DE102013020534A1

DE102013020534A1 - Verdichter

Info

Publication number: DE102013020534A1
Application number: DE102013020534.4A
Authority: DE
Inventors: c/o GEA Refrigeration Germany Gm Mosemann Dieter; c/o GEA Refrigeration Germany G Neuwirth Ottomar; c/o GEA Refrigeration Germany Gm Zaytsev Dmytro
Original assignee: GEA Refrigeration Germany GmbH
Current assignee: GEA Refrigeration Germany GmbH
Priority date: 2013-12-12
Filing date: 2013-12-12
Publication date: 2015-06-18
Also published as: CN105793572A; EP3080457B1; US20160319814A1; EP3080457A1; WO2015086159A1; DK3080457T3

Abstract

Schraubenverdichter (10) mit wenigstens einem Schraubenläufer (20, 22), der um eine in axialer Richtung angeordnete Drehachse drehbar angeordnet ist, wobei der wenigstens eine Schraubenläufer (20, 22) in einem Verdichtungsraum (24) angeordnet ist, der gegen die Umgebung hin wenigstens abschnittweise fluiddicht ausgebildet ist und in ein Hochdruckvolumen (26) mündet, wobei der Verdichter (10) ferner einen Vi-Schieber (28) zur Beeinflussung eines inneren Volumenverhältnisses des Verdichters aufweist, wobei der Vi-Schieber (28) wenigstens teilweise einen Abschnitt der fluiddichten Begrenzung des Verdichtungsraums (24) bildet und in der axialen Richtung positionsverschieblich angeordnet ist, wobei der Vi-Schieber (28) stufenlos verschiebbar ist und der Verdichter (10) eine Vorrichtung (32) zur Erfassung der Schieberposition aufweist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Schraubenverdichter gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Derartige Schraubenverdichter finden in vielen Anwendungen Verwendung, da ihre Konstruktion robust und die erzielbare Effizienz groß ist. Es gibt drehzahlgeregelte Schraubenverdichter, d. h. Schraubenverdichter, die zwei ineinandergreifende Schraubenläufer zur Verdichtung eines zu verdichtenden Mediums, vorzugsweise Kältemittels, aufweisen, deren Drehzahl geregelt ist, und auch Schraubenverdichter, die eine feste Drehzahl aufweisen.
Ein drehzahlgeregelter Schraubenverdichter mit einem Schieber zur Regelung eines sogenannten inneren Volumenverhältnisses (auch Vi genannt) ist aus der DE 199 16 983 A1 bekannt. Das innere Volumenverhältnis ist das Verhältnis von Zahnlückenvolumina der ineinandergreifenden Schraubenläufer zu Beginn und Ende der Verdichtung. Mit Hilfe des sogenannten Vi-Schiebers wird das innere Volumenverhältnis des Verdichters beeinflusst. Drehzahlgeregelte semihermetische Kompaktschraubenverdichter mit einem Vi-Schieber zur gestuften Regelung des inneren Volumenverhältnisses sind aus der DE 10 2011 051 730 A1 bekannt. Bei den letztgenannten Verdichtern ist der Vi-Schieber in einer von zwei möglichen Stellungen positionierbar, wobei in einer der Stellungen das innere Volumenverhältnis größer ist als in der anderen der Stellungen.
Verdichter gemäß der DE 10 2011 051 730 A1 sind jedoch nicht optimal an beliebige Betriebsbedingungen anpassbar. Somit ist ein energetisch günstiger Verdichterbetrieb nur beschränkt möglich. Ferner können Schieberbewegungsfehler auftreten, die einen energetisch ungünstigen Betrieb, sowie eine erhöhte Störanfälligkeit bedingen können.
Ausgehend hiervon ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Verdichter, anzugeben, der möglichst bei allen Betriebsbedingungen energetisch günstig zu betreiben ist, wobei eine Störanfälligkeit möglichst gering gehalten werden soll.
Diese Aufgabe wird durch einen Verdichter mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.
