DE4326408A1 - Vielfach-Axialkolbenverdichter - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Vielfach-Axialkolbenverdichter vom Taumelscheibentyp, der zum Beispiel in in Fahrzeugen, insbesondere Automobilen, eingebauten Klimaanlagen Verwendung findet.

Aus der JP-A-3-92587 ist ein Vielfach-Axialkolbenverdichter vom Taumelscheibentyp bekannt, der folgende Bauteile umfaßt:
einen vorderen und einen hinteren Zylinderblock, die axial aufeinander ausgerichtet und kombiniert eine Taumelscheibenkammer dazwischen bilden, wobei die miteinander verbundenen Zylinderblocks dieselbe Anzahl von Zylinderbohrungen aufweisen, welche radial darin ausgebildet und bezüglich der Mittenachse angeordnet sind. Die Zylinderbohrungen des vorderen Zylinderblocks sind auf die Zylinderbohrung des hinteren Zylinderblocks ausgerichtet und fluchten mit denselben, wobei die Taumelscheibenkammer sich dazwischen befindet. Doppelt wirkende Kolben sind verschieblich in den Paaren von aufeinander ausgerichteten Zylinderbohrungen jeweils angeordnet; ein vorderes und ein hinteres Gehäuse sind an den vorderen bzw. hinteren Stirnseiten der miteinander kombinierten Zylinderblocks über zwischengeschaltete vordere und hintere Ventilplattenanordnungen befestigt, wobei das vordere und das hintere Gehäuse jeweils mit den dazugehörigen vorderen und hinteren Ventilplattenanordnungen eine Saugkammer und eine Ausstoßkammer bilden; eine drehbare Antriebswelle ist so angeordnet, daß sie sich axial durch das vordere Gehäuse und die beiden kombinierten Zylinderblocks erstreckt; und eine Taumelscheibe ist fest auf der Antriebswelle innerhalb der Taumelscheibenkammer montiert und greift in die doppelt wirkenden Kolben ein, um diese Kolben in den aufeinander ausgerichteten Zylinderbohrungspaaren mittels der Drehbewegung der Taumelscheibe hin- und herzubewegen. Der vordere und der hintere Zylinderblock, die vordere und die hintere Ventilplatte sowie das vordere und das hintere Gehäuse sind axial ausgerichtet und fest miteinander zu einer integralen Einheit mittels einer Vielzahl von langen Schraubenbolzen verbunden, die sich hierdurch erstrecken.

Die vorderen und hinteren Ventilplattenanordnungen haben im wesentlichen dieselbe Konstruktion, wobei jede davon umfaßt:
ein scheibenartiges Teil mit Sätzen von Öffnungen, wobei jeder Satz eine Ansaugöffnung und eine Ausstoßöffnung umfaßt, wobei die Öffnungen mit den entsprechenden Öffnungen der Zylinderbohrungen des vorderen und hinteren Zylinderblocks verbindbar sind; ein inneres Ventilblatt, welches an der innenliegenden Oberfläche des scheibenartigen Teils befestigt ist und ein darin ausgeformtes Blattfedersaugventilelement enthält, wobei jedes Ventilelement so angeordnet ist, daß es die entsprechenden Saugöffnungen des scheibenförmigen Teiles öffnet oder schließt; ein äußeres Ventilblatt ist an der außenliegenden Oberfläche des scheibenförmigen Teils befestigt und umfaßt ein Blattfederausstoßventilelement, welches damit einstückig ausgebildet ist, wobei jedes hiervon so angeordnet ist, daß es entsprechende Ausstoßöffnungen des scheibenförmigen Teils öffnet und schließt; und eine Dichtung, welche an dem äußeren Ventilblatt befestigt ist und welche sich hermetisch an die Endfläche einer Trennwandung des vorderen oder hinteren Gehäuses, welche die Saug- und Ausstoßkammer bildet, anlegt. Jede der vorderen und hinteren Ventilplattenanordnungen ist außerdem mit Ansaugöffnungen ausgerüstet, welche auf Kanäle ausgerichtet sind, welche in den vorderen bzw. hinteren Zylinderblocks ausgebildet sind, wodurch die Saugkammern, die durch die vorderen und hinteren Gehäuse gebildet werden, in Verbindung mit der Taumelscheibenkammer stehen, in die ein Kühlmittel aus einem Verdampfer einer Klimaanlage über einen geeigneten Einlaß, der in den kombinierten Zylinderblocks ausgebildet ist, eingeleitet wird.

In dem zuvor beschriebenen Taumelscheibenverdichter wird die Antriebswelle durch den Motor eines Fahrzeugs, insbesondere eines Automobils, angetrieben, so daß die Taumelscheibe innerhalb der Taumelscheibenkammer dreht, und die Drehbewegung der Taumelscheibe bewirkt eine Hin- und Herbewegung der doppelt wirkenden Kolben in den Paaren von aufeinander ausgerichteten Zylinderbohrungen. Wenn ein jeder der Kolben in den ausgerichteten Zylinderbohrungen hin- und herbewegt wird, wird ein Ansaughub in einem der ausgerichteten Zylinderbohrungen ausgeführt und ein Kompressionshub in der anderen Zylinderbohrung. Während dem Saughub ist das Blattfederansaugelement geöffnet, und das Blattfederausstoßelement ist geschlossen, wodurch das Kühlmittel von der Saugkammer zu der Zylinderbohrung über die Ansaugöffnung eingeführt wird. Während des Kompressionshubes ist das Blattfederansaugelement entsprechend geschlossen, und das Blattfederausstoßelement wird geöffnet, wodurch das eingeführte Kühlmittel komprimiert und aus der Zylinderbohrung in die Ausstoßkammer über ein entsprechendes Blattfederausstoßelement ausgestoßen wird. Das komprimierte Kühlmittel wird von der Ausstoßkammer zu dem Kühler der Klimaanlage geleitet. Das Kühlmittel umfaßt einen Nebel aus einem Schmiermittelöl, und die beweglichen Teile des Verdichters werden mit dem Ölnebel während seines Betriebes geschmiert. Ebenso kommt der Ölnebel an den Ansaug- und Ausstoßblattfederventilen vor und dient als eine Flüssigphasendichtung, wenn die Blattfederventile jeweils geschlossen sind.

