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"Kompressor mit einem Mechanismus zur Verringerung
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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.
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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.
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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.
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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.
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Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, die Koinzidenz von pulsierenden
Schwankungen des Ausstoßdruckes zu verhindern und die pulsierenden Druckschwankungen
sicher zu verringern.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Offensichtlich sind viele Modifikationen und Variationen der vorliegenden
Erfindung unter Berücksichtigung der zuvor gegebenen Lehren möglich.