Die Lösung der erfindungsgemäßen Aufgabe erfolgt demnach durch einen Schraubenverdichter, der wenigstens einen Schraubenläufer aufweist, der um eine in axialer Richtung angeordnete Drehachse drehbar angeordnet ist. Der wenigstens eine Schraubenläufer ist in einem Verdichtungsraum angeordnet, der gegen die Umgebung hin wenigstens abschnittweise fluiddicht ausgebildet ist und in ein Hochdruckvolumen (26) mündet. Der Verdichter weist weiterhin einen Vi-Schieber zur Beeinflussung eines Volumenverhältnisses des Verdichters auf, wobei der Vi-Schieber wenigstens teilweise einen Abschnitt der fluiddichten Begrenzung des Verdichtungsraums bildet und in der axialen Richtung positionsverschieblich angeordnet ist. Der Vi-Schieber ist stufenlos verschiebbar und der Verdichter weist eine Vorrichtung zur Erfassung der Schieberposition des Vi-Schiebers auf.
Dadurch, dass der Vi-Schieber stufenlos verschiebbar ist und der Schraubenverdichter eine Vorrichtung zur Erfassung der Position des Vi-Schiebers aufweist, ist eine energetisch günstige Betriebsweise bei geringer Störanfälligkeit gegeben.
Weitere optionale Merkmale der Erfindung sind in den Unteransprüchen, sowie der folgenden Figurenbeschreibung angegeben. Die beschriebenen jeweiligen Merkmale können einzeln oder in beliebigen Kombinationen realisiert sein. Die Erfindung wird demnach im Folgenden mit Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen anhand von beispielhaften Ausführungsformen beschrieben. In den Zeichnungen zeigen:
1 eine Ansicht einer beispielhaften Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verdichters; und
2 eine vergrößerte Darstellung eines Teilabschnitts der 1.
In 1 ist eine mögliche Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verdichters, genauer eines erfindungsgemäßen Schraubenverdichters 10, der nachstehend auch kurz als Verdichter 10 bezeichnet wird, dargestellt. Der Verdichter 10 weist ein Gehäuse 12 und einen in dem Gehäuse 12 angeordneten Elektromotor 14 auf. Ferner weist der Verdichter 10 eine Antriebswelle 16 und eine Verdichtungsvorrichtung 18 mit einem ersten und einem zweiten ineinandergreifenden Schraubenläufer 20 und 22 auf. Die Schraubenläufer 20, 22 werden über die Antriebswelle 16 direkt (in alternativen Ausführungsformen indirekt, beispielsweise über eine Getriebeanordnung) drehangetrieben. In alternativen Ausführungsformen kann ein erfindungsgemäßer Verdichter auch nur einen Schraubenläufer oder auch drei oder mehr Schraubenläufer aufweisen.
Der erste Schraubenläufer 20 ist um eine erste, in axialer Richtung angeordnete Drehachse drehbar angeordnet. Der zweite Schraubenläufer 22 ist um eine zweite Drehachse, welche sich parallel zu der ersten Drehachse erstreckt, drehbar angeordnet. Sowohl der erste als auch der zweite Schraubenläufer 20, 22 sind in einem Verdichtungsraum 24 angeordnet, der gegen die Umgebung hin wenigstens abschnittweise fluiddicht ausgebildet ist und in ein Hochdruckvolumen 26 mündet.
Der Verdichter 10 weist ferner einen Vi-Schieber 28 auf, der mit Begrenzungsflächen 30 wenigstens teilweise einen Abschnitt der fluiddichten Begrenzung des Verdichtungsraums 24 bildet. Der Vi-Schieber 28 ist in der axialen Richtung positionsverschieblich angeordnet. Weiterhin ist der Vi-Schieber 28 stufenlos verschiebbar. Der Verdichter 10 weist zudem eine Vorrichtung 32 zur Erfassung der Schieberposition des Vi-Schiebers, insbesondere der axialen Position des Vi-Schiebers 28 auf.
Wie insbesondere aus 2 ersichtlich ist, weist die Vorrichtung 32 zur Erfassung der Position des Vi-Schiebers ein stangenförmiges Tastelement bzw. eine Stange 34 auf, die an einem ersten Ende 36 in eine am Vi-Schieber 28 ausgebildete Aussparung in Form einer Nut 38 eingreift. Die Nut 38 weist in axialer Richtung eine zunehmende Tiefe auf, so dass eine eindeutige Bestimmung der axialen Position des Vi-Schiebers 28 möglich ist. Die federbelastete Stange 34 steht an einem zweiten Ende 40 mit einem Positionssensor 41 in Wirkeingriff, so dass die Position des Vi-Schiebers 28 ermittelt werden kann. Um sicherzustellen, dass die Stange 34 jeweils am Boden der Nut 38 anliegt, wird diese durch ein elastisches Element in Form einer Feder (Druckfeder) 40 in Richtung der Nut 38 unter Vorspannung gehalten bzw. in die entsprechende Richtung belastet bzw. beaufschlagt.