Gerade nachdem ein Saughub begonnen wurde, d. h. genau nachdem der Kopf des Kolbens vom oberen Totpunkt zum unteren Totpunkt bewegt wird, läßt sich das Ansaugblattfederventil nicht unmittelbar öffnen, weil das Ansaugblattfederventil an dem Ventilsitz über das flüssige Öl haftet und weil eine elastische Kraft des Blattfederansaugventils überwunden werden muß, bevor das Kühlmittel aus der Saugkammer in die Zylinderbohrung über die Ansaugöffnung eingeführt werden kann. Dies bedeutet, daß das Ansaugblattfederventil nicht geöffnet werden kann, bis ein Druckdifferential zwischen den Drücken in der Zylinderbohrung und der Saugkammer einen bestimmten Wert übersteigt. Ferner kann das Ansaugblattfederventil vorzeitig geschlossen werden, bevor der eigentliche Saughub beendet ist, weil das Blattfederventil dazu neigt, von der Offenposition in die Geschlossenposition zurückzukehren aufgrund seiner elastischen Rückstellkraft. Demzufolge kann eine ausreichende Menge des Kühlmittelgases in die Zylinderbohrung während eines Saughubes nicht eingeführt werden, und deshalb zeigt ein herkömmlicher Verdichter nicht die volle Betriebsleistung.

Darüber hinaus existiert in dem Verdichter, der oben beschrieben wurde, eine Vielzahl von Durchtrittskanälen, die in dem vorderen und dem hinteren Zylinderblock ausgeformt sind, um das Kühlmittel von der Taumelscheibenkammer zu den Ansaugkammern zu bringen und um die vordere und die hintere Ausstoßkammer miteinander zu verbinden. Natürlich wird die mechanische Festigkeit des Zylinderblocks geschwächt, wenn Durchtrittskanäle hierin ausgebildet werden. Dementsprechend müssen die Zylinderblocks eine größere Abmessung haben, was eine gewisse Sperrigkeit der Verdichter bedingt.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Verdichter der eingangs beschriebenen Art dahingehend zu verbessern, daß er erlaubt, daß eine ausreichende Menge Kühlmittel in eine Zylinderbohrung während eines Saughubes eingeführt wird, so daß die Betriebsleistung des Verdichters voll genutzt werden kann.

Diese Aufgabe wird von einem Verdichter mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.

Ein Vorteil des erfindungsgemäßen Verdichters ist nicht nur, daß ein Fluid, wie z. B. ein Kühlmittel, in ausreichender Menge in die Zylinderbohrung während des Saughubes eingebracht werden kann, sondern daß außerdem der Verdichter kompakt gebaut werden kann, ohne daß die Betriebsleistung desselben darunter leidet.

Nach einer Ausführungsform umfaßt ein erfindungsgemäßer Verdichter folgende Bauteile und Komponenten:
eine Antriebswelle; einen Zylinderblock mit einer mittigen axialen Bohrung, durch welche sich die Antriebswelle erstreckt, und Zylinderbohrungen, die sich radial beabstandet und rings um die Antriebswelle erstrecken; eine Vielzahl von Kolben, welche verschieblich in den Zylinderbohrungen des Zylinderblocks gehalten sind; eine Umwandlungsvorrichtung zum Umwandeln der Drehbewegung der Antriebswelle in eine Hin- und Herbewegung eines jeden Kolbens in den entsprechenden Zylinderbohrungen, so daß ein Saughub und ein Kompressionshub nacheinander darin ausgeführt werden; ein Gas, das einen Schmiermittelnebel umfaßt und welches in jede der Zylinderbohrungen während eines Saughubes eingeführt wird, wobei danach und während des Kompressionshubes desselben Kolbens das eingeführte Gas komprimiert und aus der Zylinderbohrung ausgestoßen wird; eine Drehschieberansaugvorrichtung, welche auf der Antriebswelle befestigt ist und abgedichtet in der mittigen Axialbohrung der Zylinderblocks gehalten ist, um das Einführen von Gas in jede der Zylinderbohrungen während eines Saughubes zu ermöglichen, wobei die Drehschiebersaugvorrichtung einen Saugkanal eingeformt enthält, der sich im Randbereich desselben öffnet, wobei jede der Zylinderbohrungen eine Ansaugöffnung an einer inneren Wandung, welche eine mittige Axialbohrung des Zylinderblocks definiert, aufweist, wobei die Ansaugöffnungen der Zylinderbohrungen auf einem Kreis angeordnet sind, der durch die Öffnungen der Ansaugkanäle während der Drehbewegung der Drehschieberansaugvorrichtung definiert wird; und eine Ausstoßventilvorrichtung, welche einer Ausstoßöffnung zugeordnet ist, die an einer Endfläche einer jeder der Zylinderbohrungen angeordnet ist und den Ausstoß von komprimiertem Gas aus den Zylinderbohrungen in die Ausstoßkammer während des Kompressionshubes erlaubt, wobei jede der Ansaugöffnungen benachbart zu den Ausstoßöffnungen der entsprechenden Zylinderbohrungen angeordnet ist, wobei der Saugkanal der Drehschieberansaugvorrichtung so angeordnet ist, daß das Einführen des Fluids bzw. Kühlmittels in die jeweilige Zylinderbohrung direkt nachdem der Ansaughub begonnen wird, ausgeführt werden kann und fortgeführt werden kann, bis der Saughub beendet ist, wodurch die Betriebsleistung des Verdichters verbessert werden kann. Die Drehschieberventilvorrichtung hat einen weiteren kleinen Kanal eingeformt, und der kleine Kanal ist so angeordnet, daß ein Teil des in der Zylinderbohrung komprimierten Gases aus der Zylinderbohrung in die Ausstoßkammer ausgestoßen wird, und zwar gegen Ende der Periode eines Kompressionshubes, wodurch die Drehschieberansaugvorrichtung geschmiert werden kann.

Bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, daß der eingangs beschriebene Vielfach-Axialkolbenverdichter folgende Bauteile umfaßt:
eine Antriebswelle; einen ersten Zylinderblock mit darin ausgebildeten Zylinderbohrungen, welche um die Antriebswelle herum angeordnet sind; einen zweiten Zylinderblock mit Zylinderbohrungen, welche ebenfalls um die Antriebswelle herum angeordnet sind, wobei die Zylinderbohrungen des ersten Zylinderblocks auf die Zylinderbohrungen des zweiten Zylinderblocks ausgerichtet und fluchtend angeordnet sind, wobei der erste und der zweite Zylinderblock so angeordnet sind, daß sie zwischen sich eine Ansaugkammer bilden; eine Vielzahl von doppelt wirkenden Kolben, welche verschieblich in den Paaren aus aufeinander ausgerichteten Zylinderbohrungen aufgenommen werden; ein erstes Gehäuse, welches an dem ersten Zylinderblock befestigt ist und dazwischen eine erste Ausstoßkammer bildet; ein zweites Gehäuse, welches mit dem zweiten Zylinderblock verbunden ist und eine zweite Ausstoßkammer dazwischen bildet; wobei die erste und die zweite Ausstoßkammer über einen zentralen Kanal, der in der Antriebswelle ausgeformt ist, in Verbindung stehen; eine Umsetzvorrichtung, welche in der Ansaugkammer angeordnet ist zum Umsetzen einer Drehbewegung der Antriebswelle in eine Hin- und Herbewegung eines jeden einzelnen doppelt wirkenden Kolben in den entsprechenden aufeinander ausgerichteten Zylinderbohrungen, so daß ein Ansaughub und ein Kompressionshub nacheinander in diesen Bohrungen ausgeführt werden, und ein Gas, welches ein Schmiermittelölnebel umfaßt, von der Saugkammer in jede der Zylinderbohrungen während eines Saughubes eingeführt wird und dann während eines entsprechenden Kompressionshubes aus der Zylinderbohrung in die entsprechende Ausstoßkammer ausgestoßen wird; eine erste Drehschieberansaugvorrichtung zum Einführen von Gas aus der Ansaugkammer in jede der Zylinderbohrungen des ersten Zylinderblocks während eines Saughubes in derselben, wobei die erste Drehschieberansaugvorrichtung einen weiteren kleinen Kanal ausgebildet enthält, wobei der kleine Kanal so angeordnet ist, daß ein Teil des in der jeweiligen Zylinderbohrung komprimierten Gases aus der Zylinderbohrung in die erste Ausstoßkammer während eines Teils der Endperiode des Kompressionshubes ausgestoßen wird, wodurch die erste Drehschieberansaugvorrichtung geschmiert werden kann; und eine zweite Drehschieberansaugvorrichtung zum Einführen von Gas aus der Ansaugkammer in jede der Zylinderbohrungen des zweiten Zylinderblocks während eines darin stattfindenden Saughubes, wobei die zweite Drehschieberansaugvorrichtung einen anderen kleinen Kanal ausgebildet enthält, wobei der kleine Kanal so angeordnet ist, daß ein Teil des in der jeweiligen Zylinderbohrung komprimierten Gases aus der Zylinderbohrung in die zweite Ausstoßkammer während eines Teils einer Endperiode eines Kompressionshubes ausgestoßen wird, wodurch die zweite Drehschieberansaugvorrichtung geschmiert werden kann.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen und nebengeordneten Ansprüchen.

Diese und weitere Vorteile der Erfindung werden im folgenden anhand der Zeichnung noch näher erläutert. Es zeigen im einzelnen:

Fig. 1 einen Längsschnitt durch einen erfindungsgemäßen Taumelscheibenverdichter;

Fig. 2 eine vergrößerte rückwärtige Ansicht des Verdichters aus Fig. 1;

Fig. 3 eine Schnittansicht längs Linie III-III in Fig. 1;

Fig. 4 einen Schnittansicht längs Linie IV-IV in Fig. 1;

Fig. 5 eine Schnittansicht längs Linie V-V in Fig. 1;

Fig. 6 eine teilweise vergrößerte Ansicht der Fig. 1;

Fig. 7 eine Schnittansicht längs Linie VII-VII in Fig. 6;

Fig. 8 eine Schnittansicht längs Linie VIII-VIII in Fig. 6; und

Fig. 9 eine grafische Darstellung der Betriebscharakteristik eines Verdichters gemäß den Fig. 1 bis 8.

