DE3605935A1 - Kompressor mit einem mechanismus zur verringerung von pulsierenden druckschwankungen - Google Patents
Kompressor mit einem mechanismus zur verringerung von pulsierenden druckschwankungenInfo
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Description
- "Kompressor mit einem Mechanismus zur Verringerung
- von pulsierenden Druckschwankungen' Die Erfindung betrifft einen Kompressor zur Kompression von Gasen wie Kühlgasen od. dgl. und insbesondere einen Kompressor mit einem Mechanismus zur Verringerung von pulsierenden Druckschwankungen eines Ausstoßdrucks. Speziell betrifft die Erfindung einen Kompressor mit einem Mechanismus zur Verringerung von Druckschwankungen, mit einem Zylinderblock mit einer Mehrzahl von Zylinderbohrungen, mit einer Mehrzahl von in den Zylinderbohrungen eingesetzten, hin und her gehende Bewegungen mit entsprechenden Phasendifferenzen ausführenden Kolben, mit einer an einem Ende des Zylinderblocks angeordneten Ventilplatte mit einer Mehrzahl von zu den Zylinderbohrungen korrespondierend ausgebildeten Ansaugöffnungen und Ausstoßöffnungen, mit einem Ansaugventil zum Öffnen und Schließen der Ansaugöffnungen und mit einem Auslaßventil zum Öffnen und Schließen der Ausstoßöffnungen.
- Kompressoren mit einer Mehrzahl von in einem Zylinderblock ausgebildeten Zylinderbohrungen und in den Zylinderbohrungen eingepaßten Kolben, bei denen die Kolben mit einer bestimmten Phasendifferenz hin und her bewegt werden, und zwar mit Hilfe von Schrägplatten od. dgl., sind als Wobblekompressoren, Taumelscheibenkompressoren od. dgl. bekannt. Bei derartigen Kompressoren sind die pulsierenden Druckschwankungen des Ausstoßdrucks früher ein Problem gewesen. Derartige pulsierende Druckschwankungen werden über die Rohrleitungen in Schwingungen einer Kühlanlage umgewandelt und verursachen unangenehme und störende Geräusche. Aus diesem Grunde sind bislang verschiedene Erfindungen zur Verringerung von pulsierenden Druckschwankungen des Ausstoßdrucks vorgeschlagen worden.
- Bei einer bekannten Erfindung (JA-P-OS 58-98.674 (1983)) sind in einer Ventilplatte zu den Zylinderbohrungen korrespondierende Ausstoßöffnungen ausgebildet. Der Strömungswiderstand eines Strömungswegs wird entsprechend dem Abstand der Ausstoßöffnungen von einem Ausstoßdurchlaß im Zylinderkopf verändert bzw. verringert und dadurch wird das Pulsieren des Ausstoßdrucks jedes Zylinders geglättet.
- In dem zuvor erläuterten bekannten System jedoch sind die Abstände der Ausstoßöffnungen zum Ausstoßdurchlaß unterschiedlich, so daß die Phasen der pulsierenden Druckschwankungen des Ausstoßdrucks zusammenfallen können. Auf diese Weise kann durch die Koinzidenz von Phasen eine Verstärkung der pulsierenden Druckschwankungen erfolgen und es können sogar besonders laute, störende, unnatürliche Geräusche erzeugt werden.
- Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, die Koinzidenz von pulsierenden Schwankungen des Ausstoßdruckes zu verhindern und die pulsierenden Druckschwankungen sicher zu verringern.
- Erfindungsgemäß ist ein Kompressor, bei dem die zuvor aufgezeigte Aufgabe gelöst ist, dadurch gekennzeichnet, daß am mit der Ventilplatte versehenen Ende des Zylinderblocks ein Zylinderkopf angeordnet ist, daß die Ventilplatte zwischen dem Zylinderkopf und dem Zylinderblock sandwichartig eingeklemmt ist, daß der Zylinderkopf mit Trenneinrichtungen versehen ist zur Aufteilung seines Innenraums in eine Niederdruckkammer und eine Hochdruckkammer, daß die Niederdruckkammer mit den Ansaugöffnungen und einem am Zylinderkopf ausgebildeten Ansaugdurchlaß in Verbindung steht, daß die Hochdruckkammer mit den Ausstoßöffnungen und einem am Zylinderkopf ausgebildeten Ausstoßdurchlaß in Verbindung steht und daß der Ausstoßdurchlaß in gleichen Abständen von allen genannten Ausstoßöffnungen angeordnet bzw. ausgebildet ist.