Der Verdichter 10 weist ferner eine Verstell-Vorrichtung 42 zum Verstellen der Position des Vi-Schiebers 28 auf. In der vorliegend beschriebenen Ausführungsform wird der Vi-Schieber 28 hydraulisch in seiner Position verstellt. Hierzu weist der Verdichter 10 eine zylinderförmige Aussparung bzw. Kammer 44 auf, in der ein mit dem Vi-Schieber 28 verbundener Kolben 46 axial verschiebbar angeordnet ist. Der Kolben 46 ist gegen eine Kammerwand 47 hin mittels einer Dichtung 48 abgedichtet und unterteilt die Kammer 44 in zwei Teilvolumina, nämlich ein erstes Teilvolumen 50 und ein zweites Teilvolumen 52, die durch den mit der Dichtung 48 versehenen Kolben 46 fuiddicht voneinander getrennt sind.
Um den Kolben 46 und somit auch den mit ihm verbundenen Vi-Schieber 28 in axialer Richtung zu verschieben, kann beispielsweise im ersten Teilvolumen 50 der Druck erhöht und/oder im zweiten Teilvolumen 52 der Druck erniedrigt werden. Um eine Bewegung in der entgegengesetzten Richtung zu erwirken, wird der Druck im ersten Teilvolumen 50 verringert und/oder im zweiten Teilvolumen 52 erhöht. Hierzu stehen ein erstes Ventil 54 und ein zweites Ventil 56 zur Verfügung, mittels derer das erste Teilvolumen 50 und das zweite Teilvolumen 52 mit Hydraulikflüssigkeit mit Druck beaufschlagt oder aber auch entsprechend entspannt werden können. Die beiden Ventile 54, 56 sind in der vorliegend beschriebenen Ausführungsform als Magnetventile ausgebildet, wobei in alternativen Ausführungsformen beispilesweise auch elektrisch oder elektro-mechanisch betätigte Ventile denkbar wären. Der Verdichter 10 weist in der beschriebenen Ausführungsform eine Regelvorrichtung (in den Figuren nicht dargestellt) auf, mittels derer jeweils die für die vorherrschende Betriebsbedingung optimale Stellung des Vi-Schiebers 28 eingeregelt wird.
Es sei an dieser Stelle angemerkt, dass in alternativen Ausführungsformen anstelle einer Regelung auch eine Steuerung vorgesehen sein kann. In weiteren alternativen Ausführungsformen erfolgt die Betätigung des Vi-Schiebers 28 über eine Pneumatik-Vorrichtung oder eine mechanische Vorrichtung, beispielsweise mit oder gegen die Vorspannung eines elastischen Elements.
Zusammenfassend lässt sich festhalten: um das optimale innere Volumenverhältnis Vi und damit einen energetisch günstigen Verdichterbetrieb bei beliebigen Betriebsbedingungen innerhalb der Einsatzgrenzen des Verdichters 10 zu ermöglichen, wird der Verdichter 10 mit einer stufenlosen Vi-Regelung ausgeführt, wobei der Vi-Schieber 28 stufenlos verstellbar ist und mit einem Schieberpositionssensor ausgestattet ist. 2 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines Verdichters 10 gemäß der Erfindung. In diesem Beispiel ist im Vi-Schieber 28 eine schräge Nut 38 angeordnet. Eine federbelastete Stange 34 stößt mit einem ersten Ende in die Nut 28. Ein zweites Ende der Stange 34 ist mit einem Schieberpositionssensor 41 verbunden. Der Vi-Schieber 28 kann beispielweise hydraulisch verstellt werden. Dafür sind am Verdichter 10 Magnetventile 54, 56 zum Vi-erhöhen und zum Vi-verringern angeordnet. Zum Erreichen der von einer Regelung bzw. Steuerung errechneten optimalen Position des Vi-Schiebers 28 wird das jeweilige Ventil 54, 56 von der Steuerung bzw. Regelung solange angesteuert (zum Beispiel durch ein Puls/Pause Signal) bis die erforderliche Position des Vi-Schiebers 28 durch den Schieberpositionssensor 41 an die Steuerung bzw. Regelung gemeldet wird.
Obwohl die Erfindung anhand von Ausführungsformen mit festen Merkmalskombinationen beschrieben wird, umfasst sie jedoch auch die denkbaren weiteren vorteilhaften Kombinationen, wie sie insbesondere, aber nicht erschöpfend, durch die Unteransprüche angegeben sind. Sämtliche in den Anmeldungsunterlagen offenbarten Merkmale werden als erfindungswesentlich beansprucht, soweit sie einzeln oder in Kombination gegenüber dem Stand der Technik neu sind.
Bezugszeichenliste

