DE102021003198A1

DE102021003198A1 - Schraubenverdichter

Info

Publication number: DE102021003198A1
Application number: DE102021003198.9A
Authority: DE
Inventors: Stefan Losch; Ole Fredrich; Winfried Renwanz; Christian Ramsch
Original assignee: GEA Refrigeration Germany GmbH
Current assignee: GEA Refrigeration Germany GmbH
Priority date: 2021-06-22
Filing date: 2021-06-22
Publication date: 2022-12-22
Also published as: EP4359672A1; WO2022268356A1

Abstract

Schraubenverdichter (10) mit wenigstens einem Sauggaseinlass (12), wenigstens einem Schraubenrotor (14), der eine Schraubenrotor-Mittelachse aufweist, die sich entlang einer axialen Richtung erstreckt, und wenigstens einem Druckgasauslass (16), sowie einem den Schraubenverdichter (10) wenigstens teilweise einhausenden Gehäuse (22) und mit einem Ausgleichskolben (28), der eine Ausgleichskolben-Mittelachse aufweist, der entlang der Ausgleichskolben-Mittelachse verschiebbar angeordnet ist und der dazu ausgebildet ist, eine Gegenkraft zu einer am Schraubenrotor (14) auftretenden in axialer Richtung gerichteten Kraft zu erzeugen, wobei der Ausgleichskolben (28) wenigstens einen ersten Ausgleichskolbenabschnitt (28a) und einen zweiten Ausgleichskolbenabschnitt (28b) aufweist, wobei der erste Ausgleichskolbenabschnitt (28a) eine erste Wirkfläche (29a) aufweist, welche selektiv, insbesondere über ein erstes Ventil (60, 74), mit einem unter Druck stehenden Fluid, insbesondere Öl, mit Druck beaufschlagbar ist, und wobei der zweite Ausgleichskolbenabschnitt (28b) eine zweite Wirkfläche (29b) aufweist, welche selektiv, insbesondere über ein zweites Ventil (62, 74), mit einem unter Druck stehenden Fluid, insbesondere Öl, mit Druck beaufschlagbar ist, wobei die erste Wirkfläche (29a) und die zweite Wirkfläche (29b) eine unterschiedliche Größe aufweisen.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Schraubenverdichter gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Bei einem Schraubenverdichter wird Gas von einem an einer Saugseite angeordneten Sauganschluss angesaugt und von wenigstens einem Schraubenrotor, in bestimmten Ausführungsformen auch zwei Schraubenrotoren in Richtung eines an einer Druckseite angeordneten (d.h. druckseitigen) Gasaustritts transportiert, wobei das Gas dabei auf einen höheren Druck verdichtet wird. Der Schraubenrotor wird nachfolgend auch nur als „Rotor“ bezeichnet.
Durch die Druckdifferenz des Gases an der Saugseite des Rotors und des höheren Drucks an der Druckseite des Rotors entsteht eine Axialkraft, die den Rotor in Richtung der Saugseite schiebt.
Der Rotor wird durch Radiallager an Saug- und Druckseite sowie durch Axiallager gelagert. Typischerweise sind die Axiallager als Wälzlager ausgeführt.
Bei einem typischen Betriebsfall wirkt wie beschrieben eine Axialkraft, die den Rotor in Richtung der Saugseite schiebt. Diese Axialkraft wird von den Axiallagern, üblicherweise ein oder mehrere Rillen- oder Schrägkugellager, die gegeneinander gerichtet sind, direkt aufgenommen und über ein den Schraubenverdichter einhausendes Gehäuse abgeleitet. Besonders wenn hohe Druckdifferenzen in Folge der Verdichtung zwischen Saug- und Druckseite auftreten, können die auftretenden Kräfte so groß sein, dass die Axiallager überlastet sind bzw. sich deren Lebensdauer auf einen unerwünscht kleinen Wert reduziert.