Fig. 1 zeigt einen Mehrfach-Axialkolben-Taumelscheibenverdichter gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, welcher in einer Klimaanlage für ein Fahrzeug, wie zum Beispiel ein Automobil, Verwendung findet. Der Verdichter umfaßt vordere und hintere Zylinderblocks 10 und 12, welche axial aufeinander ausgerichtet und hermetisch miteinander verbunden sind, vordere und hintere Gehäuse 14 und 16, welche auf die Endoberflächen der verbundenen Zylinderblocks 10 und 12 geschraubt sind und vordere und hintere ringförmige Ventilplatten 18 und 20, welche jeweils zwischen dem vorderen bzw. hinteren Gehäuse 14 und 16 und den Enden der verbundenen Zylinderblocks 10 und 12 angeordnet sind. Alle diese Teile werden als eine integrale Einheit durch zwei Sätze von jeweils fünf Schrauben 22 und 24 zusammengebaut (Fig. 2 bis 5).

Die kombinierten Zylinderblocks 10 und 12 definieren eine Saugkammer oder eine Taumelscheibenkammer 26, um die Taumelscheibe 28 aufzunehmen, und weisen fünf Zylinderbohrungen 30A bis 30E und 32A bis 32E auf, welche in radialem Abstand und entlang eines Umfangskreises angeordnet und voneinander mit regelmäßigen Abständen beabstandet sind, wie dies in den Fig. 4 und 5 gezeigt ist. Die Zylinderbohrungen 30A bis 30E des Zylinderblocks 10 sind auf die Zylinderbohrungen 32A bis 32E des Zylinderblocks 12 ausgerichtet und fluchtend mit diesen angeordnet und jeweils ein Paar der aufeinander ausgerichteten Zylinderbohrungen der Zylinderblocks 10 und 12 nehmen einen doppelt wirkenden Kolben 34 verschieblich auf, welcher in Eingriff mit der Taumelscheibe 28 über ein dazwischen angeordnetes Paar von Schuhelementen 36, 36 (Fig. 1) verbunden ist, so daß der Kolben 34 in den aufeinander ausgerichteten Zylinderbohrungen mittels einer Drehbewegung der Taumelscheibe 28 hin- und herbewegt wird. Der vordere Zylinderblock 10 hat eine Einlaßöffnung 35 eingeformt, durch welche die Taumelscheibenkammer oder Ansaugkammer 26 mit einem Verdampfer eines Klimaanlagensystems (nicht gezeigt) verbunden ist, welch letzteres in einem Fahrzeug, wie z. B. einem Automobil, eingebaut ist, so daß die Kammer 26 mit einem Kühlmittel versorgt wird, welches einen Schmierölnebel enthält.

Wie in Fig. 1 gezeigt, weisen die miteinander verbundenen Zylinderblocks 10 und 12 jeweils eine mittige axiale Bohrung auf, welche eine Antriebswelle 38 aufnehmen, die sich durch die Taumelscheibenkammer 26 hindurch erstreckt. Die Antriebswelle 38 ist drehbar durch ein Paar von konischen Rollenlagern 40 und 42 gelagert, welche in den ringförmigen Ventilplatten 18 und 20 eingebaut sind. Ein Endbereich der Antriebswelle 38 erstreckt sich durch eine Endwandung des vorderen Gehäuses 14 und kann so kraftschlüssig mit einem Hauptmotor eines Fahrzeugs zum Drehen der Welle 38 verbunden werden. Der vorstehende Endbereich der Antriebswelle 38 wird durch ein Manschettenelement umgeben, welches einstückig von der Endwandung des vorderen Gehäuses 14 sich erstreckt, und wird durch eine Dichtungslippe 44 abgedichtet, welche innerhalb des Manschettenelements des vorderen Gehäuses 14 enthalten ist, um ein Lecken des Kühlmittels aus dem Verdichter zu verhindern.

Das Lager 40 wird in einem ringförmigen Teil 46, welches einstückig mit der vorderen Ventilplatte 18 ausgebildet ist und aus dieser hervorsteht, aufgenommen und umfaßt eine innere Lauffläche 40a, eine äußere Lauffläche 40b und eine Vielzahl an konischen Rollenelementen 40c, die dazwischen vorgesehen sind. Wie aus Fig. 1 ersichtlich, liegt die innere Lauffläche 40a gegen eine auf der Antriebswelle 38 ringsum ausgebildete Schulter an, und die äußere Lauffläche 40b stützt sich gegen eine vorgespannte ringförmige Feder 48 ab, welche zwischen der äußeren Lauffläche 49b und Vorsprüngen 50 zusammengedrückt wird, welch letztere einstückig mit der inneren Endwandung des vorderen Gehäuses 14 ausgebildet und aus diesem hervorstehend sind. Ähnlich wird das Lager 42 in einem ringförmigen Teil 52 der hinteren Ventilplatte 20 aufgenommen, wobei der ringförmige Teil einstückig mit der hinteren Ventilplatte 20 ausgebildet ist und aus dieser hervorsteht, und umfaßt eine innere Lauffläche 42a, eine äußere Lauffläche 42b und eine Vielzahl von konischen Rollenelementen 42c, welche dazwischen angeordnet sind. Die innere Lauffläche 42a stützt sich gegen eine rund um die Antriebswelle 38 ausgebildete Schulter, und die äußere Lauffläche 40b stützt sich gegen Vorsprünge 54 ab, die einstückig und herausstehend aus der inneren Endwandungsoberfläche des hinteren Gehäuses 16 ausgebildet sind.

