DE102008013647A1

DE102008013647A1 - Verdichter für das Betreiben einer Kühlanlage

Info

Publication number: DE102008013647A1
Application number: DE102008013647A
Authority: DE
Inventors: Matthias Leipoldt
Original assignee: Leipoldt Matthias Dipl-Ing
Current assignee: Leipoldt Matthias Dipl-Ing
Priority date: 2008-03-11
Filing date: 2008-03-11
Publication date: 2009-09-17

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Verdichter für eine Anlage zum Kühlen, vorzugsweise von flüssigen Kühl- oder Arbeitsmedien, wie sie bei Werkzeugmaschinen zum Einsatz kommen, wobei direkt an dem Verdichter 1 eine von der Verdichterdrehzahl unabhängige Ölförderpumpe 2 angeordnet ist und diese einen eigenständigen Antrieb und die hierzu erforderliche Ansteuerung 5 aufweist und wobei die Ölförderpumpe 2 über eine Flanschverbindung mit dem Verdichter 1 verbunden ist.

Description

Die Erfindung betrifft einen Verdichter für eine Anlage zum Kühlen, vorzugsweise von flüssigen Kühl- oder Arbeitsmedien, wie sie bei Werkzeugmaschinen zum Einsatz kommen, wobei sich das Einsatzgebiet eines solchen Kühlsystems nicht nur hierauf beschränkt.
Ein derartiges Kühlsystem mit einem solchen erfindungsgemäßen Verdichter ist vor allem dort einsetzbar, wo das Temperaturniveau mit einer sehr hohen Genauigkeit eingehalten werden muß.
Kühlsysteme sind in sehr vielfältiger Weise und konstruktiven Ausführungsformen in der Verwendung der Hauptbaugruppen Verdampfer, Verdichter und Verflüssigen des verwendeten Kältemittels hinreichend bekannt.
Für das Erreichen eines sehr kleinen Toleranzfeldes der Temperaturdifferenzen mit derartigen Kühleinrichtungen sind die technischen Lösungen dahin gehend bekannt, daß immer das verdampfte Kältemittel aus dem Verdampfer abgesaugt wird.
Von Nachteil ist es jedoch hierbei, daß in Abhängigkeit von der Zeitdauer des Betriebes des Verdampfers immer ein unterschiedlicher Kältemittel-Stand im Verdampfer vorhanden ist, so daß Schwankungen und damit größere Toleranzen im zu erreichenden Temperaturniveau nicht auszuschließen sind.
Hinsichtlich der zum Einsatz kommenden Verdichter ist ebenfalls eine große Vielfalt an spezifischen Ausführungsformen bekannt.
Für Verdichter bei den eingangs erwähnten Kühlsystemen hat es sich bisher bewährt, wenn die Zuführung des Schmiermittels über die als Hohlwelle ausgebildete Antriebswelle des Verdichters mittels einer an den Verdichterantrieb gekoppelten Ölpumpe erfolgt.
Von Nachteil ist es jedoch, daß beim Anfahren der Kühlanlage der Verdichter erst mit einer bestimmten Mindestdrehzahl laufen muß, damit die Ölförderpumpe die erforderliche Schmiermittelmenge zu den betreffenden Schmierstellen fördert, bevor der Verdichter in volle Leistung innerhalb des Kühlprozesses gehen kann. Für den Fall, daß kein Kältebedarf anliegt muß der Verdichter entweder kurzzeitig in einen ungewollten Vakuumzustand gehen oder er müßte über einen bestimmten Zeitraum hinweg in einem ständigen Wechsel aus- bzw. eingeschaltet werden.
Um diese Situation zu überbrücken wird ein Bypass-System zu dem Verdichter wirksam, wobei es aber nun wieder zu einer ungewollten Erhitzung des Verdichters kommen kann. Und um dies zu vermeiden wird die aktuelle Temperatur am Verdichter gemessen und bei Überschreiten einer vorgegebenen Soll-Temperatur eine kleinere Menge Kältemittel über eine Nacheinspritzung dem vorhandenen Bypass-Heißgasstrom zugeführt.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein verbessertes Kühlsystem zu schaffen.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß direkt an dem Verdichter eine von der Verdichterdrehzahl unabhängige Förderpumpe angeordnet ist, die einen eigenständigen Antrieb und die hierzu erforderliche Ansteuerung aufweist. Die Förderpumpe ist dabei unmittelbar unterhalb der als Hohlwelle ausgebildeten Antriebswelle des Verdichters angeordnet und über eine Flanschverbindung mit dem Verdichter verbunden.
Die mit der erfindungsgemäßen Lösung geschaffene Unabhängigkeit der Schmiermittelförderpumpe von der Verdichterdrehzahl hat den Vorteil, daß der Verdichter mittels einer Frequenzumrichter-Einheit gesteuert werden kann und in seiner Drehzahl von 0 bis auf 100% stufenlos fahrbar ist und dieser Verdichter im Gegensatz zu einem Verdichter herkömmlicher Art, insbesondere in einem Drehzahlbereich unter ca. 20 Umdrehungen, also in einem Bereich in dem eigentlich noch gar keine Schmierung vorliegt, bereits Kühlleistung erbringen kann.
