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Bezeichnung: Regelbarer außenachsiger Rotationskolbenkompressor
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Beschreibung Die Erfindung betrifft einenregelbarç außenachsigen
Rotationskolbenkompressor mit Kämmeingriff zwischen einem Schraubenrippenrotor und
einem Schraubennutenrotor innerhalb eines die achsparallelen Rotoren in einander
schneidenden Bohrungen aufnehmenden Gehäuses mit einer Mantelwand, einer Niederdruckendwand
und einer Hochdruckendwand, welche mit Ein- und Auslaßöffnungen für das zu verdichtende
Arbeitsmedium versehen sind, wobei die Schraubenrippen und -nuten der Rotoren Umschlingungswinkel
von weniger als 3600 aufweisen und die zwischen den hauptsächlich außerhalb des
zugehörigen Teilkreises verlaufenden Schraubenrippen liegenden Rippenzwischenräume
des Rippenrotors mit den hauptsächlichen innerhalb des zugehörigen Teilkreises verlaufenden
Schraubennuten des Schraubennutenrotors paarweise V-förmige Arbeitskammern bilden,
deren Schenkelenden von der Hochdruckendwand begrenzt sind und deren Scheitel bei
der Drehung der Rotoren zur Hochdruckendwand hin wandern, und wobei ferner in einer
zu wenigstens einer der Gehäusebohrungen offenen achsparallelen Ausnehmung der Gehäusemantelwand
eine Ventileinrichtung mit einem ersten und einem zweiten unabhängig voneinander
verschieblichen Ventilglied zur Regelung zur Regelung der Fördermenge des Verdichters
vorgesehen ist, deren den Rotoren zugewandte Seiten die im Bereich der Ausnehmung
fehlende Bohrungsfläche ergänzen und den Abschluß der V-förmigen Arbeitskammern
von der Gehäuseeinlaßöffnung sowie die Größe der Gehäuseauslaßöffnung steuern.
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Es ist bekannt, die Kapazität eines Verdichters der vorgenannten Art
unter Verwendung eines einzigen verschieblichen Ventilglieds zu regeln, mit welchem
das Anfangs- und das Endvolumen der V-förmigen Arbeitskammern variiert werden.
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Mit der Kapazitätsveränderung wird dadurch ebenso das eingebaute Verdichtungsverhältnis
verändert. Dies bedeutet z.B., daß, wenn die Kapazität auf einen niedrigeren Wert
herabgesetzt wird, das eingebaute Verdichtungsverhältnis gleichzeitig auf einen
unzweckmäßigen hohen Wert gesteigert wird, der zu einer Herabsetzung des Wirkungsgrades
führt.
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Um zumindest diesen Nachteil zu mindern, ist auch bereits vorgeschlagen
worden (US-PS 3 o88 659), eine Ventileinrichtung zu verwenden, die aus einem ersten
und einem zweiten axial zueinander ausgerichteten und unabhängig voneinander betätigbaren
Ventilglied besteht, von denen das eine - als beweglicher Schiebeanschlag bezeichnete
- Ventilglied zur Regelung der Kapazität und das andere - als Schiebeventil bezeichnete
-Ventilglied zur Regelung des Druckverhältnisses oder Volumenverhältnisses herangezogen
wird. Der Schiebeanschlag öffnet einen Rückströmschlitz zur Einlaßöffnung, was zur
Folge hat, daß die Maschine nur mit Teillast läuft, d.h. ein Teil der Luft oder
des Gases aus den V-förmigen Arbeitskammern über den RUckstrdmspalL zur Einlaßöffnung
wieder zurückströmt, bevor die Verdichtung des Arbeitsmediums in den V-förmigen
Arbeitskammern beginnt. Der von der Maschine durch die Einlaßöffnung angesaugte
volumetrische Fluß hängt von der Größe des Rückführschlitzes und der Stellung des-Schiebeventils
ab. Beide Faktoren beeinflussen die Anpassung des inneren Verdichtungsverhältnisses
an das äußere Druckverhältnis. Auf diese Weise beeinflussen sowohl die Größe des
Rückführschlitzes als die Stellung des Schiebeventils die Kapazität der Maschine.
Unterschiedliche Teillastkapazitäten können mit verschiedenen Kombinationen aus
Schlitzgröße und Schiebeventilstellung erhalten werden, jedoch liefert nur eine
dieser Kombinationen den besten Wirkungsgrad.
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Ein besonderer Nachteil des beweglichen Gleitanschlags zeigt sich
bei hohen Verdichtungsverhältnissen. Unter solchen Bedingungen wird das Gleitventil
weit zum Auslaßende hin verschoben. Der Rückführschlitz zwischen dem Gleitanschlag
und dem Gleitventil wird dann innerhalb des Verdichtungsvorgangs verhältnismäßig
spät wirksam. Dies führt zu Verlusten aufgrund der Tatsache, daß die Verdichtungsarbeit
bereits an Gas vorgenommen worden ist, welches zurück zum Einflaß über den Rückführschlitz
geleitet wird. Diese Verluste treten offensichtlich in allen Maschinen dieser Art
auf, die mit Gleitventilsteuerung versehen sind. Jedoch werden die Verluste in diesem
besonderen Fall höher sein als für gewöhnlich, da der Rückführschlitz so spät innerhalb
des Verdichtungsvorgangs geöffnet wird.
