem Kolben und dem
Schieber wäre es beispielsweise noch denkbar, eine
mechanische Übersetzung oder eine flexible Kopplung vorzu
sehen. Besonders einfach ist es jedoch, wenn der Schieber
über eine Betätigungssteuer mit dem Kolben verbunden ist.
Vorzugsweise ist dabei der Schieber mit dem Kolben starr ver
bunden.
Die erfindungsgemäße Lösung betrifft jedoch nicht nur einen
Betrieb des erfindungsgemäßen Schraubenverdichters in einem
stufenlosen Steuermodus.
Alternativ oder ergänzend ist dabei zur Lösung der erfin
dungsgemäßen Aufgabe um einen Schraubenverdichter umfassend
ein Gehäuse und eine Läuferkammer, zwei in der Läuferkammer
angeordnete Schraubenläufer, welche in dem Gehäuse um ihre
jeweiligen Drehachsen drehbar gelagert sind und welche mit
einander kämmend antreibbar sind, um ein zu verdichtendes
Medium von einem Sauggaseinlaß des Gehäuses zu einem Druck
gaseinlaß des Gehäuses zu fördern und zu verdichten, einen in
Richtung der Läuferachse bewegbaren und an die Läuferkammer
angrenzenden Schieber zur Leistungssteuerung über die wirk
same Länge der Schraubenläufer, eine Stelleinrichtung, um
fassend einen durch ein Medium druckbeaufschlagten Zylinder,
gebildet durch eine Zylinderkammer und einen mit dem Schieber
gekoppelten Kolben, sowie eine dem Zylinder zugeordnete
Steuereinrichtung, mit welcher in einem stufigen Steuermodus
ein Zufluß des zum Betätigen des Kolbens vorgesehenen Mediums
steuerbar ist, erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Zylin
derkammer eine eine Minimalstellung festlegende Rückfluß
öffnung aufweist, bei deren Aktivierung der Kolben in die
Minimalstellung verfahrbar ist, daß die Zylinderkammer eine
mindestens eine Zwischenstellung festlegende Zwischenrück
flußöffnung aufweist, bei deren Aktivierung der Kolben bis zu
dieser Zwischenstellung verfahrbar ist und daß die Steuerein
richtung in dem stufigen Steuermodus bei zeitlich gemittelt
ungefähr konstantem Zufluß nur die Rückflußöffnung oder eine
der Zwischenrückflußöffnungen aktiviert.
Der Vorteil dieser Lösung ist darin zu sehen, daß damit auf
grund der gleichen konstruktiven Basis ohne Umbaumaßnahmen
die Möglichkeit besteht, den erfindungsgemäßen Schrauben
verdichter im stufigen Steuermodus zu betreiben.
Erfindungsgemäß ist dabei der durch Aktivierung der Rückfluß
öffnung oder der Zwischenrückflußöffnung mögliche Rückfluß
des den Kolben beaufschlagenden Mediums stets größer als der
Zufluß der Kolben in Richtung der Minimalstellung bewegbar
ist.
Besonders günstig ist es dabei, wenn die Steuereinrichtung in
dem stufigen Steuermodus den Zufluß getaktet aktiviert, da
dadurch insbesondere das Zurücklaufen des Kolbens vorteilhaft
eingeleitet werden, da Zeiten zur Verfügung stehen, in
welchen kein Zufluß des den Kolben beaufschlagenden Mediums
erfolgt und somit der Rückfluß und die Zurückbewegung des
Kolbens in Richtung der Minimalstellung in vorteilhafter
Weise einsetzen können. Somit wird das Ansprechverhalten der
Leistungssteuerung verbessert.
Besonders vorteilhaft ist es dabei, wenn die Steuereinrich
tung den Zufluß in einem festlegbaren Takt aktiviert.