- Entsprechend der Erfindung wird das in jeder Zylinderbohrung auf hohen Druck komprimierte Gas von jeder der Ausstoßöffnungen aus über die Hochdruckkammer durch den einen Ausstoßdurchlaß ausgestoßen, wobei aber für die durch das Strömen des Gases durch den Ausstoßdurchlaß erzeugten pulsierenden Druckschwankungen eine Phasendifferenz erzeugt wird, da die Abstände von jeder Ausstoßöffnung zum Ausstoßdurchlaß gleich sind.
- Viele andere Vorteile, Merkmale und weitere Ziele dieser Erfindung werden für einen Fachmann deutlich unter Bezugnahme auf die nachfolgende spezielle Beschreibung der Erfindung und die zugehörige Zeichnung, worin bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung beispielhaft erläutert werden.
- In der Zeichnung zeigen die Fig. 1 bis 4 ein erstes- bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung, wohingegen Fig. 5 ein zweites bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt. Im einzelnen zeigt in der Zeichnung Fig. 1 einen Schnitt entlang der Linie I - I in Fig. 3, Fig. 2 einen Schnitt entlang der Linie II - II in Fig. 3, Fig. 3 einen Schnitt entlang der Linie III - III in Fig. 1, Fig. 4 einen Querschnitt durch einen Zylinderblock dieses Ausführungsbeispiels der Erfindung und Fig. 5 einen Fig. 3 entsprechenden Schnitt bei einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
- Bei dem in den Fig. 1 bis 4 dargestellten ersten, bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung handelt es sich beispielhaft um einen bekannten Wobblekompressor bzw. Taumelscheibenkompressor. Hier sind beispielhaft in einem Zylinderblock 1 insgesamt fünf Zylinderbohrungen 2 parallel zueinander angeordnet (vgl. Fig. 4) und ein Kolbenkopf 3a eines Kolbens 3 ist in jeweils eine Zylinderbohrung 2 gleitend verschiebbar eingesetzt.
- Der Kolbenkopf 3a ist mit einer Kolbenstange 3b verbunden, die an ihrem anderen, in den Figuren nicht dargestellten Ende mit einer Taumelscheibe verbunden ist oder an einer Taumelscheibe zur Anlage kommt. Die benachbarten Kolben in benachbarten Zylinderbohrungen 2 führen hin und her gehende Bewegungen mit vorgegebenen Phasendifferenzen aus.
- Eine Ventilplatte 4 ist zwischen dem Zylinderblock 1 und einem später noch näher zu beschreibenden Zylinderkopf 5 sandwichartig eingeklemmt und ist gemeinsam mit dem Zylinderkopf 5 an einem Ende des Zylinderblocks 1 mit Hilfe von Befestigungsschrauben 6 befestigt. Ein Ende jeder Zylinderbohrung 2 ist geschlossen und durch die Innenflächen der Zylinderbohrung 2, einen Kolbenkopf 3a und eine Innenfläche der Ventilplatte 4 wird eine Kompressionskammer 7 gebildet. Die Ventilplatte 4 weist eine Ansaugöffnung 8 und eine Ausstoßöffnung 9 gegenüber jeder Zylinderbohrung 2 auf, d. h. im dargestellten Ausführungsbeispiel gibt es fünf Ansaugöffnungen 8 und fünf Ausstoßöffnungen 9.
- Die Ansaugöffnungen 8 werden von einem sternförmig ausgeführten Ansaugventil 10 verschlossen, das zwischen dem Zylinderblock 1 und der Ventilplatte 4 sandwichartig eingeklemmt ist. Das Ansaugventil 10 ist öffenbar und im Ansaugtakt, wenn also der Kolben 3 zurückfährt und das Volumen der Kompressionskammer 7 vergrößert wird, öffnet sich die jeweilige Ansaugöffnung 8, um Gas in die Kompressionskammer 7 einzusaugen. Im Kompressionsausstoßtakt, wenn also der Kolben 3 vorfährt, um das Volumen der Kompressionskammer 7 zu verringern, schließt die Ansaugöffnung 8.
