DE102011051730A1

DE102011051730A1 - Schraubenverdichter

Info

Publication number: DE102011051730A1
Application number: DE102011051730A
Authority: DE
Inventors: Dominic Kienzle
Original assignee: Bitzer Kuehlmaschinenbau GmbH and Co KG
Current assignee: Bitzer Kuehlmaschinenbau GmbH and Co KG
Priority date: 2011-07-11
Filing date: 2011-07-11
Publication date: 2013-01-17
Also published as: EP2732165A1; WO2013007470A1; CN103649544A; US10030653B2; US20140127067A1; EP2732165B1; CN103649544B

Abstract

Um einen Schraubenverdichter umfassend ein Schraubenverdichtergehäuse mit einem Schraubenläufergehäuse, mit in dem Schraubenläufergehäuse angeordneten Schraubenläuferbohrungen, mit in den Schraubenläuferbohrungen angeordneten und in dem Schraubenläufergehäuse um Drehachsen drehbar gelagerten Schraubenläufern, mit einem Antrieb für die Schraubenläufer und mit einem in dem Schraubenläufergehäuse in einer Schieberaufnahme verschiebbar geführten und bereichsweise an die Schraubenläufer mit Abschlussflächen angrenzenden Schieber zur Einstellung eines Volumenverhältnisses des Schraubenverdichters, der sich ausgehend von einem Einfahrraum der Schieberaufnahme in einer zu den Schraubenläuferbohrungen hin offenen Führungsmulde der Schieberaufnahme in Richtung eines Hochdruckauslasses erstreckt und der in einer ersten Stellung und einer zweiten Stellung positionierbar ist, wobei in einer der Stellungen das Volumenverhältnis des Schraubenverdichters größer ist als in der anderen der Stellungen, derart zu verbessern, dass dieser möglichst wenig Bauraum für die Betätigung des Schiebers benötigt, wird vorgeschlagen, dass der Schieber mit einem zumindest teilweise im Einfahrraum angeordneten ersten Zylinderelement verbunden ist, welches mit einem zumindest teilweise im Einfahrraum angeordneten zweiten Zylinderelement zusammenwirkt, und dass die Zylinderelemente auf einer dem Hochdruckauslass gegenüberliegenden Seite des Schiebers in der Verschieberichtung auf den Schieber folgend angeordnet sind.

Description

Die Erfindung betrifft einen Schraubenverdichter, umfassend ein Schraubenverdichtergehäuse mit einem Schraubenläufergehäuse, mit in dem Schraubenläufergehäuse angeordneten Schraubenläuferbohrungen, mit in den Schraubenläuferbohrungen angeordneten und in dem Schraubenläufer um Drehachsen drehbar gelagerten Schraubenläufern, mit einem Antrieb für die Schraubenläufer und mit einem in dem Schraubenläufer in einer Schieberaufnahme verschiebbar geführten und bereichsweise an die Schraubenläufer mit Abschlussflächen angrenzenden Schieber zur Einstellung eines Volumenverhältnisses des Schraubenverdichters, der sich ausgehend von einem Einfahrraum der Schieberaufnahme in einer zu den Schraubenläuferbohrungen hin offenen Führungsmulde der Schieberaufnahme in Richtung des Hochdruckauslasses erstreckt und der in einer ersten Stellung und in einer zweiten Stellung positionierbar ist, wobei in einer der Stellungen das Volumenverhältnis des Schraubenverdichters größer ist als in der anderen der Stellungen.
Derartige Schraubenverdichter sind beispielsweise aus der DE 199 16 983 oder aus der DE 20 2008 013 702 bekannt.
Bei diesen bekannten Lösungen besteht das Problem, dass diese einen sehr großen Bauraum benötigen.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Schraubenverdichter der gattungsgemäßen Art derart zu verbessern, dass dieser möglichst wenig Bauraum für die Betätigung des Schiebers benötigt.
Diese Aufgabe wird bei einem Schraubenverdichter der eingangs beschriebenen Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass der Schieber mit einem zumindest teilweise im Einfahrraum angeordneten ersten Zylinderelement verbunden ist, welches mit einem zumindest teilweise im Einfahrraum angeordneten zweiten Zylinderelement zusammenwirkt, und dass die Zylinderelemente auf einer dem Hochdruckauslass gegenüberliegenden Seite des Schiebers in der Verschieberichtung auf den Schieber folgend angeordnet sind.
Der Vorteil der erfindungsgemäßen Lösung ist darin zu sehen, dass mit dieser die Möglichkeit besteht, die Zylinderelemente raumsparend in dem Schraubenverdichtergehäuse anzuordnen.
Besonders günstig ist es dabei, wenn der Einfahrraum sowohl in der ersten Stellung als auch in der zweiten Stellung das erste Zylinderelement aufnehmend ausgebildet ist.
Ferner ist vorzugsweise ebenfalls vorgesehen, dass der Einfahrraum das zweite Zylinderelement aufnehmend ausgebildet ist.
Dabei kann das zweite Zylinderelement ein separates, im Einfahrraum angeordnetes Element sein oder ein durch den Einfahrraum selbst gebildetes Element.
Hinsichtlich der Anordnung und Ausbildung des Einfahrraums wurden bislang keine näheren Angaben gemacht.