Ein weiterer Vorteil ist darin zu sehen, daß mit diesem System der gesamte anlagentechnische Aufwand für die Bypass-Stromführung um den Verdichter entfallen kann und somit auch eine wesentlich verbesserte Gesamtenergiebilanz des Kühlprozesses durch den Entfall des Bypass-Betriebes zu verzeichnen ist.
Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind der nachfolgenden Beschreibung und den Unteransprüchen zu entnehmen.
Es zeigen
1: Prinzipdarstellung des Verdichters;
2: eine schematische Darstellung eines Kühlkreislaufes an Hand eines Blockschaltbildes.
In der 1 soll prinzipmäßig der Verdichter 1 dargestellt werden. An dem Verdichter 1, welcher in ein in 2 dargestelltes Kühlsystem integriert ist, ist unmittelbar unterhalb der als Hohlwelle ausgebildeten Antriebswelle des Verdichters 1 die für die Förderung des Schmiermittels notwendige Ölförderpumpe 2 mittels einer Flanschverbindung 4 befestigt. Diese Ölförderpumpe 2 ist steuerungsmäßig von der Drehzahl des Verdichters 1 unabhängig, d. h. der Antrieb der Ölförderpumpe 2 ist vollkommen autark.
Über die Ansteuerung 5 wird die Ölförderpumpe 2 derart in Betrieb gesetzt, daß diese immer vor der Drehzahl-Ansteuerung des Verdichters 1 in Betrieb geht. Damit wird erreicht, daß selbst beim Betrieb des Verdichters 1 im niedrigsten Drehzahlbereich eine ausreichende Bereitstellung des Schmiermittels gewährleistet werden kann, so daß bereits bei derartig niedrigen Drehzahlen eine entsprechende Verdichterleistung in das Kühlsystem abgegeben werden kann.
Sofort beim Anfahren des Verdichters liegt eine ausreichende Schmierung an. Die Drehzahlregelung des Verdichters 1 erfolgt mittels einer Frequenzumrichter-Einheit 3, so daß dieser in seiner Drehzahl von 0 bis auf 100% stufenlos fahrbar ist.
In der 2 soll das Kühlsystem, in welches der Verdichter 1 intergriert ist, erläutert werden.
Das zu kühlende Medium wird über einen als Verdampfer 6 arbeitenden Wärmetauscher geleitet. Das gesamte Kühlsystem wird, ausgehend von dem vorhandenen Temperaturniveau des zu kühlenden Mediums, über eine Steuereinrichtung, bestehend aus der Temperaturerfassung 7 und der Reglereinheit 8 geführt, bis das zu kühlende Medium das vorgegebene Soll-Temperaturniveau erreicht hat. Oberhalb des Abscheidesammlers 9 wird das verdampfte Kältemittel abgesaugt und zu dem Verdichter 1 geführt.
Der Verdampfer 6 wird dabei mit einer Verdampfungstemperatur im Bereich 0,5 bis 7 K unterhalb der Temperatur des zu kühlenden Mediums betrieben.
Die für den Betrieb des Verdichters 1 erforderliche Zuführung des Schmiermittels erfolgt mit der zusätzlichen, von der Verdichterdrehzahl unabhängigen Ölförderpumpe 2. Damit wird der Verdichter 1 mittels einer Frequenzumrichter-Einheit 3 gesteuert und seine Drehzahl ist stufenlos von 0 bis auf 100% fahrbar.
Zur Kühlung des Verdichters 1 kann optional ein Teil des Kältemittels nach dem Verflüssiger 10 über die gestrichelt gezeichnete Leitung 11 und einem dazugehörenden Ventil abgezweigt werden. Für diesen Fall muß aus dem Abscheidesammler 9 in die Saugleitung zum Verdichter annähernd waagerecht eine Ölrückführungsleitung, z. B. in Form einer Kapillarleitung gelegt werden.
Die Nacheinspritzung kann aber auch optional aus dem Abscheidesammler 9 über das Nacheinspritzventil 13 erfolgen.
Der verdichtete gasförmige Kältemittelstrom wird nunmehr zu dem Verflüssiger 10 geführt und in diesem zurück in den flüssigen Aggregatzustand kondensiert und über das Ventil 14 zum Verdampfer 6 geführt.
Bei hohen Kälteleistungen wird im Abscheidesammler 9 zusätzlich ein Schaumsensor installiert, über dessen Signal der Entgasungsbereich zurück in den Verdampfer 6 geschoben wird.
An dem Abscheidesammler 9 ist ein Füllstandssensor 15 vorgesehen, welcher das Ventil 14 ansteuert. Dieses Ventil 14 ist nach dem Verflüssiger 10 vorgesehen und führt das verflüssigte Kältemittel, nach einem entsprechenden Öffnungssignal vom Füllstandssensor 15, zurück zu dem Verdampfer 9.
Insbesondere durch das Zusammenwirken des überfluteten Verdampfers, der großen Verdampferfläche und hoher Verdampfungstemperatur, die nur gering unter der Temperatur des zu kühlenden Mediums liegt, wird eine hohe Energieeffizienz dieser Kühleinrichtung erreicht.