Ferner ist es von Vorteil, wenn die Steuereinrichtung den
Zufluß in dem festen Takt für eine festgelegte Zeitdauer
aktiviert, wobei der festlegbare Takt und die festlegbare
Zeitdauer nicht über die gesamten Betriebszeiten des
Schraubenverdichters auf dieselben Werte festgelegt sein
müssen, sondern entsprechend sich ändernden Umständen, bei
spielsweise sich ändernder Betriebstemperatur, neu einge
stellt werden können, um beispielsweise bei Öl als Medium zum
Beaufschlagen des Kolbens eine Anpassung an die Viskosität
desselben vorzunehmen.
Weitere Merkmale und Vorteile sind Gegenstand der nach
folgenden Beschreibung sowie der zeichnerischen Darstellung
eines Ausführungsbeispiels.
Die Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung eines erfin
dungsgemäßen Schraubenverdichters mit einem schematischen
Längsschnitt durch ein Gehäuse desselben.
Ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Schrauben
verdichters, dargestellt in Fig. 1, umfaßt ein als Ganzes mit
10 bezeichnetes Gehäuse, welches eine Läuferkammer 12 bildet,
in der zwei parallel zueinander ausgerichtete und miteinander
kämmende Schraubenläufer 14 um ihre jeweiligen Drehachsen 16
drehbar gelagert sind, wobei die Lagerung der Schraubenläufer
14 vorzugsweise durch beiderseits derselben angeordnete
Wellenstummel 18 und 20 in im Gehäuse 10 vorgesehenen Lagern
22 bzw. 24 erfolgt.
In dem Gehäuse 10 ist ferner ein saugseitig der Schrauben
läufer 14 angeordneter Sauggaseinlaß 26 angeordnet sowie ein
druckseitig derselben liegender Druckgasauslaß 28, wobei die
Schraubenläufer 14 ein zu verdichtendes Medium vom Saugeinlaß
26 bis zum Druckgasauslaß 28 fördern und dabei verdichten.
Zur Einstellung der Verdichterleistung ist ein Schieber 30
vorgesehen, welcher in dem Gehäuse 10 in einer Richtung 32
parallel zur Drehachse 16 der Schraubenläufer 14 verschiebbar
gelagert ist und ausgehend vom Druckgaseinlaß 28 sich in
Richtung des Sauggaseinlasses 26 erstreckt, dabei mit seiner
Schieberoberseite 34 an die Schraubenläufer 14 angrenzt und
mit einer vorderen Schieberkante 36 den Ort festlegt, ab
welchem eine Verdichtung des zu verdichtenden Mediums durch
die beiden ineinandergreifenden Schraubenläufer 14 erfolgt.
Der Schieber 30 ist fest mit einer Betätigungsstange 38 ver
bunden, mit welcher über eine als Ganzes mit 40 bezeichnete
Stelleinrichtung der Schieber 30 in Richtung 32 verstellbar
ist.
Die Stelleinrichtung 40 umfaßt ein Zylindergehäuse 42,
welches eine Zylinderkammer 44 umschließt, in der ein Kolben
46 verfahrbar ist, der fest mit der Betätigungsstange 38 ver
bunden ist, wobei die Betätigungsstange 38 vorzugsweise eine
Kolbenstange des Kolbens 46 bildet.
Dabei ist der Kolben 46 ebenfalls parallel zur Richtung 32 in
der Zylinderkammer 44 verfahrbar und zwar von einer Minimal
stellung Mi, die beispielsweise einer Leistung in der Größen
ordnung von 25% der Maximalleistung des Verdichters ent
spricht, bis zu einer Maximalstellung Ma, welche der Maximal
leistung des Verdichters entspricht, und Zwischenstellungen
Z1 und Z2, welche nachfolgend noch im einzelnen erläutert
werden.
Dabei entspricht die Minimalstellung Mi des Kolbens einer
minimalen zwischen Zylinderkammer 44 und Kolben 46 einge
schlossenen Zylindervolumen und die Stellung Ma einem maximal
zwischen dem Kolben 46 und der Zylinderkammer 44 einge
schlossenen Zylindervolumen, während die Zwischenstellungen
Z1 und Z2 Zylindervolumina entsprechen, die zwischen dem
minimalen Zylindervolumen und dem maximalen Zylindervolumen
liegen.