So sieht eine vorteilhafte Lösung vor, dass der Einfahrraum relativ zu den Schraubenläuferbohrungen überlappungsfrei angeordnet ist, das heißt, dass zwischen dem Einfahrraum und den Schraubenläuferbohrungen keine räumliche Überlappung besteht, so dass der Einfahrraum von den Schraubenläuferbohrungen getrennt ausgebildet ist.
Hinsichtlich der Anordnung des Einfahrraums relativ zur Führungsmulde der Schieberaufnahme wurden bislang ebenfalls keine näheren Angaben gemacht.
Prinzipiell könnte der Einfahrraum im Abstand von der Führungsmulde angeordnet sein.
Besonders günstig ist es jedoch, wenn der Einfahrraum sich unmittelbar an die Führungsmulde anschließt.
Um den Einfahrraum möglichst nahe an den Schraubenläuferbohrungen und den Schraubenläufern anzuordnen ist vorzugsweise vorgesehen, dass der Einfahrraum in einer radialen Richtung zu den Drehachsen der Schraubenläufer seitlich neben einer niederdruckseitigen Lagereinheit für die Schraubenläufer angeordnet ist.
Bei der bisherigen Beschreibung der erfindungsgemäßen Lösung wurde nicht genau definiert, wie weit sich der Einfahrraum im Schraubenverdichtergehäuse erstrecken soll.
Beispielsweise könnte sich der Einfahrraum sowohl im Schraubenläufergehäuse erstrecken und bis in das Motorgehäuse reichen.
Eine besonders einfache und raumsparende Lösung sieht jedoch vor, dass sich der Einfahrraum im Schraubenläufergehäuse erstreckt und sich vorzugsweise nicht bis in das Motorgehäuse erstreckt.
Hinsichtlich des Querschnitts des Einfahrraums wurden bislang keine näheren Angaben gemacht.
So sieht eine besonders günstige Lösung vor, dass der Einfahrraum eine sich quer zur Verschieberichtung erstreckende Querschnittskontur aufweist, die mindestens so groß ist, dass sie den Schieber und das erste Zylinderelement aufnehmen kann. Damit lassen sich der Schieber und das erste Zylinderelement gemeinsam in den Einfahrraum hinein bewegen, so dass der Schieber mit dem ersten Zylinderelement kompakt ausgebildet werden kann.
Zweckmäßigerweise ist die Querschnittskontur des Einfahrraums an die Querschnittskontur des ersten Zylinderelements angepasst, wobei in diesem Fall die Querschnittskontur des ersten Zylinderelements größer ist als die Querschnittskontur des Schiebers, so dass der Schieber ebenfalls problemlos in den Einfahrraum eintreten kann.
Um den Schieber möglichst sicher zu führen ist vorzugsweise vorgesehen, dass der Einfahrraum einen Wandflächenbereich aufweist, der den Schieber im Einfahrraum quer zur Verschieberichtung führende Schieberführungsflächen bildet. Damit besteht die Möglichkeit, den Schieber sowohl in der Führungsmulde als auch im Einfahrraum zuverlässig zu führen.
Hinsichtlich der Ausbildung des ersten Zylinderelements in Relation zum Schieber wurden bislang keine näheren Angaben gemacht.
Eine besonders kompakt orientierte Lösung sieht dabei vor, dass das erste Zylinderelement fest mit dem Schieber verbunden ist.
Besonders günstig ist eine Lösung, bei welcher das erste Zylinderelement einstückig an den Schieber angeformt ist, so dass eine optimal kompakte Bauweise entsteht.
Eine besonders hinsichtlich ihres Aufbaus kompakte Lösung sieht vor, dass der Einfahrraum das zweite Zylinderelement bildet.
Beispielsweise ist dabei der Einfahrraum so ausgebildet, dass er seinerseits in einem Zylindergehäuse liegt und einen Kolbenkörper aufnimmt.
Eine derartige Lösung ist dabei besonders kompakt.
Hinsichtlich des Zusammenwirkens der Zylinderelemente zur Bewegung des Schiebers wurden bislang keine näheren Angaben gemacht.
Eine zweckmäßige Lösung sieht in diesem Zusammenhang vor, dass das erste Zylinderelement und das zweite Zylinderelement ein Zylindervolumen einschließen, das entweder mit auf Hochdruck verdichtetem Medium oder mit auf Niederdruck vorliegendem Medium, insbesondere zur Verdichtung vorgesehenen Medium, beaufschlagt ist, so dass eine einfache Steuerungsmöglichkeit durch Aufschalten von Hochdruck oder Niederdruck auf das Zylindervolumen besteht.
Alternativ oder ergänzend zu den bislang beschriebenen Ausführungsformen sieht eine besonders vorteilhafte Ausführungsform vor, dass auf einer den Abschlussflächen gegenüberliegenden und in der Führungsmulde liegenden Seite des Schiebers Niederdrucktaschen vorgesehen sind, die entweder im Schieber oder in der Führungsmulde des Schraubenläufergehäuses vorgesehen sein können.
Derartige Niederdrucktaschen haben den Vorteil, dass dadurch die Möglichkeit besteht, sicherzustellen, dass der Schieber nicht von der Führungsmulde abhebt und sich quer zur Verschieberichtung in Richtung der Schraubenläufer bewegt und dabei mit seinen Abschlussflächen gegen die Schraubenläufer drückt.
Die Niederdrucktaschen können in unterschiedlichster Art und Weise auf Niederdruck gehalten werden.