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Aufgabe der Erfindung ist es, diese Nachteile zu beseitigen und es
zu ermöglichen, den Verdichter unter mindestens zwei verschiedenen Teillastbedingungen
mit hohem Wirkungsgrad zu betreiben. Dies ist von besonderer Bedeutung bei Verdichtern
in Kühlanlagen. Auf Kühlschiffen z.B. müssen verschiedene Ladungen auf verschiedenen
Temperaturen gehalten werden. Im Fall von Obstladungen muß darüber hinaus die Temperatur
anhand einer besonderen Vorlage im Verlauf der Reise geändert werden.
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Die Verdampfungstemperatur des Kühlsystems muß ebenfalls augenscheinlich
bei verschiedenen Gelegenheiten unterschiedlich sein.
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In Gefrier-, Kühl- und Klimaanlagen mit luftgekühlten Kondensatoren
ändert sich die Kondensationstemperatur des Systems mit der Jahreszeit, so daß sie
im Sommer hoch und im Winter niedrig liegt. Im Fall wassergekühlter Kondensatoren
schwankt die Wassertemperatur und demzufolge auch die Kondensationstemperatur bisweilen
mit der Jahreszeit in Abhängigkeit von der Kühlwasserquelle.
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Im Fall von Wärmepumpen ändert sich die Energieabsorbertemperatur
ebenfalls oft mit der Jahreszeit.
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Erfindungsgemäß wird die obige Aufgabe gelöst durch wenigstens ein
innerhalb der Ausnehmung zwischen dem ersten und dem zweiten Ventilglied angeordnetes
Ventilglied, welches mittels einer eigenen Betätigungsvorrichtung sowohl getrennt
zwischen dem ersten und dem zweiten Ventilglied als auch in Anlage an das erste
oder zweite Ventilglied zur Bildung einer Verlängeruhig desselben verschieblich
ist. Hierdurch ist es möglich, die Länge des zweiten Ventilgliedes (des Gleitventils)
in einer oder mehreren Stufen zu ändern, was seinerseits die Möglichkeit mit sich
bringt, den Raum zwischen dem ersten und dem zweiten Ventilglied ohne Verschiebung
des Hochdruckendes des zweiten Ventilglieds (Gleitventil) zu verlagern.
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Mehrere Ausführungsbeispiele eines solchen regelbaren außenachsigen
Rotationskolbenverdichters nach der Erfindung werden nachstehend anhand der Zeichnung
näher erläutert.
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Es zeigen: Fig. 1: einen Längsschnitt durch eine erste Ausführungsform
der Erfindung und Fig.2-5: ähnliche schematische Längsschnitte mit unterschiedlichen
Einrichtungen zur Betätigung der Ventilglieder.
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Wie aus der Zeichnung ersichtlich, ist die dargestellte Maschine ein
außenachsiger Rotationskolbenverdichter bekannter Art mit einem Gehäuse 1 und zwei
darin drehbar gelagerten Rotoren 2, nämlich einem Schraubenrippenrotor, dessen schraubenförmig
verlaufende Rippen mit ihren konvex gekrümmten Flanken hauptsächlich außerhalb des
zugehörigen Rotorteilkreises liegen und einem Schraubennutenrotor, dessen schraubenförmige
Nuten
mit konkav gekrümmten Flanken versehen und hauptsäc-hlich innerhalb des zugehörigen
Teilkreises gelegen sind.
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Die Rippenzwischenräume des Rippenrotors und die Schraubenrippen und
Schraubennuten der Rotoren kämmen miteinander dergestalt, daß die Rippenzwischenräume
und die Nuten zusammen mit den Bohrungen des Gehäuses in bekannter Weise V-förmige
Arbeitskammern bilden.
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In einer sich achsparallel erstreckenden Seitenbohrung 3 des Gehäuses
1 ist eine Führungsstange 4 zur Gleitlagerung vondrei getrennten Ventilgliedern
fest angeordnet, nämlich einem herkömmlichen Gleitventil 5, einem herkömmlichen
Gleitanschlag 6 und einem zusätzlichen Ventilglied 7. Die Ventilglieder befinden
sich auf derselben Seite der die Rotorachsen enthaltenden Ebene wie eine Auslaßöffnung
8 des Gehäuses 1.
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Der Gleitanschlag 6 erstreckt sich nach ausw5ts durch eine Niederdruckendwand
9 und läßt sich durch Verschieben ein, es daran ansetzenden Rohres 1o verstellen.