Die Stelleinrichtung 40 ist zum Verstellen des Kolbens 46 mit
Öl beaufschlagbar, welches beispielsweise durch eine
Öldruckpumpe 50 oder ein mit Enddruck des zu verdichtenden
Mediums beaufschlagtes Reservoir auf einem für die Beauf
schlagung des Kolbens erforderlichen Druck gehalten wird. Von
der Öldruckpumpe 50 strömt das Öl durch eine Zufuhrleitung 52
über eine Drossel 54, beispielsweise ausgebildet als
Kapillare, zu einer Versorgungsleitung 56, welche mit einer
Versorgungsöffnung 58 in die Zylinderkammer 44 mündet. Die
Versorgungsleitung 56 ist ferner mit einer Rücklaufleitung 60
verbunden, der zum Sauggaseinlaß 26 des Gehäuses 10 führt.
Zur Steuerung einzelner Stellungen des Kolbens 46 in der
Zylinderkammer 44 ist in der Zulaufleitung 52 ein Zulauf
ventil 62 vorgesehen und in der Rücklaufleitung 60 ein Rück
laufventil 64, welche beide vorzugsweise elektromagnetisch
über eine als Ganzes mit 66 bezeichnete Steuereinrichtung
steuerbar sind.
Zum Verschieben des Kolbens 46 von der Minimalstellung Mi in
eine andere Stellung zwischen der Minimalstellung Mi und der
Maximalstellung Ma wird das Zulaufventil 62 durch die
Steuerung 66 geöffnet, wobei die Öldruckpumpe 50 Öl über die
Zufuhrleitung 52, die Versorgungsleitung 56 und die Ver
sorgungsöffnung 58 in die Zylinderkammer 44 pumpt und damit
unter Vergrößerung des Zylindervolumens den Kolben 46 beauf
schlagt, so lange, bis die gewünschte Stellung des Kolbens 46
erreicht ist. Dann wird das Zulaufventil 62 geschlossen.
Damit läßt sich der Schieber 30 vorzugsweise in eine Stellung
bewegen, in welcher die Verdichterleistung zwischen dem
Minimalwert und dem Maximalwert liegt, wobei der Minimal
stellung Mi des Kolbens 46 vorzugsweise die Stellung mini
maler Leistung des Schiebers 30 zugeordnet ist und der Maxi
malstellung Ma des Kolbens 46 die Stellung maximaler Leistung
des Schiebers 30.
Zum Verschieben des Kolbens 46 aus einer Stellung zwischen
der Minimalstellung Mi und der Maximalstellung Ma in Richtung
der Minimalstellung Mi wird das Rücklaufventil 64 von der
Steuerung 66 geöffnet, so daß Öl aus dem von der Zylinder
kammer 44 und dem Kolben 46 eingeschlossenen Zylindervolumen
über die Rücklaufleitung 60 abströmen kann und dabei vorzugs
weise zum Sauggaseinlaß 26 strömt, so daß sich der Kolben 46
in Richtung der Minimalstellung verschiebt, so lange, so
lange das Rücklaufventil 60 von der Steuereinrichtung 66
geöffnet gehalten wird.
Nach Schließen des Rücklaufventils 64 bleibt der Kolben 46 in
der erreichten Stellung stehen.
Vorzugsweise ist, um sämtliche Stellungen zwischen der Mini
malstellung Mi und der Maximalstellung Ma einstellen zu
können, die Versorgungsöffnung 58 einem Kolbenboden 68 zuge
wandt in einem Zylindergehäuseboden 70 des Zylindergehäuses
42 angeordnet.