Schraubenverdichter besitzen üblicherweise ein Ölsystem wie es beispielsweise in der DD 108 797 A1 beschrieben ist, das Öl für die Schmierung von Lagern, für die Bewegung eines Regelschiebers für eine Leistungsregelung des Schraubenverdichters und weitere Aufgaben zur Verfügung stellt. Der Druck dieses Öles ist üblicherweise annähernd so hoch wie der Enddruck am druckseitigen Gasaustritt, bei Verwendung einer Ölpumpe auch höher.
Schraubenverdichter besitzen weiterhin oft einen Ausgleichskolben, wie beispielsweise in der DD 80 961 A1 und der DE 10 2009 038 937 A1 beschrieben ist.
Oft ist dieser, wie in den oben näher bezeichneten Druckschriften dargestellt, auf der Druckseite angeordnet. Der Ausgleichskolben ist an der Welle des Schraubenrotors angebracht und dichtet mittels einer Labyrinth-Dichtung zum Gehäuse ab. Unter Druck stehendes Öl wird in einen Raum neben dem Ausgleichskolben eingeleitet, so dass durch den Druck des Öles eine Kraft in Richtung der Druckseite entsteht, die der Axialkraft des Rotors resultierend durch eine Gaskraft in Richtung der Saugseite entgegensteht und somit die von den Axiallagern aufzunehmende Last reduziert.
Unter bestimmten Betriebsbedingungen kann es vorkommen, dass die Axialkraft in Richtung der Druckseite, die vom Ausgleichskolben erzeugt wird, größer ist als die Axialkraft des Rotors in Folge der Gaskraft in Richtung der Saugseite. In diesem Fall wird der Rotor in Richtung der Druckseite bewegt, man spricht von einer „Axialschubumkehr“.
Dies kann erfolgen, wenn der Regelschieber in Richtung der Druckseite geschoben wird, um den Verdichter in Teillast mit reduziertem Fördervolumen zu betreiben. Dadurch wird ein Bypass zur Saugseite gebildet und der Saugdruck erhöht sich. Axialschubumkehr kann ebenfalls in voller Last auftreten, wenn der Druck des angesaugten Gases an einem saugseitigen Gaseinlass verhältnismäßig hoch zum Druck des Gases an einem druckseitigen Gasauslass ist.
Bei Axialschubumkehr muss das Axiallager ebenfalls die axialen Kräfte aufnehmen, da sich sonst der Rotor in Richtung der Druckseite verschieben und gegen das Gehäuse stoßen würde.
Bei einer üblichen Ausführung des Schraubenverdichters wird das Axiallager durch Tellerfedern in Kraftrichtung, d.h. in Richtung der Druckseite abgestützt. Durch diese elastischen Tellerfedern werden die Axiallager sicher und spielfrei vorgespannt, wobei verhältnismäßig große Maßtoleranzen der einzelnen Bauteile akzeptiert und einzelne Bauteile, z.B. Wälzlager, bei Wartungsarbeiten sehr einfach getauscht werden können.
Die Kraft der Tellerfedern ist hierbei so zu bemessen, dass diese größer ist als die größtmögliche Kraft bei Axialschubumkehr.
Eine große Tellerfederkraft ist jedoch von Nachteil, da hierdurch die Axiallager zusätzlich zur Gaskraft vorgespannt werden, wodurch die zu erwartende Lebensdauer der Axiallager auf einen Bruchteil des Wertes, den Lager dieser Größe bei optimaler Vorspannung erreichen würden, verringert wird.
Demnach ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Schraubenverdichter anzugeben, bei dem die von den Axiallagern aufzunehmende Axialkraft reduziert werden kann, es aber ebenfalls sichergestellt wird, dass bei allen möglichen Betriebs- oder Lastzuständen zu keiner Axialschubumkehr kommt oder zumindest die auftretende Axialkraft auf einen akzeptablen Wert reduziert wird.