So sieht eine besonders günstige Lösung vor, dass die Niederdrucktaschen über einen zum Niederdruckeinlass führenden Entlassungskanal, der entweder durch den Schieber oder durch das Schraubenläufergehäuse verläuft, auf Niederdruck gehalten sind.
Ein derartiger Entlassungskanal ist vorzugsweise ein Kanal, der quer durch den Schieber von den Niederdrucktaschen zu einer Niederdruckseite des Schiebers verläuft und in dieser mit einer Mündungsöffnung mündet, so dass über diesen Entlassungskanal stets Niederdruck in den Niederdrucktaschen aufrecht erhalten werden kann.
Insbesondere ist dabei vorgesehen, dass die Mündungsöffnung beispielsweise an einem durch die Abschlussflächen gebildeten Kamm des Schiebers angeordnet ist.
Vorzugsweise ist bei einem vorteilhaften Ausführungsbeispiel in dem Schraubenläufergehäuse ein beispielsweise in eine der Läuferbohrungen mündender Einspritzkanal für Schmiermittel vorgesehen, mit welchem insbesondere einer von dem Schraubenläufer gebildete Verdichtungskammer, vorzugsweise einer ersten sich bildenden Verdichtungskammer, Schmiermittel zuführbar ist, wobei diese Zufuhr von Schmiermittel insbesondere unabhängig von den Stellungen des Schiebers erfolgt.
Damit ist eine günstige Kühlung und Abdichtung der Schraubenläufer realisierbar.
Bei hohen Druckverhältnissen und Druckdifferenzen zwischen Niederdruckeinlass und Hochdruckauslass steigt die Leckage zwischen den einzelnen Läuferkammern, wodurch mehr Abwärme entsteht.
Ebenso entsteht bei hohen Druckverhältnissen und Druckdifferenzen mehr Kompressionswärme als bei niedrigeren Druckverhältnissen und Druckdifferenzen.
Deshalb ist es günstig, bei höheren Druckverhältnissen und Druckdifferenzen mehr Schmiermittel einzuspritzen als bei niedrigen Druckverhältnissen und Druckdifferenzen um damit die Abwärme abzuführen.
Die eingespritzte Schmiermittelmenge kann dabei beispielsweise in Abhängigkeit von dem Volumenverhältnis und/oder einer Druckdifferenz und/oder der Drehzahl variieren.
Darüber hinaus sieht eine weitere vorteilhafte Ausführungsform vor, dass der Schieber mit einer den Schraubenläufern zugewandten Einspritzöffnung für Schmiermittel versehen ist, so dass sich über den Schieber, zumindest in der ersten Stellung mit einem großen Volumenverhältnis, Schmiermittel den Schraubenläufern zuführen lässt.
Hierbei ist beispielsweise vorgesehen, dass die Einspritzöffnung mit einem in den Schieber vorgesehenen Einspritzkanal in Verbindung steht, welchem über eine Zufuhröffnung Schmiermittel von Seiten des Schraubenläufergehäuses zuführbar ist.
Vorzugsweise ist die über den Schieber zuführbare Schmiermittelmenge mindestens so groß, vorzugsweise mehr als eineinhalb mal so groß, noch besser mehr als doppelt so groß wie die über das Schraubenläufergehäuse in allen Stellungen des Schiebers zugeführte Schmiermittelmenge.
Auch die über den Schieber zugeführte Schmiermittelmenge kann abhängig von dem Volumenverhältnis und/oder der Druckdifferenz und/oder der Drehzahl variieren.
Der erfindungsgemäße Schraubenverdichter kann mit einem Antrieb versehen sein, der mit einer oder mehreren definiert vorgegebenen Drehzahlen arbeitet und den Schraubenverdichter antreibt.
Besonders günstig ist es, wenn der Antrieb drehzahlvariabel, insbesondere über nennenswerte Drehzahlbereiche stufenlos variabel, ausgebildet ist, wobei der drehzahlvariable Antrieb zweckmäßigerweise mittels eines Inverters erfolgt.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung sind Gegenstand der nachfolgenden Beschreibund sowie der zeichnerischen Darstellung einiger Ausführungsbeispiele.
In der Zeichnung zeigen:
1 einen Längsschnitt durch ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Schraubenverdichters in der ersten Stellung;
2 einen Längsschnitt ähnlich 1, allerdings in einer gegenüber 1 gedrehten Schnittebene;
3 einen Schnitt längs Linie 2-2 in 1;
4 einen Schnitt ähnlich 1 durch das erste Ausführungsbeispiel in der zweiten Stellung des Schiebers;
5 einen Schnitt entsprechend 3 in der zweiten Stellung des Schiebers;
6 eine Seitenansicht des Schiebers des ersten Ausführungsbeispiels;
7 eine Draufsicht auf den Schieber des ersten Ausführungsbeispiels;
8 eine Ansicht in Richtung des Pfeils A in 7;
9 eine Ansicht in Richtung des Pfeils B in 7;
10 eine Ansicht des Schiebers des ersten Ausführungsbeispiels von unten;
11 einen Schnitt längs Linie 11-11 in 7;
12 eine perspektivische Darstellung des Schiebers des ersten Ausführungsbeispiels mit Blick von oben;
13 eine perspektivische Darstellung des Schiebers des ersten Ausführungsbeispiels mit Blick von unten;
14 eine vergrößerte Darstellung des Bereichs A in 2;
15 einen teilweisen Schnitt ähnlich 1 durch ein zweites Ausführungsbeispiel mit einer gegenüber dem ersten Ausführungsbeispiel modifizierten Ansteuerung des Schiebers;
16 einen teilweisen Schnitt ähnlich 1 durch ein drittes Ausführungsbeispiel in der ersten Stellung;
17 einen teilweisen Schnitt ähnlich 4 durch das dritte Ausführungsbeispiel in der zweiten Stellung;
18 einen Schnitt ähnlich 16 durch ein viertes Ausführungsbeispiel in der ersten Stellung und
19 einen Schnitt ähnlich 17 durch das vierte Ausführungsbeispiel in der zweiten Stellung.