Ferner sind in einem Zylindergehäusemantel 72 Zwischenrück
lauföffnungen 74 und 76 in unterschiedlichem Abstand von der
Minimalstellung Mi des Kolbens 46 angeordnet, die mit
Zwischenrücklaufleitungen 78 bzw. 80 verbunden sind, welche
ihrerseits in die Rücklaufleitung 60 zwischen dem Rücklauf
ventil 64 und dem Sauggaseinlaß 26 münden. Jede der Zwischen
rücklaufleitungen 78 und 80 ist mit einem Zwischenrücklauf
ventil 82 bzw. 84 versehen, mit welchem die jeweilige
Zwischenrücklaufleitung 78 und 80 verschließbar ist.
Durch die Lage der Zwischenrücklauföffnungen 74 und 76 im
Abstand von der Minimalstellung Mi des Kolbens 46 ist die
Lage von diesen zugeordneten Zwischenstellungen Z1 bzw. Z2
des Kolbens 46 festgelegt, wobei bei einem stufenlosen
Steuermodus die Zwischenstellungen Z1 und Z2 so liegen, daß
der in diesen stehende Kolben 46 vor den Zwischenrücklauf
öffnungen 74 bzw. 76 steht.
Durch Ansteuerung der Zwischenrücklaufventile 82 und 84
mittels der Steuereinrichtung 66 besteht nun die Möglichkeit,
über die Zwischenrücklauföffnungen 74 oder 76 Öl aus der
Zylinderkammer 44 abströmen zu lassen, sofern sich das
jeweilige Zylindervolumen bis zu den Zwischenrücklauf
öffnungen 74 bzw. 76 oder über diese hinaus erstreckt.
Vorzugsweise liegen die Zwischenstellungen Z1 und Z2 so, daß
die Zwischenstellung Z1 einer Stellung des Schiebers 30 ent
spricht, bei welcher der Schraubenverdichter in einem
mittleren Leistungsbereich, das heißt beispielsweise in der
Größenordnung von 50% arbeitet. Ferner ist die Zwischen
stellung Z2 beispielsweise so definiert, daß diese einer
Stellung des Schiebers 30 entspricht, in welcher dieser den
Schraubenverdichter mit einer Leistung in der Größenordnung
von 70% bis 80% arbeitet.
Es sind aber auch in erfindungsgemäßer Weise andere Fest
legungen der Zwischenstellungen Z1 und Z2 möglich. Ferner ist
es erfindungsgemäß auch möglich, noch mehr als zwei Zwischen
stellungen Z1 und Z2 vorzusehen.
Außerdem ist der Kolben 46 oder der Schieber 30 vorzugsweise
noch mit einem elastischen Kraftspeicher, das heißt bei
spielsweise einer Feder 90, derart beaufschlagt, daß sowohl
der Kolben 46 als auch der Schieber 30 die Tendenz haben, das
Zylindervolumen zu verkleinern, das heißt ohne Öldruckbeauf
schlagung des Zylindervolumens zwischen Kolben 46 und Zylin
derkammer 44 in die Minimalstellung Mi des Kolbens 46 und
somit die Stellung minimaler Leistung des Schraubenver
dichters überzugehen.
Der erfindungsgemäße Schraubenverdichter läßt sich nun wie
folgt in dem stufenlosen Steuermodus betreiben:
Beim Anfahren des Schraubenverdichters ist aufgrund des
elastischen Kraftspeichers 90 der Kolben 46 und einem gege
benenfalls vorausgehenden Öffnen des Rücklaufventils 64 und
somit auch der Schieber 30 in der Minimalstellung, das heißt
der Schraubenverdichter fährt mit minimaler Leistung an. Soll
nun der Schraubenverdichter mit einer höheren Leistung
betrieben werden, so wird das Zulaufventil 62 in der Zulauf
leitung 52 geöffnet und folglich fördert die Ölpumpe 50 Öl
über die Zulaufleitung 52 in die Versorgungsleitung 56 und
somit über die Versorgungsöffnung 58 in das von dem Kolben 46
und der Zylinderkammer 44 begrenzte Zylindervolumen, wodurch
dieses vergrößert wird und der Kolben 46 sich von der Mini
malstellung Mi in Richtung der Maximalstellung bewegt.