- Auch die Ausstoßöffnungen 9 sind schließbar, und zwar von einem Auslaßventil 11, das gleichfalls sternartig ausgebildet ist. Das Auslaßventil 11 ist auf der Außenfläche der Ventilplatte 4 angeordnet und auf der Rückseite des Auslaßventils 11 ist ein Ventilhalter 12 (Wegbegrenzer) angeordnet. Der Ventilhalter 12 ist mit dem Auslaßventil 11 gemeinsam über eine Befestigungsschraube 13 am Zylinderblock 1 angebracht. Im Ansaugtakt schließt das Auslaßventil 11 die Ausstoßöffnung 9 und im Kompressions- und Ausstoßtakt öffnet es die Ausstoßöffnung 9 mit einem bestimmten, begrenzten Ausstoßquerschnitt.
- Der Zylinderkopf 5 weist eine integral ausgeformte, ringförmige Scheidewand 14 auf, die zentrisch um die Befestigungsschraube 13 herum angeordnet ist. Das Innere des Zylinderkopfs 5, nämlich der Bereich, der von der Ventilplatte 4 und dem Zylinderkopf 5 eingeschlossen ist, ist in eine Niederdruckkammer 15 am Unfang und eine Hochdruckkammer 16 in der Mitte aufgeteilt. Die Hochdruckkammer 16 steht mit allen Ausstoßöffnungen 9 in Verbindung, die so angeordnet und ausgebildet sind, daß sie den Ventilhalter 12 umgeben. In der Mitte einer Endfläche des Zylinderkopfs 5 ist ein Ausstoßdurchlaß 17 ausgebildet, mit dem die Hochdruckkammer 16 ebenfalls in Verbindung steht. Der Ausstoßdurchlaß 17 ist in gleichen Abständen von allen genannten Ausstoßöffnungen 9 angeordnet bzw. ausgebildet.
- Die Niederdruckkammer 15 ist im hier dargestellten Ausführungsbeispiel in eine erste Niederdruck-Teilkammer 15a und eine zweite Niederdruck-Teilkammer 15b in Längsrichtung des Kompressors geteilt, und zwar mit Hilfe einer Trennplatte 18 als Trenneinrichtung, die an der Innenwand des Zylinderkopfs 5 befestigt ist. Die erste Niederdruck-Teilkammer 15a ist dadurch ausgebildet, daß sie vom Zylinderkopf 5 und der Trennplatte 18 umgeben ist und steht mit einem am Zylinderkopf 5, und zwar an einer Stirnfläche ausgebildeten Ansaugdurchlaß 19 in Verbindung. Die zweite Niederdruck-Teilkammer 15b ist durch die Ventilplatte 4, den Zylinderkopf 5 und die Trennplatte 18 ausgebildet und steht mit allen Ansaugöffnungen 8 in Verbindung. Die erste und die zweite Niederdruck-Teilkammer 15a, 15b stehen über eine Ansaugverbindungsöffnung 20 miteinander in Verbindung, die in der Trenneinrichtung, hier also in der Trennplatte 18, ausgebildet ist. Die Ansaugverbindungsöffnung 20 ist jeweils als Langloch ausgeführt, um den Strömungswiderstand des angesaugten Gases zu minimieren. Im dargestellten Ausführungsbeispiel sind fünf Ansaugverbindungsöffnungen 20 in gleichen Abständen in Umfangsrichtung angeordnet, und zwar so, daß sie in gleichen Abständen von benachbarten Ansaugöffnungen 8, 8 angeordnet sind.
- Nachfolgend wird die Funktionsweise des zuvor erläuterten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Kompressors beschrieben. Dazu ist zunächst zu erläutern, daß in den Fig. 1 und 3 breite weiße Pfeile die Strömung von angesaugtem Gas und schmale schwarze Pfeile die Strömung von ausgestoßenem Gas zeigen.