Ein Ausführungsbeispiel eines als Ganzes mit 10 bezeichneten Schraubenverdichters weist ein mit 12 bezeichnetes Schraubenverdichtergehäuse auf, welches ein Motorgehäuse 14, ein Schraubenläufergehäuse 16 und beispielsweise ein Hochdruckgehäuse 18 umfasst (1 bis 5).
In dem Motorgehäuse 14 ist ein als Ganzes mit 20 bezeichneter Antriebsmotor vorgesehen, welcher einen Stator 22 und einen Rotor 24 umfasst, wobei mittels des Rotors 24 über eine Antriebswelle 26 ein beispielsweise mittels eines Inverters 28 drehzahlvariabel steuerbarer Antrieb von einem von zwei Schraubenläufern 32 und 34 erfolgt, die in Schraubenläuferbohrungen 36, 38 im Schraubenläufergehäuse 16 angeordnet und in einer niederdruckseitigen Lagereinheit 37 sowie in einer hochdruckseitigen Lagereinheit 39 gelagert sind und ineinandergreifen und dabei ein über einen Niederdruckeinlass 42 zugeführtes zu verdichtendes Medium verdichten, so dass dieses aus einem Hochdruckauslass 44 des Schraubenläufergehäuses 16 wieder austritt und dann ausgehend von dem Hochdruckauslass 44 in das Hochdruckgehäuse 18 eintritt, in welchem beispielsweise Schmiermittelabscheidevorrichtung 40 angeordnet ist, durch welche Schmiermittel aus dem unter Hochdruck stehenden zu verdichtenden Medium abgeschieden wird, bevor letzteres das Hochdruckgehäuse 18 verlässt.
In dem Schraubenläufergehäuse 16 ist ein als Ganzes mit 50 bezeichneter Schieber vorgesehen, welcher in einer Schieberaufnahme 52 parallel zu den Drehachsen 33 und 35 der Schraubenläufer 32 bzw. 34 in einer Verschieberichtung 60 bewegbar geführt ist und, wie in 1 bis 13 dargestellt, an die Schraubenläufer 32 und 34 angrenzende und die Schraubenläuferbohrungen 36 und 38 ergänzende Abschlussflächen 54 und 56 aufweist, die in dem Bereich, in dem diese an die Schraubenläufer 32 und 34 angrenzen, die von diesen gebildeten Verdichtungskammern begrenzen.
Die Abschlussflächen 54 und 56 erstrecken sich dabei längs des Schiebers 50 und zwar von einer niederdruckseitigen allseits an der Schieberaufnahme 52 anliegenden Abschlusswand 58 bis zu Auslasskanten 62 und 64, durch deren Lage längs der Schraubenläufer 32 und 34, insbesondere durch deren Abstand von einer hochdruckseitigen Stirnwand 66 der Schraubenläuferbohrungen 36 und 38 ein hochdruckseitiges Auslassfenster 70 festlegbar ist, das sich zwischen der Stirnwand 66 und den Auslasskanten 62 und 64 erstreckt, wobei ein Abstand der Auslasskanten 62, 64 von dem Niederdruckeinlass 42 ein Volumenverhältnis des Schraubenverdichters festlegt. Das Volumenverhältnis legt das Volumen der ersten geschlossen Verdichtungskammer zwischen den Schraubenläufern 32 und 34 zu dem Volumen der letzten geschlossenen Verdichtungskammer der Schraubenläufer 32, 34 fest und das Volumen der letzten geschlossenen Verdichtungskammer durch die die Lage der Auslasskanten 62 und 64, an welchen sich stets die letzte geschlossene Verdichtungskammer zum Hochdruckauslass 44 hin öffnet, und somit auch durch die Größe des Auslassfensters 70 bestimmt ist.
Der Schieber 50 ist in eine erste (1 und 3) und eine zweite (4 und 5) Stellung bewegbar, wobei die erste Stellung einem großen Volumenverhältnis entspricht, das heißt, dass das Volumen der ersten geschlossenen Verdichtungskammer bezogen auf das Volumen der letzten geschlossenen Verdichtungskammer eine Verhältniszahl ergibt, die größer ist als bei einem kleinen Verdichtungsverhältnis, welches dann vorliegt, wenn der Schieber 50, wie in 4 und 5 dargestellt, in der zweiten Stellung steht, in welcher die Auslasskanten 62 und 64 einen größeren Abstand von der Stirnwand 66 aufweisen und somit das zu verdichtende Medium in der letzten noch geschlossenen Verdichtungskammer auf ein größeres Volumen als in der ersten Stellung verdichtet wird, so dass das Volumen der ersten einlassseitigen geschlossenen Verdichtungskammer relativ zur letzten geschlossenen Verdichtungskammer eine kleinere Verhältniszahl ergibt.