Dieses Steigern der Leistung des Schraubenverdichters kann
bis zu einer beliebigen möglichen Stellung des Kolbens 46
erfolgen.
Wird dabei eine Stellung des Kolbens 46 zwischen der Minimal
stellung Mi und der Zwischenstellung Z1 erreicht, so kann
durch Sperren des Zulaufventils 62 diese Stellung aufrecht
erhalten oder durch Öffnen des Rücklaufventils 64 diese
Stellung wieder in Richtung der Minimalstellung Mi verändert
werden, wobei die Minimalstellung Mi bei geschlossenem
Zulaufventil 62 schnell angefahren werden kann und bei
geöffnetem Zulaufventil 62 langsam angefahren werden kann,
sofern durch das Rücklaufventil 64 mehr Öl abströmt als durch
das Zulaufventil 62 zuströmt.
Üblicherweise besteht jedoch das Bestreben, Schraubenver
dichter in einem oberen Leistungsbereich, das heißt in einem
Leistungsbereich oberhalb eines Mindestwerts in der Größen
ordnung von 50% zu betreiben.
Aus diesem Grund wird üblicherweise durch Öffnen des Zulauf
ventils 62 in der Zulaufleitung 52 der Kolben 46 so weit
bewegt, daß er die Zwischenstellung Z1 erreicht oder sich
über diese hinaus in Richtung der Maximalstellung Ma bewegt.
Um nun den erfindungsgemäßen Schraubenverdichter in dem
oberen Leistungsbereich zu betreiben und dabei sicher sein zu
können, daß ohne Überwachung der Stellung des Kolbens 46
und/oder des Schiebers 30 verhindert werden kann, daß diese
so weit zurückgefahren werden, daß sie wieder den unteren
Leistungsbereich zwischen der Zwischenstellung Z1 und der
Minimalstellung erreichen, arbeitet die Steuereinrichtung 66
im oberen Leistungsbereich dergestalt, daß sie zum Verfahren
des Kolbens 46 in Richtung der Maximalstellung Ma das Zulauf
ventil 62 öffnet und somit über die Zulaufleitung 52 und die
Versorgungsleitung 54 Öl in das vom Kolben 46 und der Zylin
derkammer 44 eingeschlossene Zylindervolumen eintreten
lassen.
Allerdings wird zum Zurückfahren des Kolbens 46 in Richtung
der Minimalstellung nicht das Rücklaufventil 64 geöffnet,
sondern das Zwischenrücklaufventil 82 in der Zwischenrück
laufleitung 78. Dies hat zur Folge, daß damit der Kolben 46
nur so weit in Richtung der Minimalstellung verfahren kann,
bis er die Zwischenstellung Z1 erreicht, in welcher der
Kolben 46 vor der Zwischenrücklauföffnung 74 steht und somit
bei weiterem Bewegen in Richtung der Minimalstellung die
Zwischenrücklauföffnung 74 selbsttätig versperrt und somit
auch das Rücklaufen von Öl aus dem Zylindervolumen in die
Zwischenrücklaufleitung 78 verhindert.
Das Verfahren des Kolbens 46 zur Zwischenstellung Z1 kann bei
ausschließlichem Öffnen des Zwischenrücklaufventils 82
schnell und bei zusätzlichem Öffnen des Zulaufventils 62
langsam erfolgen, sofern durch das Zwischenrücklaufventil 82
mehr Öl abströmt als durch das Zulaufventil 62 zuströmt.