Diese Aufgabe wird durch einen Schraubenverdichter mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.
Demnach wird die Aufgabe der vorliegenden Erfindung durch einen Schraubenverdichter gelöst, der wenigstens einen Sauggaseinlass, wenigstens einen Schraubenrotor, der eine Schraubenrotor-Mittelachse aufweist, die sich entlang einer axialen Richtung erstreckt, und wenigstens einen Druckgasauslass, sowie ein den Schraubenverdichter wenigstens teilweise einhausenden Gehäuse und einen Ausgleichskolben aufweist, der eine Ausgleichskolben-Mittelachse aufweist, wobei der Ausgleichskolben entlang der Ausgleichskolben-Mittelachse verschiebbar angeordnet ist und dazu ausgebildet ist, eine Gegenkraft zu einer am Schraubenrotor auftretenden in axialer Richtung gerichteten Kraft zu erzeugen, wobei der Ausgleichskolben wenigstens einen ersten Ausgleichskolbenabschnitt und einen zweiten Ausgleichskolbenabschnitt aufweist, wobei der erste Ausgleichskolbenabschnitt eine erste Wirkfläche aufweist, welche selektiv, insbesondere über ein erstes Ventil, mit einem unter Druck stehenden Fluid, insbesondere Öl, mit Druck beaufschlagbar ist, und wobei der zweite Ausgleichskolbenabschnitt eine zweite Wirkfläche aufweist, welche selektiv, insbesondere über ein zweites Ventil, mit einem unter Druck stehenden Fluid, insbesondere Öl, mit Druck beaufschlagbar ist, wobei die erste Wirkfläche und die zweite Wirkfläche eine unterschiedliche Größe aufweisen.
Dadurch kann die von den Axiallagern aufzunehmende Axialkraft reduziert werden, wobei es bei den Betriebs- oder Lastzuständen des Verdichters in der Regel zu keiner Axialschubumkehr kommt bzw. die auftretende Axialkraft zumindest auf einen akzeptablen Wert reduziert wird.
In einer möglichen Ausführungsform erstreckt sich der Ausgleichskolben in axialer Richtung, wobei der erste Ausgleichskolbenabschnitt und der zweite Ausgleichskolbenabschnitt in axialer Richtung nacheinanderfolgend angeordnet sind, und wobei der erste Ausgleichskolbenabschnitt in seiner radialen Richtung einen kreisförmigen Außenumfang mit einem Durchmesser d1 aufweist und wobei der zweite Ausgleichskolbenabschnitt in seiner radialen Richtung einen kreisförmigen Außenumfang mit einem Durchmesser d2 aufweist, wobei d1 kleiner als d2 ist.
Optional ist der Ausgleichskolben in einer Ausgleichskolbenbuchse gelagert, die wenigstens teilweise im Gehäuse des Schraubenverdichters angeordnet, insbesondere als Aussparung in diesem ausgebildet ist.
In einer möglichen Ausführungsform ist zwischen wenigstens einem Ausgleichskolbenabschnitt, insbesondere zwischen jedem Ausgleichskolbenabschnitt und der Ausgleichkolbenbuchse eine Labyrinth-Dichtung, insbesondere eine einseitige Labyrinth-Dichtung angeordnet. Zusätzlich oder alternativ hierzu kann zwischen wenigstens einem Ausgleichskolbenabschnitt, insbesondere zwischen jedem Ausgleichskolbenabschnitt und der Ausgleichskolbenbuchse eine berührende Dichtung, insbesondere eine Radialwellendichtung oder eine Lippendichtung angeordnet sein.
Der Verdichter kann eine Steuerung, insbesondere eine elektronische Steuerung aufweisen, die dazu ausgebildet ist, um die erste Wirkfläche und/oder die zweite Wirkfläche selektiv mit dem unter Druck stehenden Fluid, insbesondere Öl, zu beaufschlagen.