Die Schieberaufnahme 52 umfasst eine sich in der Verschieberichtung 60 parallel zu dem Schraubenläufern 32, 34 zwischen einem einlassseitigen Ende 46 der Schraubenläufer 32, 34 bis zu einem auslassseitigen Ende 48 der Schraubenläufer 32, erstreckende Führungsmulde 72 sowie einen sich an die Führungsmulde 72 anschließenden und über die einlassseitigen Enden der Schraubenläufer 32, 34 im Anschluss an die Führungsmulde 72 in das Schraubenläufergehäuse 16 hinein und über das einlassseitige Ende 46, der Schraubenläuferbohrungen 36, 38 hinaus erstreckenden Einfahrraum 74, in welchen der Schieber 50 in der zweiten Stellung in größerem Maße, das heißt mit einem größeren Teilabschnitt, eintaucht als in der ersten Stellung.
Der Einfahrraum 74 ist als Teil der Schieberaufnahme 52 so ausgebildet, dass er mindestens in der Lage ist, den von der Führungsmulde 72 geführten Schieber 50 mit seiner Querschnittsform und mit seiner Erstreckung in der Verschieberichtung 60, insbesondere in der zweiten Stellung, aufzunehmen, so dass eine Querschnittsform des Einfahrraums 74 mindestens einer Querschnittsform des Schiebers 50 entspricht und beispielsweise Führungsflächen 76 der Führungsmulde 72 stufenlos in den Einfahrraum 74 übergehen.
Zum Verschieben des Schiebers 50 zwischen der in 1 dargestellten ersten Stellung, die einem großen Verdichtungsverhältnis entspricht, und der in 4 dargestellten zweiten Stellung, die einem kleinen Verdichtungsverhältnis entspricht, ist der Schieber 50 auf seiner den Auslasskanten 62, 64 gegenüberliegenden und an die Abschlusswand 58 anschließenden Seite mit einem ein erstes Zylinderelement darstellenden Kolbenkörper 80 versehen, welcher in eine ein zweites Zylinderelement darstellende Zylindergehäuse 82 eintaucht und in dieser hin und her bewegbar ist. Das Zylindergehäuse 82 erstreckt sich an die Führungsmulde 72 anschließend in das Schraubenläufergehäuse 16 hinein, wobei das Zylindergehäuse 82 bei dem ersten Ausführungsbeispiel in das Schraubenläufergehäuse 16 unmittelbar eingeformt und durch den Einfahrraum 74 gebildet ist.
Vorzugsweise ist das Zylindergehäuse 82 so ausgebildet, dass sich dieses stufenfrei an die Führungsmulde 72 anschließt, das heißt eine Innenzylinderfläche 84 aufweist, welche hinsichtlich ihrer Mittelachse und ihres Radius einer die Führungsmulde 72 zumindest teilweise bildenden Innenzylinderfläche 86 entspricht, an welcher der Kolbenkörper 80 mit einer Kolbendichtung 90 abdichtend anliegt (1, 4, 11)
Das Zylindergehäuse 82 hat in der Verschieberichtung 60 des Schiebers 50 eine Ausdehnung, die so groß ist, dass der Kolbenkörper 80 in der ersten, einem größeren Volumenverhältnis entsprechenden Stellung noch innerhalb des Zylindergehäuses 82 liegt, jedoch in maximalen Abstand von einer Endwand 88 des Zylindergehäuses 82.
Vorzugsweise kann in dieser ersten Stellung der Kolbenkörper 82 soweit in Richtung des Hochdruckauslasses 44 verschoben sein, dass die Abschlusswand 58 des Schiebers 50 in geringem Abstand von einem einlassseitigen Ende 46 der Schraubenläufer 32, 34 steht.
Im Gegensatz dazu ist in der zweiten, einem kleinen Volumenverhältnis entsprechenden Stellung der Schieber 50 soweit verschoben, dass der Kolbenkörper 80 nahe der Endwand 88 steht, vorzugsweise an dieser anliegt.
Durch den an den Schieber 50 angeformten Kolbenkörper 80 und das sich unmittelbar an die Führungsmulde 72 anschließende Zylindergehäuse 82 ist eine Möglichkeit zur aktiven gesteuerten Verschiebung des Schiebers 50 in der Verschieberichtung 60 geschaffen, die im Schraubenläufergehäuse 16 nur einen geringen Raumbedarf benötigt.
Der Schieber 50 lässt sich nun bei der erfindungsgemäßen Lösung in der ersten und zweiten Stellung dadurch positionieren, dass eine Steuerung 100 (1) vorgesehen ist, welche einerseits über einen dem Niederdruckeinlass 42 zugeordneten Sensor 102, der vorzugsweise stromaufwärts des Niederdruckeinlasses 42, insbesondere zwischen diesem und einem saugseitigen Absperrventil 104 oder sogar in einer zu dem saugseitigen Absperrventil 104 führenden Saugleitung 105, angeordnet ist, und einen dem Hochdruckauslass 44 zugeordneten Sensor 106, der insbesondere stromabwärts des Hochdruckauslasses 44, insbesondere noch im Hochdruckgehäuse 18, angeordnet ist, das Druckverhältnis des Schraubenverdichters ermittelt und dann entsprechend dem vorliegenden Druckverhältnis den Schieber 50 in die erste Stellung gemäß 1 oder die zweite Stellung gemäß 4 bewegt.