10: Verdichter
12: Gehäuse
14: Elektromotor
16: Antriebswelle
18: Verdichtungsvorrichtung
20: erster Schraubenläufer
22: zweiter Schraubenläufer
24: Verdichtungsraum
26: Hochdruckvolumen
28: Schieber bzw. Vi-Schieber
30: Begrenzungsflächen
32: Vorrichtung zur Erfassung der Schieberposition des Vi-Schiebers
34: Stange
36: erstes Ende der Stange 34
38: Nut
40: zweites Ende der Stange 34
41: Positionssensor
42: Verstell-Vorrichtung
44: Aussparung bzw. Kammer
46: Kolben
47: Kammerwand
48: Dichtung
50: erstes Teilvolumen der Kammer 44
52: zweites Teilvolumen der Kammer 44
54: erstes Ventil
56: zweites Ventil

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 19916983 A1 [0003]
DE 102011051730 A1 [0003, 0004]

Claims

Schraubenverdichter (10) mit wenigstens einem Schraubenläufer (20, 22), der um eine in axialer Richtung angeordnete Drehachse drehbar angeordnet ist, wobei der wenigstens eine Schraubenläufer (20, 22) in einem Verdichtungsraum (24) angeordnet ist, der gegen die Umgebung hin wenigstens abschnittweise fluiddicht ausgebildet ist und in ein Hochdruckvolumen (26) mündet, wobei der Verdichter (10) ferner einen Vi-Schieber (28) zur Beeinflussung eines inneren Volumenverhältnisses des Verdichters aufweist, wobei der Vi-Schieber (28) wenigstens teilweise einen Abschnitt der fluiddichten Begrenzung des Verdichtungsraums (24) bildet und in der axialen Richtung positionsverschieblich angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Vi-Schieber (28) stufenlos verschiebbar ist und der Verdichter (10) eine Vorrichtung (32) zur Erfassung der Schieberposition aufweist.
Verdichter (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Vi-Schieber (28) einen Schieberpositionssensor (41) oder einen Positionsgeber aufweist.
Verdichter (10) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Vi-Schieber (28) eine sich in der axialen Richtung angeordnete Aussparung, insbesondere Nut (38) aufweist, deren Tiefe in der axialen Richtung zunimmt
Verdichter (10) nach einem der vorangehenden Ansprüche, insbesondere nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Verdichter (10) eine Stange (34) mit zwei Enden aufweist, wobei ein Ende der Stange (34) in eine/die Aussparung eingreift und wobei die Stange (34) mit einem Positionssensor in Wirkeingriff steht.
Verdichter (10) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Stange (34) mit einem elastischen Element, insbesondere einer Feder in Wirkeingriff steht.
Verdichter (10) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Verdichter (10) eine Verstell-Vorrichtung (42) zum Verstellen der Position des Vi-Schiebers (28) aufweist.
Verdichter (10) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Verstell-Vorrichtung (42) eine Hydraulik Vorrichtung, eine pneumatische Vorrichtung oder eine Vorrichtung zur mechanischen Kraftübertragung aufweist.
Verdichter (10) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Verdichter (10) eine Steuer- oder Regelvorrichtung zur Steuerung oder Regelung der Position des Vi-Schiebers (28) aufweist.