Damit ist zwangsläufig sichergestellt, daß der Kolben 46 in
Richtung der Minimalstellung nicht über die Zwischenstellung
Z1 hinaus bewegt wird. Damit ist auch für die Steuerung 66
ohne Überwachung der Stellung des Kolbens 46 und/oder des
Schiebers 30 erkennbar, daß der Kolben 46 in einer Stellung
steht, welche mindestens einer Leistung des Verdichters in
der Größenordnung von 50% entspricht, jedoch keinesfalls
unter diesem Wert liegt. Somit ist lediglich dadurch, daß die
Steuereinrichtung 66 nur das Zulaufventil 62 und das
Zwischenrücklaufventil 82 betätigt, ein Steuer- oder Regel
bereich für den Kolben vorgegeben, der den gewünschten Wert
von in der Größenordnung 50% nicht unterschreitet, sondern
zwischen der Zwischenstellung Z1 und der Maximalstallung Ma
liegt.
Soll der Steuer- und Regelbereich für den Kolben 46 auf noch
höhere Werte eingegrenzt werden, so erfolgt nach Verstellen
des Kolbens 46 bis mindestens zur Zwischenstellung Z2 durch
die Steuereinrichtung 66 lediglich eine Betätigung des
Zulaufventils 62 und des der Zwischenrücklaufleitung 80 zuge
ordneten Zwischenrücklaufventils 84, so daß der Kolben 46 bei
seiner Bewegung in Richtung der Minimalstellung lediglich die
Zwischenstellung Z2 erreichen kann, die beispielsweise in der
Größenordnung zwischen 70% und 80% der Leistung des Ver
dichters liegt, und diese Zwischenstellung Z2 wird - in
gleicher Weise wie im Zusammenhang mit der Zwischenstellung
Z1 beschrieben - bei einer derartigen Betätigung des
Zwischenrücklaufventils 84 und das Halten des Rücklaufventils
64 und des Zwischenrücklaufventils 82 in der geschlossenen
Stellung aufgrund der konstruktiven Anordnung der Zwischen
rücklauföffnung 76 nichtunterschritten, ohne daß hier eine
Überwachung der Stellung des Kolbens 46 erforderlich ist.
Die Steuereinrichtung 66 kann bei dem erfindungsgemäßen
Schraubenverdichter jedoch nicht nur in dem beschriebenen
stufenlosen Steuermodus arbeiten, in welchem letztlich eine
stufenlose Positionierung des Kolbens zwischen der Minimal
stellung Mi und der Maximalstellung Ma möglich ist.
Alternativ dazu kann die erfindungsgemäße Steuereinrichtung
auch in einem stufigen Steuermodus arbeiten, in welchem
lediglich die Zwischenstellung Z1, die Zwischenstellung Z2
und die Maximalstellung Ma neben der Minimalstellung Mi
anfahrbar sind.
Hierzu wird das Zulaufventil 62 erfindungsgemäß in einem
festen Takt für jeweils ein fest definiertes Zeitintervall
geöffnet, so daß das unter Druck stehende Öl in das den
Kolben 46 und der Zylinderkammer 44 umschlossene Zylinder
volumen eintritt. Sind sowohl das Rücklaufventil 64 als auch
die Zwischenrücklaufventile 82 und 84 geschlossen, so wird
dadurch der Kolben 46 bei jedem Zuführen von dem unter Druck
stehenden Öl in Richtung der Maximalstellung Ma bewegt, so
daß nach einem durch die Zeitintervalle für das Zuführen des
Öls festgelegten Gesamtintervall die Maximalstellung Ma
erreicht wird.
Soll dagegen nur die Zwischenstellung Z1 erreicht werden, so
wird das Zwischenrücklaufventil 82 geöffnet, was dazu führt,
daß dann, wenn der Kolben in der Zwischenstellung Z1 steht,
ein geringfügiges Weiterbewegen des Kolbens 46 über die
Zwischenstellung Z1 hinaus dazu führt, daß der Kolben Z1 die
Zwischenrücklauföffnung 74 freigibt und somit das über die
Versorgungsöffnung 48 dem Zylindervolumen zugeführte Öl
wiederum über die Zwischenrücklauföffnung 74 und die
Zwischenleitung 78 abfließt, so daß sich der Kolben 46 stets
geringfügig um die Zwischenstellung Z1 herum bewegt und somit
in dieser definiert festgehalten werden kann.