Ferner kann die erste Wirkfläche kreisringartig ausgebildet sein und einen ersten Wirkflächen-Innendurchmesser d1i und als einen ersten Wirkflächen-Außendurchmesser den Außendurchmesser d1 aufweisen und die zweite Wirkfläche kann kreisringartig ausgebildet sein und einen zweiten Wirkflächen-Innendurchmesser d2i und als einen zweiten Wirkflächen-Außendurchmesser den Außendurchmesser d2 aufweisen, wobei optional die Relation d1i < d1 = d2i < d2 gilt.
Optional weist der Verdichter einen Regelschieber, der in einer Schieberführungsaussparung hin- und herbewegbar angeordnet ist, zur Leistungsregelung des Schraubenverdichters auf, der dazu ausgebildet ist, um die erste Wirkfläche und/oder die zweite Wirkfläche mit dem unter Druck stehenden Fluid, insbesondere Öl, zu beaufschlagen, insbesondere selektiv zu beaufschlagen.
In der Schieberführungsaussparung kann/können ein oder mehrere Wegeventilbetätigungselemente wenigstens teilweise integriert sein, die ausgebildet sind, um über ein Öffnen und Schließen eines jeweils zugeordneten Wegeventils die erste Wirkfläche und/oder die zweite Wirkfläche mit dem unter Druck stehenden Fluid, insbesondere Öl, zu beaufschlagen, insbesondere selektiv zu beaufschlagen. Das eine oder die mehreren Wegeventilbetätigungselemente kann/können mechanisch betätigbar sein, sich wenigstens teilweise in die Schieberführungsaussparung des Regelschiebers hinein erstrecken und durch den Regelschieber betätigbar sein.
Alternativ oder zusätzlich kann/können in die Schieberführungsaussparung ein oder mehrere Ölleitungsaussparungen münden, die dazu ausgebildet sind, um die erste Wirkfläche und/oder die zweite Wirkfläche mit dem unter Druck stehenden Fluid, insbesondere Öl, zu beaufschlagen, insbesondere selektiv zu beaufschlagen, wobei der Regelschieber eine Aussparung aufweist und in der Schieberführungsaussparung in Positionen hin- und herbewegbar angeordnet ist, in denen der Regelschieber alle Ölleitungsaussparungen verschließt, in denen eine oder mehrere Ölleitungsaussparungen in die Aussparung des Regelschiebers münden und in denen alle Ölleitungsaussparungen in die Aussparung des Regelschiebers münden.
Die beschriebenen jeweiligen Merkmale können einzeln oder in beliebigen Kombinationen realisiert sein. Die Erfindung wird im Folgenden mit Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen anhand von beispielhaften Ausführungsformen beschrieben. In der folgenden Figurenbeschreibung sind ferner weitere optionale Merkmale der Erfindung angegeben.
In den Zeichnungen zeigen:

1 eine Schnittansicht einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Schraubenverdichters;
2 eine vergrößerte Ansicht eines Ausschnitts des rechten oberen Bereichs der 1 aufweisend u.a. den Ausgleichskolben;
3 eine Detaildarstellung einer Anordnung zur Steuerung oder Regelung einer Druckbeaufschlagung des Ausgleichskolbens;
4 eine Detaildarstellung einer alternativen Anordnung zur Steuerung oder Regelung einer Druckbeaufschlagung des Ausgleichskolbens;
5 eine Detaildarstellung eines Regelschiebers für eine Leistungsregelung des Verdichters der 1 in einer Volllaststellung; und
6 eine Detaildarstellung des Regelschiebers für die Leistungsregelung des Verdichters der 1 in einer Teillaststellung für eine kleine Teillast.

Eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Schraubenverdichters 10 ist in Schnittdarstellung in 1 abgebildet. Bei dem Schraubenverdichter 10 wird Gas von einem Sauggaseinlass 12 (Sauganschluss, saugseitiger Gaseinlass) angesaugt und von einem Schraubenrotor 14 in Richtung eines Druckgasauslasses 16 (druckseitiger Gasaustritt) transportiert, wobei das Gas auf einen höheren Druck verdichtet wird. Der Schraubenrotor 14 wird über eine Welle 13, mit der er kraftschlüssig verbunden ist, mittels einer Antriebsvorrichtung (nicht dargestellt), beispielsweise Motor, insbesondere Elektromotor, dreh-angetrieben. Die Welle 13 weist eine Mittelachse auf, die sich in der radialen Richtung erstreckt. Der Schraubenrotor 14 weist eine Schraubenrotor-Mittelachse auf, die sich entlang einer axialen Richtung erstreckt.
Durch die Druckdifferenz zwischen dem saugseitigen Druck des Gases (Druck an einer Saugseite des Schraubenrotors 14, d.h. am oder im Bereich des Sauggaseinlasses 12) und dem höheren druckseitigen Druck (Druck an einer Druckseite des Schraubenrotors 14, d.h. am oder im Bereich des Druckgasauslasses 16) entsteht eine Axialkraft, die den Schraubenrotor 14 in Richtung des Sauggaseinlasses 12 bzw. zur Saugseite hin schiebt. Diese Richtung ist durch einen Pfeil A gekennzeichnet und wird in der Folge auch einfach als Richtung A bezeichnet.
Die Welle 13 und somit der Schraubenrotor 14 ist auf der Saugseite durch ein erstes Radiallager 18 und auf der Druckseite durch ein zweites Radiallager 20 in einem den Schraubenverdichter 10 einhausenden Gehäuse 22 gelagert. Ferner ist der Schraubenrotor 14 ebenfalls druckseitig durch ein Axiallager 24 im Gehäuse 22 gelagert. Das Axiallager 24 ist in der beschriebenen Ausführungsform als Wälzlager, genauer gesagt in Form mehrerer Schrägkugellager, die gegeneinander gerichtet sind, ausgebildet. In alternativen Ausführungsformen sind generell üblicherweise ein oder mehrere Rillen- oder Schrägkugellager (oder auch Kombinationen hiervon, die insbesondere gegeneinander gerichtet sind) aber auch Gleitlager als das Axiallager 24 denkbar.
Bei einem Betrieb des Schraubenverdichters 10 wirkt eine Axialkraft, die den Schraubenrotor 14 in Richtung A drängt bzw. schiebt. Die Axialkraft wird von dem Axiallager 24, direkt aufgenommen und über das Gehäuse 22 abgeleitet.
Der Schraubenverdichter 10 weist weiterhin ein Ölsystem auf, das Öl für eine Schmierung der Radiallager 18, 20 sowie des Axiallagers 24, die Bewegung eines Regelschiebers 26 einer Leistungsregelung des Schraubenverdichters 10 und weitere Aufgaben zur Verfügung stellt. Der Druck des Öles ist üblicherweise annähernd so hoch wie der Enddruck des verdichteten Gases am Druckgasauslass 16. In alternativen Ausführungsformen, in denen der Schraubenverdichter 10 eine Ölpumpe aufweist, kann der Drück des Öles auch höher sein.
Der Schraubenverdichter 10 weist auch einen Ausgleichskolben 28 auf, der auf der Druckseite des Schraubenverdichters 10 in einer Ausgleichskolbenbuchse 30, die in einer hierzu korrespondierenden Aussparung 32 im Gehäuse 22 angeordnet ist, angeordnet ist. Der Ausgleichskolben 28 weist eine Ausgleichskolben-Mittelachse auf und ist entlang der Ausgleichskolben-Mittelachse verschiebbar angeordnet und dazu ausgebildet, eine Gegenkraft zu einer am Schraubenrotor 14 auftretenden in axialer Richtung gerichteten Kraft zu erzeugen. Der Ausgleichskolben 28 ist an der Welle 13 des Schraubenrotors 14 angebracht, genauer gesagt kraftschlüssig mit der Welle 13 verbunden.