Hierzu ist durch einen Ventilblock 108 eine Zuleitung 112 zu dem Zylindergehäuse 82 entweder mit einer Hochdruckleitung 114 oder einer Niederdruckleitung 116 verbindbar, so dass entweder in dem Zylindervolumen ZV Hochdruck oder Niederdruck vorliegt.
Im Fall von Hochdruck in dem Zylindervolumen ZV des Zylindergehäuses 82 steht der Schieber in der in 1 dargestellten ersten Stellung, da die gesamte Stirnfläche 118 des Kolbenkörpers 80 mit Hochdruck beaufschlagt ist, dem eine mit Hochdruck beaufschlagte Endfläche 120 des Schiebers 50 sowie die mit Niederdruck beaufschlagte Abschlusswand 58 entgegenwirken, wobei die Fläche der Abschlusswand 58 und die Endfläche 120 zusammen eine Fläche ergeben, die maximal der Stirnfläche 118 des Kolbenkörpers 80 entspricht, so dass in Summe die wirksamen Kräfte zu einer Verschiebung des Schiebers 50 in der Verschieberichtung 60 in die erste Stellung gemäß 1 führen.
Liegt dagegen in dem Zylindergehäuse 82 Niederdruck an, so wirkt einerseits in Richtung der zweiten Stellung gemäß 3 eine Kraft die sich aus dem Niederdruck in dem Zylindergehäuse 82 und der Stirnfläche 118 ergibt, während in Richtung der zweiten Stellung Kräfte wirken, die sich aus der Wirkung des Hochdrucks auf die Endfläche 120 (1, 4, 6, 7, 8, 11, 12) und die Wirkung des Niederdrucks auf die Abschlusswand 58 ergeben und somit größer sind als die von den Zylinderelementen 80, 82 erzeugte Kraft, so dass in Summe der Schieber 50 in die zweite Stellung verschoben und dort gehalten wird.
Der Vorteil der erfindungsgemäßen Lösung ist somit darin zu sehen, dass sich somit in einfacher Weise, nämlich lediglich durch Verbinden des Zylindervolumens ZV des Zylindergehäuses 82 mit Hochdruck oder Niederdruck der Schieber 50 in die erste Stellung oder in die zweite Stellung bewegen lässt.
Um zu verhindern, dass der Schieber 50 auf seiner den Abschlussflächen 54 und 56 gegenüberliegenden Unterseite 122 von der Schieberaufnahme 52 abhebt und mit den Abschlussflächen 54 und 56 gegen die Schraubenläufer 32 und 34 drückt, sind im Bereich der Unterseite 122 des Schiebers 50 Niederdrucktaschen 124 und 126 (6, 10, 13) vorgesehen, die zu einer Verbindungstasche 128 geführt sind, welche ihrerseits wieder über einen den gesamten Schieber 50 durchsetzenden Entlastungskanal 130 (11) zumindest in der ersten Stellung mit den einlasseitigen Enden 46 der Schraubenläufer 32, 34 und somit mit dem Niederdruckeinlass 42 verbunden ist und somit stets auf Niederdruck liegt.
Vorzugsweise mündet der Entlastungskanal 130 in eine im Bereich eines Kamms 132, der durch die aneinander angrenzenden Abschlussflächen 54 und 56 am Schieber 50 entsteht, liegende Mündungsöffnung 134, die sowohl in der ersten als auch in der zweiten Stellung mit dem Niederdruck im Bereich der einlassseitigen Enden 46 in Verbindung steht.
Zur Kühlung und Schmierung der Schraubenläufer 32 und 34 in der ersten und in der zweiten Stellung ist, wie in 14 dargestellt, ein Einspritzkanal 138 vorgesehen, mit welchem Schmiermittel in der ersten sich zwischen den Schraubenläufern 32 und 34 bildende Verdichtungskammer eingespritzt wird, um die Schraubenläufer 32, 34 zu kühlen, zu schmieren und die sich bildenden Verdichtungskammern abzudichten.
Um außerdem in der ersten Stellung des Schiebers 50 die Schraubenläufer 32 und 34 durch Einspritzung von Schmiermittel verstärkt kühlen zu können, ist in dem Schieber 50 noch ein Einspritzkanal 140 vorgesehen, welcher sich ausgehend von einer Einspritzöffnung 142 an dem Kamm 132 in ein Inneres des Schiebers 50 hineinerstreckt und über im Schieber 50 verlaufende Verbindungskanäle 144 mit einer Zufuhröffnung 146 verbunden ist, die an einem Führungsmantel 150 des Schiebers 50 außerhalb der Abschlussflächen 54 und 56 vorgesehen ist und zumindest in der ersten Stellung mit einem im Schraubenläufergehäuse 16 vorgesehenen Zufuhrkanal 148 fluchtet (3), jedoch in der zweiten Stellung (5) nicht mehr fluchtet, da in dieser Stellung keine verstärkte Einspritzung von Schmiermittel mehr erforderlich ist.
Beispielsweise beträgt die pro Zeiteinheit über die Einspritzöffnung 142 zuführbare Menge an Schmiermittel mindestens das Doppelte der über den Einspritzkanal 138 zuführbaren Menge pro Zeiteinheit an Schmiermittel.