Die Taumelscheibe 28 wird fest auf der Antriebswelle 38 innerhalb der Taumelscheibenkammer 26 montiert und ist damit drehbar antreibbar durch den Hauptmotor des Fahrzeugs. Die Taumelscheibe 28 wird Druck- und Radialkräften während des Betriebs des Verdichters ausgesetzt, aber diese Kräfte können von den zuvor genannten Lageranordnungen aufgenommen werden.

Das vordere Gehäuse 14 definiert eine vordere Ausstoßkammer 56 zusammen mit der vorderen Ventilplatte 18, und das hintere Gehäuse 16 definiert eine hintere Ausstoßkammer 58 zusammen mit der hinteren Ventilplatte 20. Die vordere und die hintere Ausstoßkammer 56 und 58 stehen miteinander durch einen mittigen Kanal 60 in Verbindung, welcher in der Antriebswelle 38 ausgebildet ist. Wie in Fig. 1 gezeigt ist, ist der mittige Kanal 60 in Verbindung mit der vorderen Ausstoßkammer 56 über Radialöffnungen 62, welche in der Antriebswelle 38 ausgebildet sind, und der zentrale Kanal 60 öffnet sich zu der hinteren Ausstoßkammer 58 am hinteren Ende der Antriebswelle 38. Das vordere Gehäuse 14 weist eine Auslaßöffnung 63 auf, die in dieselbe eingeformt ist und durch welche die vordere Ausstoßkammer 56 mit dem Kühler der Klimaanlage verbunden ist.

In Fig. 2 ist gezeigt, daß die vordere Ventilplatte 18 fünf Ausstoßöffnungen 64 aufweist, welche radial ausgebildet und auf einem Umfangskreis liegend und voneinander in regelmäßigen Abständen beabstandet ausgebildet sind, und daß die Ausstoßöffnungen 64 mit den in dem vorderen Zylinderblock 10 ausgebildeten Zylinderbohrungen 39A bis 30E fluchtend ausgebildet sind. Gleichermaßen ist, wie in Fig. 3 gezeigt, die hintere Ventilplatte 20 mit fünf Ausstoßöffnungen 66 versehen, welche radial auf einem Umfangskreis liegend ausgebildet und voneinander mit regelmäßigen Abständen beabstandet sind, und die Ausstoßöffnungen 66 sind auf die in dem hinteren Zylinderblock 20 ausgebildeten Zylinderbohrungen 32A bis 32E ausgerichtet. Die vordere Ventilplatte 18 ist mit fünf Paaren Blattfederausstoßventilelementen 68 und Blattfederrückhaltern 70 versehen, welche damit über Bolzen 72 jeweils verbunden sind, und die Blattfederausstoßventilelemente sind so angeordnet, daß jedes der Ausstoßblattventilelemente 68 eine entsprechende Ausstoßöffnung 64 verschließt. Gleichermaßen ist die hintere Ventilplatte 20 mit fünf Paaren von Blattfederausstoßventilelementen 74 versehen und mit Blattventilrückhaltern 76, welche fest damit über Bolzen 78 verbunden sind, und die fünf Blattfederausstoßventilelemente 74 sind so angeordnet, daß jedes der Blattfederausstoßventilelemente 74 eine entsprechende Ausstoßöffnung 66 verschließt. Es sei darauf hingewiesen, daß in Fig. 1 nur eines der Ventilelemente 68 und nur eines der Ventilelemente 74 sichtbar ist.

Bei dieser Ausführungsform sind zwei Drehschieber 80 und 82 auf der Antriebswelle 38 fest montiert, welche gleitend und abdichtend von den mittigen Axialbohrungen der vorderen und hinteren Zylinderblocks 10 und 11 aufgenommen werden. Wie in Fig. 6 gezeigt ist, dichtet ein O-Ring 84 zwischen der Antriebswelle 38 und der jeweiligen Drehschieberansaugvorrichtung 80 und 82 ab, um eine Verbindung zwischen der Saugkammer 26 und der Ausstoßkammern 56 und 58 zu unterbinden. Während des Betriebs des Verdichters drehen die Drehschieber 80 und 82 zusammen mit der Antriebswelle 38, und die Drehrichtung derselben ist durch den Pfeil R in den Fig. 7 und 8 gezeigt.

Der Drehschieber 80 hat einen angeformten Ansaugkanal 86, und der Ansaugkanal 86 erstreckt sich kreisbogenförmig, wie in Fig. 7 gezeigt. Der Ansaugkanal 86 öffnet sich zu der Ansaugkammer 26 auf deren Innenseite, und eine äußere Seite des kreisbogenförmigen Ansaugkanals 86 ist gegen den äußeren Umfang des Drehschiebers 80 offen. Wie aus den Fig. 6 und 7 ersichtlich wird, ist jede der Zylinderbohrungen 30A mit einer Ansaugöffnung 87 in ihrer inneren Wandung ausgestattet, welche die mittige axiale Bohrung des Zylinderblocks 10 ausmacht, und ist ferner benachbart zum äußeren Öffnungsende der Zylinderbohrungen angeordnet. Die fünf Ansaugöffnungen 87 sind auf einem Kreis angeordnet, der durch die bogenförmige äußere Öffnung des Ansaugkanals 86 während der Rotation des Drehschiebers 80 beschrieben wird, so daß jede der Zylinderbohrungen 30A bis 30E in Zeitabständen mit der Ansaugkammer 26 über die Ansaugöffnung 27 und des Ansaugkanals 86 während einer bestimmten Zeitdauer verbunden wird, welche durch die Kreisbogenlänge des Ansaugkanals 86 und durch die Drehgeschwindigkeit des Drehschiebers 80 bestimmt wird.