Wie die Welle 13, erstreckt sich auch der Ausgleichskolben 28 in axialer Richtung und weist, in axialer Richtung betrachtet, einen ersten Ausgleichskolbenabschnitt 28a mit einem sich in radialer Richtung erstreckenden ersten Außendurchmesser d1 und einen zweiten Ausgleichskolbenabschnitt 28b mit einem sich in radialer Richtung erstreckenden zweiten Außendurchmesser d2 auf, wobei d1 kleiner als d2 ist. Der erste Ausgleichskolbenabschnitt 28a und der zweite Ausgleichskolbenabschnitt 28b sind in axialer Richtung nacheinanderfolgend angeordnet. Der erste Ausgleichskolbenabschnitt 28a weist eine erste Wirkfläche 29a auf, welche selektiv (eine genauere Erläuterung der konstruktiven Details hierzu erfolgt weiter untenstehend) mit dem unter Druck stehenden Öl mit Druck beaufschlagbar ist, und der zweite Ausgleichskolbenabschnitt 28b weist eine zweite Wirkfläche 29b auf, welche selektiv (eine genauere Erläuterung der konstruktiven Details hierzu erfolgt ebenfalls weiter untenstehend) mit dem unter Druck stehenden Öl mit Druck beaufschlagbar ist. Die erste Wirkfläche 29a und die zweite Wirkfläche 29b weisen eine unterschiedliche Größe auf.
Die erste Wirkfläche 29a ist kreisringartig ausgebildet und weist einen ersten Wirkflächen-Innendurchmesser d1i und als ersten Wirkflächen-Außendurchmesser den Außendurchmesser d1 auf. Die zweite Wirkfläche 29b ist kreisringartig ausgebildet und weist einen zweiten Wirkflächen-Innendurchmesser d2i und als zweiten Wirkflächen-Außendurchmesser den Außendurchmesser d2 auf. Dabei gilt die Relation: $d1i < d 1 = d 2 i < d 2.$
Die Ausgleichskolbenbuchse 30 weist, ebenfalls in axialer Richtung betrachtet, einen ersten Ausgleichskolbenbuchsenabschnitt 30a mit einem ersten Innendurchmesser d1 * und einen zweiten Ausgleichskolbenbuchsenabschnitt 30b mit einem zweiten Innendurchmesser d2* auf. Es sei angemerkt, dass der Außendurchmesser d1 die weiteste bzw. größte radiale Erstreckung des ersten Ausgleichskolbenabschnitts 28a bezeichnet und dass der Außendurchmesser d2 die weiteste bzw. größte radiale Erstreckung des zweiten Ausgleichskolbenabschnitts 28b bezeichnet.
Der erste Ausgleichskolbenbuchsenabschnitt 30a ist zur Aufnahme des ersten Ausgleichskolbenabschnitts 28a vorgesehen, der zweite Ausgleichskolbenbuchsenabschnitt 30b ist zur Aufnahme des zweiten Ausgleichskolbenabschnitts 28b vorgesehen. Die Durchmesser d1 und d1* sind derart ausgebildet, dass ein erster Spalt (in radialer Richtung) zwischen ihnen gebildet ist. In anderen Worten gesagt ist d1* um die Erstreckung eines ersten (Radial-)Spalts größer als d1. Die Durchmesser d2 und d2* sind derart ausgebildet, dass ein zweiter Spalt (in radialer Richtung) zwischen ihnen gebildet ist. In anderen Worten gesagt ist d2* um die Erstreckung eines zweiten (Radial-)Spalts größer als d2. Die Spaltbreite bzw. das Spaltmaß in radialer Richtung ist in der beschriebenen Ausführungsform sowohl für den ersten Spalt als auch den zweiten Spalt, d.h. für die Durchmesser d1 und d1* als auch die Durchmesser d2 und d2* in etwa 200µm (d.h. 200µm im Rahmen üblicher Toleranzen bei Herstellung und Messung des Spaltmaßes). Mathematisch ausgedrückt ergeben sich dadurch folgende Relationen: $d 1 * = d 1 + 200 μ m$
und $d 2 * = d2 + 200 μ m .$
Somit ist zwischen dem ersten Ausgleichskolbenabschnitt 28a und dem ersten Ausgleichskolbenbuchsenabschnitt 30a eine erste Spaltdichtung 32 ausgebildet bzw. angeordnet und zwischen dem zweiten Ausgleichskolbenabschnitt 28b und dem ersten Ausgleichskolbenbuchsenabschnitt 30b ist eine zweite Spaltdichtung 34 ausgebildet bzw. angeordnet. Die erste Spaltdichtung 32 und die zweite Spaltdichtung 34 sind jeweils als einseitige Labyrinth-Dichtung ausgebildet.