Zur drehsicheren Festlegung des Schiebers 50 in der Schieberaufnahme 52 ist der Schieber 50 noch mit einer Führungszunge 160 versehen, welche auf der Unterseite 122 des Schiebers 50, vorzugsweise auf einer den Auslasskanten 62 und 64 gegenüberliegenden Seite, angeordnet ist und eine der Schieberaufnahme 52 zugewandte Führungsnut 162 aufweist, in welche ein am Schraubenläufergehäuse 16 gehaltener Nutenstein 164 eingreift, der den Schieber 50 gegen eine Verdrehung in der Schieberaufnahme 52 sichert und somit präzise ausgerichtet führt.
Bei einem zweiten Ausführungsbeispiel, dargestellt in 15, ist eine alternative Möglichkeit einer Ansteuerung des Schiebers 50 realisiert.
Bei diesem Ausführungsbeispiel ist die Niederdruckleitung 116' zwischen dem Zylindervolumen ZV und der Saugseite mit einer Drossel 117 versehen, so dass diese nicht gesteuert wird.
Es wird lediglich über den Ventilblock 106' die Verbindung zwischen der Zuleitung 112 zu dem Zylinderraum 82 und die Hochdruckleitung 114 mittels der Steuerung 100' gesteuert, wobei bei einem Öffnen des Ventilblocks über die Zuleitung 112 mehr unter Hochdruck stehendes Kältemittel in den Zylinderraum 82 einströmt, als über die Niederdruckleitung 116' und die Drossel 117 zum Niederdruckeinlass 42 abströmen kann, so dass sich letztlich ebenfalls Hochdruck in dem Zylinderraum 82 aufbaut.
Allerdings wird durch den Ventilblock 106' die Verbindung zwischen der Zuleitung 112 und der Hochdruckleitung 114 unterbrochen, so baut sich der Druck im Zylinderraum 82 über die Niederdruckleitung 116 und die Drossel 117 ab, so dass letztlich wiederum im Zylinderraum 82 Niederdruck vorliegt.
Im Übrigen ist das zweite Ausführungsbeispiel gemäß 15 in gleicher Weise aufgebaut, wie das erste Ausführungsbeispiel, so dass hinsichtlich aller übrigen Merkmale vollinhaltlich auf die Beschreibung zum ersten Ausführungsbeispiel verwiesen wird.
Bei einem dritten Ausführungsbeispiel, dargestellt in 16 und 17 ist in dem Zylinderraum 82 noch eine Druckfeder 170 vorgesehen, welche sich an der Endwand 88 abstützt und den Schieber 50 in Richtung der zweiten Stellung beaufschlagt, wobei beispielsweise der Schieber 50 noch mit einer Aufnahme 172 für die Feder 70 versehen ist, welche dazu dient, die Feder 170 zu führen.
Die Aufnahme 172 erstreckt sich dabei beispielsweise in den Schieber 50 hinein und umfasst eine Abschlussfläche 174, über welche sich die Feder 170 am Schieber 50 abstützt.
Die Feder 170 liefert dabei eine zusätzliche Kraft in Richtung der ersten Stellung des Schiebers 50, die auch dazu ausgenutzt werden kann, beispielsweise in einem drucklosen Zustand des Schraubenverdichters zunächst während des Starts des Schraubenverdichters oder einer Anlaufphase desselben den Schieber 50 in die erste Stellung zu drücken und zumindest während der Anlaufphase in dieser ersten Stellung zu halten.
Bei Verwendung der Feder 170 wird, wie in 16 und 17 dargestellt, die durch den Druck im Zylindervolumen ZV und der mit diesem Druck beaufschlagten Fläche des Schiebers 50, die wie beim ersten Ausführungsbeispiel, insbesondere der Stirnfläche 118 entspricht, eine Kraft in Richtung der ersten Stellung erzeugt, die sich zu der Kraft der Feder 170 addiert und diesen Kräften wirken, wie beim ersten Ausführungsbeispiel die weiteren auf den Schieber 50 wirkenden Kräfte entgegen. Hierbei muss dann allerdings die Kraft der Feder 170 so dimensioniert sein, dass bei Niederdruck in dem Zylinderraum 82 der Schieber 50 gegen die Kraft der Feder noch sicher in der zweiten Stellung gehalten wird.
Bei einem vierten Ausführungsbeispiel, dargestellt in 18 und 19 ist der Querschnitt des zweiten Zylinderelements 82 und somit die vom Druck im Zylindervolumen ZV beaufschlagbare Fläche des Schiebers 50 dadurch reduziert, dass an die Endwand 88' eine Hülse 180 angeformt ist, an deren Außenmantelfläche 182 eine Abdichtung zwischen dem ersten Zylinderelement 80' und der Hülse 180 erfolgt.
Im Übrigen sind auch beim dritten und vierten Ausführungsbeispiel die nicht explizit beschriebenen Merkmale mit denen des ersten und zweiten Ausführungsbeispiels identisch, so dass vollinhaltlich auf die Ausführungen zum ersten und zweiten Ausführungsbeispiel Bezug genommen werden kann.