In gleicher Weise weist der Drehschieber 82 einen Ansaugkanal 88 eingeformt auf, und der Ansaugkanal 88 erstreckt sich kreisbogenförmig, wie in Fig. 8 gezeigt. Der Ansaugkanal 88 öffnet sich zur Ansaugkammer 26 an deren Innenseite, und eine äußere Seite des bogenförmigen Ansaugkanals 88 öffnet sich zur äußeren Umfangsfläche des Drehschiebers 82. Wie aus den Fig. 6 und 8 deutlich wird, ist jede der Zylinderbohrungen 32A bis 32E mit einer Ansaugöffnung 89 versehen, die in der inneren Wandung ausgeformt ist, die die mittige Axialbohrung des vorderen Zylinderblocks 12 definiert, und ist ferner benachbart zu dem äußeren Öffnungsende der Zylinderbohrungen angeordnet. Die fünf Ansaugöffnungen 89 sind entlang eines Kreises angeordnet, der durch die kreisbogenförmige äußere Öffnung des Ansaugkanals 88 während der Drehbewegung des Drehschiebers 82 beschrieben wird, und somit wird jede der Zylinderbohrungen 32A bis 32E in Zeitabständen mit der Ansaugkammer 26 über die Ansaugöffnung 89 und den Saugkanal 88 während einer bestimmten Zeitdauer verbunden, welche über die Bogenlänge des Saugkanals 88 und durch die Drehgeschwindigkeit des Drehschiebers 82 bestimmt wird. Es sei betont, daß die Kreisbogenlänge des Saugkanals 88 und die Drehgeschwindigkeit des Drehschiebers 82 dieselben sind wie die des Saugkanals 86 und des Drehschiebers 80.

Der Drehschieber 80 weist ferner einen kleinen Kanal 90 eingeformt auf, und der kleine Kanal ist benachbart zu der vorderen Kante des kreisbogenförmigen Ansaugkanales 86 angeordnet, wie in Fig. 7 gezeigt ist. Der kleine Kanal 90 ist an einem Ende auf einen Ringraum 92 hin geöffnet, welcher durch eine äußere Endoberfläche des Drehschiebers 80, einen inneren ringförmigen Rand der Ventilplatte 18 und das konische Lager 40 sowie die Antriebswelle 38 gebildet wird, wie dies am besten in Fig. 6 zu sehen ist. Das andere Ende des kleinen Kanals 90 öffnet sich zu der Umfangsfläche des Drehschiebers 80 und wird sukzessive über die Öffnungen der Ansaugöffnungen 87 während der Drehbewegung des Drehschiebers 80 gefahren, so daß die Ansaugöffnungen 87 nacheinander mit dem Raum 92 über den kleinen Kanal 90 in Verbindung stehen.

In gleicher Weise ist der Drehschieber 82 mit einem schmalen Kanal 94 ausgestattet, und der kleine Kanal ist benachbart zu der vorderen Kante des kreisbogenförmigen Saugkanals 88 angeordnet, wie dies in Fig. 8 gezeigt ist. Der kleine Kanal 94 ist an einem Ende auf einen ringförmigen Raum 96 hin geöffnet, welcher durch eine äußere Endfläche des Drehschiebers 82, eine innere ringförmige Kante der Ventilplatte 20, die konische Lagerung 42 und die Antriebswelle 38 definiert wird, wie dies am besten in Fig. 6 zu sehen ist. Das andere Ende des Kanals 94 ist zur Umfangsfläche des Drehschiebers 92 hin geöffnet und überstreicht sukzessive die Öffnungen der Ansaugöffnungen 89 während der Drehbewegung des Drehschiebers 82, so daß die Ansaugöffnungen 87 sukzessive mit dem Raum 96 über den kleinen Kanal 94 in Verbindung gebracht werden.

Es sei betont, daß die jeweiligen Ringräume 92 und 96 mit den Ausstoßkammern 56 bzw. 58 durch Spalte zwischen den Teilen der Lager 40 und 42 kommunizieren.

Die Kreisbogenlänge der Saugkanäle 86 und 88 und die Positionierung der kleinen Kanäle 90 und 96 sind so gewählt, daß der Verdichter eine Betriebscharakteristik hat, wie sie in Fig. 9 gezeigt ist. Es sei darauf hingewiesen, daß bei diesem Graphen die Abszisse einen Drehwinkel der Drehschieber 80 und 82 anzeigt und die Ordinate den Druck in den Zylinderbohrungen 30A bis 30E bzw. 32A bis 32E.