Hierzu sind an den radialen Außenseiten des ersten Ausgleichskolbenabschnitts 28a und des zweiten Ausgleichskolbenabschnitts 28b nutförmige Aussparungen gebildet, so dass zwischen dem ersten Ausgleichskolbenabschnitt 28a und dem ersten Ausgleichskolbenbuchsenabschnitt 30a eine erste Labyrinth-Dichtung 32 ausgebildet bzw. angeordnet ist und zwischen dem zweiten Ausgleichskolbenabschnitt 28b und dem zweiten Ausgleichskolbenbuchsenabschnitt 30b eine zweite Labyrinth-Dichtung 34 ausgebildet bzw. angeordnet ist.
In alternativen Ausführungsformen sind Spaltmaße von 50µm bis 400µm, insbesondere von 100µm bis 300µm, weiterhin insbesondere von 150µm bis 250µm vorgesehen. Es bleibt anzumerken, dass alle Durchmesser d1, d1*, d2 und d2* sowie die Spaltmaße sich, wie bereits zumindest teilweise obenstehend erwähnt, in der radialen Richtung erstrecken. Alternativ zu einer einseitigen Labyrinth-Dichtung sind auch einfache Spaltdichtungen (insbesondere für kleine Spaltmaße) oder zweiseitige LabyrinthDichtungen, sowie berührende Dichtungen, beispielsweise Radialwellendichtungen, Lippendichtungen und dgl. denkbar.
Der Schraubenverdichter 10 weist ferner eine erste Zuführung bzw. einen ersten Anschluss 36, der dem ersten Ausgleichskolbenabschnitt 28a zugeordnet ist, und eine zweite Zuführung bzw. einen zweiten Anschluss 38, der dem zweiten Ausgleichskolbenabschnitt 28b zugeordnet ist, auf. Unter Druck stehendes Öl kann über den ersten Anschluss 36 in einen ersten Raum 40, der dem ersten Ausgleichskolbenabschnitt 28a zugeordnet und wenigstens teilweise durch den ersten Ausgleichskolbenabschnitt 28a und den ersten Ausgleichskolbenbuchsenabschnitt 30a begrenzt ist, zugeführt werden. Das unter Druck stehende Öl kann weiterhin über den zweiten Anschluss 38 in einen zweiten Raum 42, der dem zweiten Ausgleichskolbenabschnitt 28b zugeordnet und wenigstens teilweise durch den zweiten Ausgleichskolbenabschnitt 28b und den zweiten Ausgleichskolbenbuchsenabschnitt 30b begrenzt ist, zugeführt werden. Durch eine Zuführung von mit Druck beaufschlagtem Öl in den ersten Raum 40 und/oder den zweiten Raum 42 entsteht durch den Druck des Öles eine Kraft in Richtung der Druckseite, die der Axialkraft des Schraubenrotors 14, die durch Gaskraft in Richtung der Saugseite erzeugt wird, entgegensteht und somit die von dem Axiallager 24 aufzunehmende Last reduziert.