In gleicher Weise besteht die Möglichkeit, auch den Kolben 46
in der Zwischenstellung Z2 durch Öffnen des Zwischenrücklauf
ventils 84 und Geschlossenhalten des Rücklaufventils 64 und
des Zwischenrücklaufventils 82 festzuhalten.
Schließlich besteht auch noch die Möglichkeit, die Minimal
stellung Mi dadurch zu erreichen, daß das Rücklaufventil 64
geöffnet wird und somit mehr Öl aus dem Zylindervolumen
abströmen kann, als über das Zulaufventil 62 und die Drossel
54 zufließt.
Vorzugsweise wird auch beim Abschalten und vor dem Anschalten
das Rücklaufventil 64 geöffnet.
Das Funktionieren des erfindungsgemäßen Schraubenverdichters
in dem stufigen oder gestuften Steuermodus setzt voraus, daß
stets mindestens genauso viel Öl über die jeweiligen Rück
laufventile 64, 82 und 84 abfließen kann als über das Zulauf
ventil 62 zufließen kann. Vorzugsweise wird die zufließende
Ölmenge so eingestellt werden, daß sie stets geringer ist als
die über die Rücklaufventile 64, 82 und 84 bei Aktivierung
derselben zurücklaufende Ölmenge.
Ferner schafft der getaktete Betrieb des Zulaufventils 62
noch die Möglichkeit, durch Änderung der Taktfrequenz oder
der jeweils geöffneten Zeitspanne des Zulaufventils 62 die
zugeführte Ölmenge zu variieren, beispielsweise bei sich
ändernder Öltemperatur oder sich ändernden sonstigen
Bedingungen, die sich auf das Strömungsverhalten des Öls,
insbesondere beim Durchströmen der Drossel 54 auswirken.
Claims (12)
1. Schraubenverdichter umfassend ein Gehäuse mit einer
Läuferkammer, zwei in der Läuferkammer angeordnete
Schraubenläufer, welche in dem Gehäuse um ihre
jeweiligen Drehachsen gelagert sind und welche mitein
ander kämmend antreibbar sind, um ein zu verdichtendes
Medium von einem Sauggaseinlaß des Gehäuses zu einem
Druckgasauslaß des Gehäuses zu fördern und dabei zu ver
dichten, einen in Richtung der Läuferachsen bewegbaren
und an die Läuferkammer angrenzenden Schieber zur
Leistungssteuerung über die wirksame Länge der
Schraubenläufer, eine Stelleinrichtung, umfassend einen
durch ein Medium druckbeaufschlagten Zylinder, gebildet
durch eine Zylinderkammer und einen mit dem Schieber
gekoppelten Kolben, sowie eine dem Zylinder zugeordnete
Steuereinrichtung mit welcher in einem stufenlosen
Steuermodus ein Zufluß und ein Rückfluß des zum
Betätigen des Kolbens vorgesehenen Mediums steuerbar
ist,
dadurch gekennzeichnet, daß die
Zylinderkammer (44) eine eine Minimalstellung (Mi) fest
legende Rückflußöffnung (58) aufweist, bei deren Akti
vierung der Kolben (46) aus jeder Stellung zwischen der
Maximalstellung (Ma) und der Minimalstellung (Mi) zur
Minimalstellung (Mi) zurückfahrbar ist, daß die Zylin
derkammer (44) eine mindestens eine Zwischenstellung
(Z1, Z2) festlegende Zwischenrückflußöffnung (74, 76)
aufweist, bei deren Aktivierung der Kolben (46) bis zu
dieser Zwischenstellung (Z1, Z2) verfahrbar ist und daß
die Steuereinrichtung (66) in dem Steuermodus zur
stufenlosen Steuerung der Kolbenstellungen in einem
Teilsteuerbereich zwischen der Zwischenstellung (Z1, Z2)
und der Minimalstellung (Mi) die Rückflußöffnung (58)
aktiviert und zur stufenlosen Steuerung von Kolben
stellungen außerhalb des Teilsteuerbereichs zwischen der
Zwischenstellung (Z1, Z2) und der Minimalstellung (Mi)
die entsprechende Zwischenrückflußöffnung (74, 76) akti
viert.