1: Verdichter
2: Ölförderpumpe
3: Frequenzumrichter-Einheit
4: Flanschverbindung
5: Ansteuerung
6: Verdampfer
7: Temperaturerfassung
8: Reglereinheit
9: Abscheidesammler
10: Verflüssiger
11: Leitung
12: Ventil
13: Nacheinspritzventil
14: Ventil
15: Füllstandssensor

Claims

Verdichter für eine Anlage zum Kühlen von vorzugsweise flüssigen Kühl- oder Arbeitsmedien, wie sie bei Werkzeugmaschinen zum Einsatz kommen, dadurch gekennzeichnet, daß direkt an dem Verdichter (1) eine von der Verdichterdrehzahl unabhängige Ölförderpumpe (2) angeordnet ist.
Verdichter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ölförderpumpe (2) einen eigenständigen Antrieb und die hierzu erforderliche Ansteuerung (5) aufweist.
Verdichter nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Ölförderpumpe (2) unmittelbar unterhalb der als Hohlwelle ausgebildeten Antriebswelle angeordnet und über eine Flanschverbindung (4) mit dem Verdichter (1) verbunden ist.
Verdichter nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Verdichterdrehzahl mittels einer Frequenzumrichter-Einheit (3) ansteuerbar ist und der Verdichter (1) so schaltbar ist, daß dieser erst nach der Inbetriebsetzung der Ölförderpumpe (2) für das Schmiermittel anlaufen kann.