Das Glcitventil 5 befindet sich zwischen dem zusätzlichen Ventilglied 7 (das in
der gezeigten Stellung als eine Verlängerung des Gleitanschlags 6 betrachtet werden
kann) und dem Hochdruckauslaß 8 und läßt sich mittels eines innerhalb des Rohres
1o verschieblichen weiteren Rohres 11 verstellen. Das zusätzliche Ventilglied. 7
wird mittels einer Stange 12 verstellt.
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Ein Niederdruckkanal 13 steht in Verbindung mit einem Raum 14 jenseits
des Gleitanschlags 6 in Fig. 1, der seinerseits über eine Bohrung 15 innerhalb der
Ventilglieder 6 und 7 mit einem Raum 16 zwischen dem Ventilglied 5 und dem Ventilglied
7 verbunden ist.
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Um eine geringe Leistungsaufnahme von einem (nicht gezeigten) Antriebsmotor
beim Anlassen und im-Leerlauf zu erhalten, können der Gleitanschlag 6 und das Ventilglied
7 durch die Niederdruckendwand 9 hindurch verschoben werden. Auf diese Weise entweicht
unverdichtetes Arbeitsmittel aus dem Arbeitsraum zurück in den Niederdruckkanal
13 während des ersten
Teils der Verdichtungsphase, während gleichzeitig
der von dem Gleitventil 5 abgedeckte Teil der Rotoren 2 vergleichsweise kurz ist.
Hierdurch ist auch die Masse an durch die Maschine passierenden Arbeitsmittels klein,
und die innere Verdichtung ist niedrig, so daß die absorbierte Leistung vernachlässigbar
ist.
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Wenn alle drei Ventilglieder 5, 6, 7 in Anlage gegeneinander verschoben
werden, so daß sie eine einzige Einheit bilden, wird maximale Kapazität erhalten,
und das Verdichtungsverhaltnis kann ohne Beeinflussung der Kapazität der Maschine
durch Verschieben der von den Ventilgliedern 5, 6, 7 gebildeten Einheit eingestellt
werden. Teillast (verminderte Kapazität) wird dann durch Abtrennen des Gleitanschlags
6 von den Ventilgliedern 5 und 7 erzielt, in welchem Fall ein verhältnismäßig hohes
Verdichtungsverhältnis erreichbar ist.
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Eine Verminderung des Verdichtungsverhältnisses wird durch Verschieben
des Ventilglieds 7 in Anlage gegen den Gleitanschlag 6 erhalten.
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Eine zweistufige Regelung läßt sich erzielen, wenn eine weiteres zusätzliches
Ventilglied verwendet und in ähnlicher Weise wie das Ventilglied 7 betätigt wird.
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Die Figuren 2, 3 , 4 und 5 zeigen verschiedene Einrichtungen zur Betätigung
der verschiedenen Ventilglieder 5, 6, 7.
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In Fig. 2 wird das Ventilglied 5 über ein Rohr 21 von einem hydraulischen
Stellkolben 22 betätigt. Der bewegliche Gleitanschlag 6 wird über ein Stange 25
von einem Stellkolben 26 betätigt. Das zusätzliche Ventilglied 7 wird über eine
Stange 27 von einem Stellkolben 28 betätigt, der innerhalb eines ünbeweglichen Zylinders
29 angeordnet ist.
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Die Ausführung nach Fig. 3 unterscheidet sich von der nach Fig. 2
in der Hauptsache dadurch, daß das zusätzliche Ventilglied 7 von einem äußeren Stellkolben
31 innerhalb eines Zylinders 32 betätigt wird. Der Stellkolben 31 ist mit dem Ventilglied
7 über eine Kolbenstange 33 und einen Finger 34 verbunden.
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Die Ausführungsform nach Fig. 4 unterscheidet sich von der nach Fig.
3 hauptsächlich dadurch, daß der verstellbare Gleitanschlag 6 von einem Elektromotor
41 verstellt wird, mittels welchem der Gleitanschlag Stufe um Stufe verschoben werden
kann.
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Die Ausführungsform nach Fig. 5 unterscheidet sich von der nach den
Figuren 3 und 4 hauptsächlich dadurch; daß der bewegliche Gleitanschlag 6 mittels
eines Handrades 51 verstellt wird, welches mit dem Gleitanschlag 6 über eine Welle
52 und einen Schraubmechanismus f>3 zur Verschiebung des Gleitanschlags durch
Drehung des Handrads 51 verbunden ist.
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Die Stellungen der verschiedenen Ventilglieder 5, 6, 7 sind in Fig.
2 zusätzlich eingezeichnet, wobei Fig. 2a - Fig. 2b Teillast und Fig. 2c Vollast
entsprechen.
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In den Figuren 2 - 5 steht eine Öffnung 19 im Gehäuse 1 mit dem Niederdruckkanal
13 in Verbindung.