- Wenn eine in den Figuren nicht dargestellte Antriebswelle gedreht wird, führt der Kolben 3 in der Zylinderbohrung 2 eine hin und her gehende Bewegung aus, wobei die Phasendifferenz im dargestellten Ausführungsbeispiel etwa 720 beträgt. Wenn ein Kolben 3 den Ansaugtakt beginnt wird das Volumen der Kompressionskammer 7 vergrößert, so daß der Druck der Kompressionskammer 7 verringert wird. Das Ansaugventil 10 öffnet, so daß Gas in die Kompressionskammer 7 eingesaugt wird. In diesem Zeitpunkt tritt angesaugtes Gas in die erste Niederdruck-Teilkammer 15a vom Ansaugdurchlaß 19 her ein und wird darin eine Zeitlang gespeichert. Das angesaugte Gas erreicht dann die zweite Niederdruck-Teilkammer 15b aufgrund der Verteilung durch die Ansaugverbindungsöffnung 20. Von dort aus erreicht das angesaugte Gas die Kompressionskammer 7 über die Ansaugöffnung 8. Beginnt der Kompressions- und Ausstoßtakt für das Gas, so wird das Volumen der Kompressionskammer 7 verringert und der Druck in der Kompressionskammer 7 erhöht. Dadurch wird das Auslaßventil 11 geöffnet und das ausgestoßene Gas mit hohem Druck von der Ausstoßöffnung 9 durch die Hochdruckkammer 16 und den Ausstoßdurchlaß 17 ausgestoßen.
- Da, wie zuvor beschrieben worden ist, die Abstände aller Ausstoßöffnungen 9 zum Ausstoßdurchlaß 17 gleich sind erfolgt insoweit keine Änderung der Phasendifferenzen. In dem Zustand, wenn die Strömung von ausgestoßenem Gas aus der Ausstoßöffnung 9 fast beendet ist, beginnt die Strömung von ausgestoßenem Gas aus der nächsten Ausstoßöffnung. Entsprechend der hin und her gehenden, phasenverschobenen Bewegung der Kolben 3 wird eine Phasendifferenz des Druckes in der Strömung erzeugt und so wird verhindert, daß das Pulsieren des Ausstoßdrucks gepuffert wird.
- Fig. 5 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung, das sich von dem zuvor erläuterten ersten Ausführungsbeispiel in einer anderen Gestaltung der Trenneinrichtungen 14, 18 im Inneren des Zylinderkopfs 5 unterscheidet. In diesem Ausführungsbeispiel nämlich ist der Zylinderkopf 5 in einen ersten Zylinderkopfteil 5a und einen zweiten Zylinderkopfteil 5b aufgeteilt. Die erste Niederdruck-Teilkammer 15a und die erste Hochdruck-Teilkammer 16a sind im ersten Zylinderkopfteil 5a ausgebildet, und zwar mit Hilfe einer ersten Scheidewand 14a. Die zweite Niederdruck-Teilkammer 15b und die zweite Hochdruck-Teilkammer 16b sind im zweiten Zylinderkopfteil 5b mit Hilfe einer zweiten Scheidewand 14b ausgebildet. Die erste Niederdruck-Teilkammer 15a bzw. die erste Hochdruck-Teilkammer 16a einerseits und die zweite Niederdruck-Teilkammer 15b bzw. die zweite Hochdruck-Teilkammer 16b andererseits sind durch die Stirnfläche des zweiten Zylinderkopfteils 5b voneinander getrennt, diese Stirnfläche wirkt also als Trenneinrichtung bzw. Trennplatte 18. Die Stirnfläche des zweiten Zylinderkopfteils 5b weist die Ansaugverbindungsöffnungen 20 auf. Im übrigen weist diese Stirnfläche aber auch daneben und in der Mitte angeordnet einen ersten Ausstoßdurchlaß 17a zur Verbindung der ersten Hochdruck-Teilkammer 16a mit der zweiten Hochdruck-Teilkammer 16b auf. Der erste Ausstoßdurchlaß 17a befindet sich in gleichen Abständen von allen Ausstoßöffnungen 9. Ein zweiter Ausstoßdurchlaß 17b ist am ersten Zylinderkopfteil 5a angeordnet und im hier dargestellten und bevorzugten Ausführungsbeispiel exzentrisch zum ersten Ausstoßdurchlaß 17a angebracht. Bei diesem Ausführungsbeispiel kann durch die Richtungsänderung der Strömung ausgestoßenen Gases, die hier ziemlich scharf ist, eine weitere Dämpfungswirkung für Geräusche erzielt werden.
- Offensichtlich sind viele Modifikationen und Variationen der vorliegenden Erfindung unter Berücksichtigung der zuvor gegebenen Lehren möglich.