Der Betrieb des Verdichters wird im folgenden näher erläutert:

• 1) Wenn zum Beispiel ein Kompressionshub gerade in der Zylinderbohrung 30A beendet ist, d. h. wenn der Kolben 34 am oberen Totpunktende der Zylinderbohrung 30A angelangt ist, ist der Drehschieber 80 in einer Winkelposition entsprechend dem Ursprung des Graphen in Fig. 9. Bei diesem Zeitpunkt herrscht in der Zylinderbohrung 30A ein maximaler Druck Po als Ergebnis des Kompressionshubes, der gerade zuvor durch den Kolben 34 ausgeführt wurde.
• 2) Gerade nachdem ein Saughub in der Zylinderbohrung 30A begonnen wurde, wird der Druck hierin schlagartig erniedrigt, wie dies im Graphen der Fig. 9 gezeigt ist, und die vordere Kante des kreisbogenförmigen Ansaugkanals 86 erreicht unmittelbar die Öffnung der Ansaugöffnung 87 der Zylinderbohrung 30A (Fig. 7), so daß das Kühlmittel aus der Ansaugkammer 26 in die Zylinderbohrung 39A durch den kreisbogenförmigen Ansaugkanal 86 und die Ansaugöffnung 87 geführt wird. Das Einführen von Kühlmittel in den Zylinder 30 wird fortgesetzt, bis der Drehwinkel des Drehschiebers 180° erreicht (Fig. 9), d. h. bis die hintere Kante des kreisbogenförmigen Ansaugkanals 86 die Öffnung der Ansaugöffnung 87 der Zylinderbohrung 82 überfahren hat.
• 3) Sobald der Ansaughub beendet ist, wird ein Kompressionshub in der Zylinderbohrung 30A begonnen. Während des Kompressionshubes wird das eingeführte Kühlmittel in der Zylinderbohrung 39A komprimiert, so daß sich der Druck hiervon erhöht. Wenn der Drehwinkel des Drehschiebers den Wert R₁ (Fig. 9) erreicht, weist das komprimierte Kühlmittel den Maximaldruck Po auf, so daß das Federblattausstoßventil 64, das hierzu gehört, geöffnet wird, und dabei das Ausstoßen des komprimierten Kühlmittels in die vordere Kühlmittelkammer 56 bewirkt.
• 4) Gerade nachdem das Ausstoßen des komprimierten Kühlmittels in die vordere Ausstoßkammer 56 begonnen wird, erreicht der Drehwinkel des Drehschiebers 80 R₂ (Fig. 9). Zu diesem Zeitpunkt ist der kleine Kanal 90 des Drehschiebers 80 in einer Position wie sie mit dem Bezugszeichen 90′ in Fig. 7 angegeben ist. Dann wird ein Teil des komprimierten Kühlmittels in den Ringraum 92 durch die Ansaugöffnung 87 und den kleinen Kanal 90 gespeist und trägt zum Schmieren der beweglichen Teile des Lagers 40 und der Gleitoberflächen, die bei dem Drehschieber 80 und der mittigen Axialbohrung des Zylinderblocks 10 vorhanden sind, bei.
• 5) Wenn der Drehwinkel des Drehschiebers 80 R₃ erreicht (Fig. 9), befindet sich der kleine Kanal 90 in einer Stellung, die durch das Bezugszeichen 90′′ in Fig. 7 gezeigt ist, so daß eine Speisung des Kühlmittels in den Ringraum 92 beendet wird. Dann erreicht der Drehwinkel des Drehschiebers 80 den Wert 360°, und damit ist der Kompressionshub beendet.

Es sei betont, daß die oben genannte Sequenz für jede der Zylinderbohrungen 30B bis 30E ebenso gilt und außerdem für die Zylinderbohrungen 32A bis 32E, außer daß die Sequenz hier mit einer Phasenverschiebung von 180° vorkommt.

Wie aus dem vorhergehend Gesagten deutlich wird, kann erfindungsgemäß das Kühlmittel aus der Ansaugkammer in die Zylinderbohrungen jeweils gerade nachdem der Ansaughub begonnen wurde, eingespeist werden, und das Einspeisen des Kühlmittels in die Zylinderbohrung wird fortgesetzt, bis der Saughub beendet ist. Dementsprechend wird eine ausreichende Menge des Kühlmittels während des Saughubes in die Zylinderbohrung eingespeist, wodurch der Verdichter seine volle Betriebsleistung zeigt.

Ebenso wird erfindungsgemäß vorgesehen, daß keine durchgehenden Kanäle in den vorderen und rückseitigen Zylinderblocks ausgebildet sind, so daß die Zylinderblocks eine kleine Abmessung haben können. Dementsprechend ist es möglich, einen kompakten Verdichter zu bauen.

Claims (6)