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Zitierte Patentliteratur

DE 19916983 [0002]
DE 202008013702 [0002]

Claims

Schraubenverdichter umfassend ein Schraubenverdichtergehäuse (12) mit einem Schraubenläufergehäuse (16), mit in dem Schraubenläufergehäuse (16) angeordneten Schraubenläuferbohrungen (36, 38), mit in den Schraubenläuferbohrungen (36, 38) angeordneten und in dem Schraubenläufergehäuse (16) um Drehachsen (33, 35) drehbar gelagerten Schraubenläufern (32, 34), mit einem Antrieb (20) für die Schraubenläufer (32, 34) und mit einem in dem Schraubenläufergehäuse (16) in einer Schieberaufnahme (52) verschiebbar geführten und bereichsweise an die Schraubenläufer (32, 34) mit Abschlussflächen (54, 56) angrenzenden Schieber (50) zur Einstellung eines Volumenverhältnisses des Schraubenverdichters, der sich ausgehend von einem Einfahrraum (74) der Schieberaufnahme (52) in einer zu den Schraubenläuferbohrungen (36, 38) hin offenen Führungsmulde (72) der Schieberaufnahme (52) in Richtung eines Hochdruckauslasses (44) erstreckt und der in einer ersten Stellung und einer zweiten Stellung positionierbar ist, wobei in einer der Stellungen das Volumenverhältnis des Schraubenverdichters größer ist als in der anderen der Stellungen, dadurch gekennzeichnet, dass der Schieber (50) mit einem zumindest teilweise im Einfahrraum (74) angeordneten ersten Zylinderelement (80) verbunden ist, welches mit einem zumindest teilweise im Einfahrraum (74) angeordneten zweiten Zylinderelement (82) zusammenwirkt, und dass die Zylinderelemente (80, 82) auf einer dem Hochdruckauslass (44) gegenüberliegenden Seite des Schiebers (50) in der Verschieberichtung (60) auf den Schieber (50) folgend angeordnet sind.
Schraubenverdichter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Einfahrraum (74) sowohl in der ersten Stellung als auch in der zweiten Stellung das erste Zylinderelement (80) aufnehmend ausgebildet ist.
Schraubenverdichter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Einfahrraum (74) das zweite Zylinderelement (82) aufnehmend ausgebildet ist
Schraubenverdichter nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Einfahrraum (74) relativ zu den Schraubenläuferbohrungen (36, 38) überlappungsfrei angeordnet ist.
Schraubenverdichter nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Einfahrraum (74) sich unmittelbar an die Führungsmulde (72) anschließt.
Schraubenverdichter nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Einfahrraum (74) in radialer Richtung zu den Drehachsen (33, 35) seitlich neben einer niederdruckseitigen Lagereinheit (37) für die Schraubenläufer (32, 34) angeordnet ist.
Schraubenverdichter nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich der Einfahrraum (74) im Schraubenläufergehäuse (16) erstreckt.
Schraubenverdichter nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Einfahrraum (74) eine sich quer zur Verschieberichtung (60) erstreckende Querschnittskontur aufweist, die mindestens so groß ist, dass sie den Schieber (50) und das erste Zylinderelement (80) aufnehmen kann.
Schraubenverdichter nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Querschnittskontur des Einfahrraums (74) an die Querschnittskontur des ersten Zylinderelements (80) angepasst ist.
Schraubenverdichter nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Einfahrraum (74) einen Wandflächenbereich (84) aufweist, der den Schieber (50) im Einfahrraum (74) quer zur Verschieberichtung (60) führende Schieberführungsflächen bildet.
Schraubenverdichter nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Zylinderelement (80) fest mit dem Schieber (50) verbunden ist.
Schraubenverdichter nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Zylinderelement (80) einstückig an den Schieber (50) angeformt ist.
Schraubenverdichter nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Einfahrraum (74) das zweite Zylinderelement (82) bildet.
Schraubenverdichter nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Zylinderelement (80) und das zweite Zylinderelement (82) ein Zylindervolumen (ZV) einschließen, das entweder mit auf Hochdruck verdichtetem Medium oder mit Niederdruck vorliegenden Medium, insbesondere zu verdichtendem Mediums, beaufschlagbar ist.
Schraubenverdichter nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 oder nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass auf einer den Abschlussflächen (54, 56) gegenüberliegenden und in der Führungsmulde (72) liegende Seite (122) des Schiebers (50) Niederdrucktaschen (124, 126) vorgesehen sind.
Schraubenverdichter nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Niederdrucktaschen (124, 126) über einen zum Niederdruckeinlass (42) führenden Entlastungskanal (130) auf Niederdruck gehalten sind.
Schraubenverdichter nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 oder nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Schraubenläufergehäuse (16) ein Einspritzkanal (138) vorgesehen ist, mit welchem Schmiermittel den Schraubenläufern (32, 34), insbesondere einer von diesem gebildeten Verdichtungskammer, zuführbar ist.
Schraubenverdichter nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 oder nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Schieber (50) mit einer den Schraubenläufern (32, 34) zugewandten Einspritzöffnung (142) für Schmiermittel versehen ist.
Schraubenverdichter nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Einspritzöffnung (142) mit einem im Schieber (50) vorgesehenen Einspritzkanal (140) in Verbindung steht, welchem über eine Zufuhröffnung (146) Schmiermittel von Seiten des Schraubenläufergehäuses (16) zuführbar ist.
Schraubenverdichter nach Anspruch 18 oder 19, dadurch gekennzeichnet, dass die über die Einspritzöffnung (142) im Schieber (50) eingespritzte Menge an Schmiermittel mindestens so groß ist als die über den Einspritzkanal (138) eingespritzte Menge an Schmiermittel.
Schraubenverdichter nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Antrieb (20) drehzahlvariabel ist.