2. Schraubenverdichter nach Anspruch 1, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Zylinderkammer (44) mehrere Zwischen
rückflußöffnungen (Z1, Z2) aufweist und daß die Steuer
einrichtung (66) die minimal zulässige Stellung des
Kolbens (46) in dem jeweiligen Teilsteuerbereich durch
die jeweils aktivierte Zwischenrückflußöffnung (74, 76)
festlegt.
3. Schraubenverdichter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch
gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung (66) den
Kolben (46) dadurch ausschließlich in außerhalb des
Teilsteuerbereichs zwischen der Zwischenstellung (Z1,
Z2) und der Minimalstellung (Mi) liegenden Teilsteuer
bereichen betreibt, daß sie nur die entsprechende
Zwischenrückflußöffnung (74, 76) zur Steuerung akti
viert.
4. Schraubenverdichter nach einem der voranstehenden
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerein
richtung (66) die Stellung des Kolbens (46) ausgehend
von der der aktivierten Zwischenrückflußöffnung (74, 76)
entsprechenden Zwischenstellung als Referenzposition
ermitteln.
5. Schraubenverdichter nach einem der voranstehenden
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß jeder der Rück
flußöffnungen und Zwischenrückflußöffnungen (58, 74, 76)
ein von der Steuereinrichtung (66) steuerbares Ventil
(64, 82, 84) zugeordnet ist.
6. Schraubenverdichter nach Anspruch 5, dadurch gekenn
zeichnet, daß Ventil (64, 82, 84) ein nur zwischen einer
Durchflußstellung und einer Sperrstellung schaltbares
Ventil ist.
7. Schraubenverdichter nach einem der voranstehenden
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben (46)
in Richtung seiner Minimalstellung (Mi) durch einen
elastischen Kraftspeicher (90) beaufschlagt ist.
8. Schraubenverdichter nach einem der voranstehenden
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Schieber (30)
über eine Betätigungsstange (38) mit dem Kolben (46)
verbunden ist.
9. Schraubenverdichter nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1
und/oder nach einem der voranstehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß die Zylinderkammer (44) eine
eine Minimalstellung (Mi) festlegende Rückflußöffnung
(58) aufweist, bei deren Aktivierung der Kolben (46) aus
jeder Stellung zwischen der Maximalstellung (Ma) und der
Minimalstellung (Mi) zur Minimalstellung (Mi) zurück
fahrbar ist, daß die Zylinderkammer mindestens eine eine
Zwischenstellung (Z1, Z2) des Kolbens (46) festlegende
Zwischenrückflußöffnung (74, 76) aufweist, bei deren
Aktivierung der Kolben bis zu dieser Zwischenstellung
verfahrbar ist und daß die Steuereinrichtung (66) in
einem stufigen Steuermodus bei zeitlich gemittelt unge
fähr konstantem Zufluß nur die Rückflußöffnung (58) oder
eine der Zwischenrückflußöffnungen (74, 76) aktiviert.
10. Schraubenverdichter nach Anspruch 9, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Steuereinrichtung (66) in dem stufigen
Steuermodus den Zufluß getaktet aktiviert.
11. Steuereinrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Steuereinrichtung (66) den Zufluß in
einem festlegbaren Takt aktiviert.
12. Steuereinrichtung nach Anspruch 10 oder 11, dadurch
gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung (66) den
Zufluß in dem festlegbaren Takt für eine festlegbare
Zeitdauer aktiviert.
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