Claims (9)
- Patentansprüche: 1. Kompressor mit einem Mechanismus zur Verringerung von Druckschwankungen, mit einem Zylinderblock mit einer Mehrzahl von Zylinderbohrungen, mit einer Mehrzahl von in den Zylinderbohrungen eingesetzten, hin und her gehende Bewegungen mit entsprechenden Phasendifferenzen ausführenden Kolben, mit einer an einem Ende des Zylinderblocks angeordneten Ventilplatte mit einer Mehrzahl von zu den Zylinderbohrungen korrespondierend ausgebildeten Ansaugöffnungen und Ausstoßöffnungen, mit einem Ansaugventil zum Öffnen und Schließen der Ansaugöffnungen und mit einem Auslaßventil zum öffnen und Schließen der Ausstoßöffnungen, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t, daß am mit der Ventilplatte (4) versehenen Ende des Zylinderblocks (1) ein Zylinderkopf (5) angeordnet ist, daß die Ventilplatte (4) zwischen dem Zylinderkopf (5) und dem Zylinderblock (1) sandwichartig eingeklemmt ist, daß der Zylinderkopf (5) mit Trenneinrichtungen (14, 18) versehen ist zur Aufteilung seines Innenraums in eine Niederdruckkammer (15) und eine Hochdruckkammer (16), daß die Niederdruckkammer (15) mit den Ansaugöffnunoen (8) und einem am Zylinderkopf (5) ausgebildeten Ansaugdurchlaß (19) in Verbindung steht, daß die Hochdruckkammer (16) mit den Ausstoßöffnungen (9) und einem am Zylinderkopf (5) ausgebildeten Ausstoßdurchlaß (17) in Verbindung steht und daß der Ausstoßdurchlaß (17) in gleichen Abständen von allen genannten Ausstoßöffnungen (9) angeordnet bzw. ausgebildet ist.
- 2. Kompressor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausstoßöffnungen (9) an einem Unfangsrand der Niederdruckkammer (15) und der Ausstoßdurchlaß (17) im Zentrum der Niederdruckkammer (15) angeordnet sind.
- 3. Kompressor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Niederdruckkammer (15) in eine erste und eine zweite Niederdruck-Teilkammer (15a, 15b) geteilt ist und daß die beiden Niederdruck-Teilkammern (15a, 15b) über eine Ansaugverbindungsöffnung (20) in der Trenneinrichtung (18) miteinander verbunden sind.
- 4. Kompressor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Trenneinrichtungen (14, 18) eine an der Innenwand des Zylinderkopfes (5) befestigte Trennplatte (18) aufweisen.
- 5. Kompressor nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Hochdruckkammer (16) in eine erste und eine zweite Hochdruck-Teilkammer (16a, 16b) geteilt ist, daß die beiden Hochdruck-Teilkammern (16a, 16b) über den dazu in der Trenneinrichtung (14, 18) angeordneten (ersten) Ausstoßdurchlaß (17a) miteinander verbunden sind, daß der erste Ausstoßdurchlaß (17a) in gleichen Abständen von allen genannten Ausstoßöffnungen (9) in der zweiten Hochdruck-Teilkammer (16b) angeordnet bzw. angebracht ist und daß die erste Hochdruck-Teilkammer (16a) mit einem zweiten, am Zylinderkopf (5) ausgebildeten Ausstoßdurchlaß (17b) in Verbindung steht.
- 6. Kompressor nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Trenneinrichtungen (14,-18) im Zylinderkopf (5) ausgeformt sind.
- 7. Kompressor nach Anspruch 3, ggf. Anspruch 4, oder Anspruch 5, ggf. auch Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Zylinderkopf (5) von einem ersten Zylinderkopfteil (5a) und einem zweiten Zylinderkopfteil (5b) gebildet ist und daß die beiden Zylinderkopfteile (5a, 5b) miteinander zusammengesetzt sind.
- 8. Kompressor nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Trenneinrichtung (18) am zweiten Zylinderkopfteil (5) integral ausgeformt ist.
- 9. Kompressor nach Anspruch 5 und ggf. einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Ausstoßdurchlaß (17b) exzentrisch zum ersten Ausstoßdurchlaß (17a) angeordnet ist.
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