1. Vielfach-Axialkolbenverdichter, umfassend:
eine Antriebswelle;
einen Zylinderblock mit einer mittigen axialen Bohrung, durch welche sich die Antriebswelle erstreckt, und Zylinderbohrungen, welche in radialem Abstand hierzu ausgebildet sind und die Antriebswelle umrunden;
eine Vielzahl von Kolben, welche verschieblich in den jeweiligen Zylinderbohrungen des Zylinderblocks aufgenommen sind;
eine Umwandlungsvorrichtung zum Umwandeln der Drehbewegung der Antriebswelle in eine Hin- und Herbewegung eines jeden Kolbens in den entsprechenden Zylinderbohrungen, so daß ein Ansaughub und ein Kompressionshub alternierend darin ausgeführt werden, wobei ein Gas in jede der Zylinderbohrungen während eines Saughubes eingeleitet wird und dann während eines Kompressionshubes das eingeleitete Gas komprimiert und aus der Zylinderbohrung ausgestoßen wird;
ein Drehschieberelement, welches auf der Antriebswelle befestigt und dichtend von der mittigen Axialbohrung des Zylinderblocks aufgenommen wird, welcher das Einspeisen von Gas in jede der Zylinderbohrungen während des jeweiligen Saughubes erlaubt, wobei das Drehschieberelement einen Saugkanal eingeformt enthält, welcher sich an einer Umfangsfläche davon öffnet, wobei jede der Zylinderbohrungen eine Ansaugöffnung an einer inneren Wandung eingeformt enthält, welche die mittige Axialbohrung in dem Zylinderblock bildet, wobei die Ansaugöffnungen der Zylinderbohrungen entlang eines Kreises angeordnet sind, der durch die Öffnung des Ansaugkanales während einer Drehbewegung des Drehschieberelements beschrieben wird; und
Ausstoßventilvorrichtungen, welche den Ausstoßöffnungen, die an einer Endfläche einer jeden der Zylinderbohrungen angeordnet sind, zugeordnet sind, um den Ausstoß des komprimierten Gases aus der jeweiligen Zylinderbohrung in eine Ausstoßkammer während des Kompressionshubes zu ermöglichen, wobei jede der Ansaugöffnungen benachbart zu der Ausstoßöffnung der jeweiligen Zylinderbohrung angeordnet ist, wobei der Ansaugkanal des Drehschieberelementes so angeordnet ist, daß das Einspeisen des Fluids in die Zylinderbohrungen jeweils exakt nachdem ein Saughub begonnen wurde, ausgeführt wird und fortgesetzt wird, bis der Saughub beendet ist, wodurch die Betriebsleistung des Verdichters verbessert werden kann; wobei das Drehschieberelement einen anderen kleinen Kanal eingeformt enthält und der kleine Kanal so angeordnet ist, daß ein Teil des komprimierten Gases in der jeweiligen Zylinderbohrung aus der Zylinderbohrung in die Ausstoßkammer während eines Teils der zu Ende gehenden Periode des Kompressionshubes in die Ausstoßkammer ausgestoßen wird, wodurch das Drehschieberelement geschmiert werden kann.

2. Verdichter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Saugkanal des Drehschieberelements sich darin kreisbogenförmig erstreckt.

3. Verdichter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Gas ein Kühlmittel umfaßt, welches Schmiermittelnebel umfaßt.

4. Vielfach-Axialkolbenverdichter, umfassend:
eine Antriebswelle;
einen ersten Zylinderblock mit darin ausgebildeten Zylinderbohrungen, welche rund um die Antriebswelle angeordnet sind;
einen zweiten Zylinderblock mit eingeformten Zylinderbohrungen, welche um die Antriebswelle angeordnet sind, wobei die Zylinderbohrungen des ersten Zylinderblocks mit den Zylinderbohrungen des zweiten Zylinderblocks ausgerichtet und fluchtend angeordnet sind, wobei der erste und der zweite Zylinderblock so angeordnet sind, daß sie zwischen sich eine Ansaugkammer bilden;
eine Vielzahl von doppelt wirkenden Kolben, welche verschieblich von den Paaren von aufeinander ausgerichteten Zylinderbohrungen aufgenommen werden;
ein erstes Gehäuse, welches mit dem ersten Zylinderblock verbunden ist und dazwischen eine erste Ausstoßkammer bildet;
ein zweites Gehäuse, welches mit dem zweiten Zylinderblock verbunden ist, um eine zweite Ausstoßkammer dazwischen zu bilden;
wobei die erste und die zweite Ausstoßkammer jeweils miteinander über einen mittigen Kanal, der in der Antriebswelle gebildet ist, in Verbindung stehen;
eine Umwandlungsvorrichtung, welche innerhalb der Ansaugkammer angeordnet ist, um die Drehbewegung der Antriebswelle in eine Hin- und Herbewegung eines jeden der doppelt wirkenden Kolben in den entsprechend ausgerichteten Zylinderbohrungen umzuwandeln, so daß ein Saughub und ein Kompressionshub nacheinander abwechselnd ausgeführt werden, daß ein Gas von der Saugkammer in jede der Zylinderbohrungen während eines Saughubes eingeführt und daß das eingeführte Gas dann während eines Kompressionshubes komprimiert wird und aus der Zylinderbohrung in die entsprechende Ausstoßkammer ausgestoßen wird;
ein erstes Drehschieberelement zum Einspeisen des Gases aus der Ansaugkammer in jede der Zylinderbohrungen des ersten Zylinderblocks während des jeweiligen Saughubes, wobei das erste Drehschieberelement einen weiteren kleinen Kanal eingeformt enthält, welcher so angeordnet ist, daß ein Teil des komprimierten Gases in der jeweiligen Zylinderbohrung aus der Zylinderbohrung in die erste Ausstoßkammer ausgestoßen wird während eines Teils des zu Ende gehenden Kompressionshubes, wodurch das erste Drehschieberelement geschmiert wird; und
ein zweites Drehschieberelement zum Einspeisen von Gas aus der Ansaugkammer in jede der Zylinderbohrungen des zweiten Zylinderblocks während des jeweiligen Saughubes, wobei das zweite Drehschieberelement einen weiteren kleinen Kanal eingeformt enthält, welcher so angeordnet ist, daß ein Teil des in der jeweiligen Zylinderbohrung komprimierten Gases aus der Zylinderbohrung in die zweite Ausstoßkammer während eines Teils des zu Ende gehenden Kompressionshubes ausgestoßen wird, wodurch das zweite Drehschieberelement geschmiert werden kann.

5. Verdichter nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß jedes der ersten und zweiten Drehschieberelemente so aufgebaut ist, daß beim Einspeisen eines Fluids in eine jeweilige Zylinderbohrung genau nach Beginn eines Saughubes gestartet wird und weitergeführt wird, bis der Saughub beendet ist, wodurch die Betriebsleistung des Verdichters verbessert werden kann.

6. Verdichter nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Gas ein Kühlmittelgas umfaßt, welches ein Schmierölnebel umfaßt.