Es bleibt zu erwähnen, dass das Axiallager 24 durch Tellerfedern 44 gegen eine Kraft, die in Richtung der Druckseite gerichtet ist, abgestützt ist. Durch die Tellerfedern 44 werden die Axiallager 24 sicher und spielfrei vorgespannt, wobei verhältnismäßig große Maßtoleranzen der einzelnen Bauteile akzeptiert und einzelne Bauteile, z.B. Wälzlager, bei Wartungsarbeiten sehr einfach getauscht werden können. Die Kraft der Tellerfedern 44 kann, aufgrund der Ausbildung des Ausgleichskolbens und den Möglichkeiten, diesen selektiv (über zwei Zuführungen können jeweils unterschiedliche Kolbendurchmesser mit Druck beaufschlagt werden) mit Druck zu beaufschlagen, geringer gewählt werden als beim Stand der Technik. Die entsprechende Konstruktion und deren Betätigung wird in der Folge genauer beschrieben.
Der erfindungsgemäße Schraubenverdichter 10 weist, wie obenstehend ausgeführt ist, einen doppelten Ausgleichskolben, d.h. einen Ausgleichskolben 28 mit zwei Abschnitten 28a, 28b unterschiedlichen radialen Durchmessers auf, wie in 2 dargestellt ist. Der erste Ausgleichskolbenabschnitt 28a ist dazu über einen ersten Ölanschluss 36 mit Öl versorgbar, das unter Druck steht. Der zweite Ausgleichskolbenabschnitt 28b ist dazu über einen zweiten Ölanschluss 38 mit Öl, das unter Druck steht, versorgbar. Durch das unter Druck stehende Öl wird jeweils insbesondere eine Fläche, die sich in radialer Richtung erstreckt und der Saugseite zugewandt ist, mit Druck beaufschlagt, was dann für die Kraft in Richtung B, d.h. in Richtung der Druckseite sorgt. Durch Ein- und Ausschalten bzw. Öffnen und Schließen der beiden Ölanschlüsse 36 und 38, die hierzu mit entsprechenden Ventilen ausgestattet sind, kann die durch den doppelten Ausgleichskolben 28 erzeugte Kraft je nach Bedarf in 3 Stufen eingestellt werden.
Wie bereits dargestellt, bewirkt der Gasdruck am Schraubenrotor 14 vor und nach der Verdichtung einen Axialschub, d.h. er erzeugt eine in axialer Richtung gerichtete Kraft, die in Richtung der Saugseite wirkt. Diese Axialkraft wird über eine Spannscheibe 44 auf das Axiallager 24 über die Ausgleichskolbenbuchse 30 in das Gehäuse 22 abgeleitet.
Öl, das in etwa den gleichen Druck wie der Verdichtungsenddruck aufweist, wird über den ersten Ölanschluss 36 und / oder den zweiten Ölanschluss 38 in die jeweils ihnen zugeordneten und mit ihnen verbundenen Räume 40 und 42 des Schraubenverdichters 10 eingeleitet und bewirkt am Ausgleichskolben 28 eine Kraft, die in Richtung der Druckseite wirkt. Diese Kraft wird vom Ausgleichskolben 28 auf die Innenringe 46 des Axiallagers 24 über deren Wälzkörper 48 in deren Außenringe 50 geleitet, die mit den Tellerfedern 44 in Wirkeingriff stehen. Die Tellerfedern 44, die gegen die Außenringe 50 drücken, sind an einem Deckel 52 des Gehäuses 22 abgestützt.
Der Ausgleichskolben 28 ist, wie vorstehend erwähnt, in zwei Durchmessern gestuft. Die Durchmesser sind vorzugsweise als Labyrinth ausgeführt. Hierzu korrespondiert die Ausgleichskolbenbuchse 30, die ebenfalls zumindest zwei Durchmesser aufweist, welche berührungsfrei, jedoch mit minimalem Abstand zum Ausgleichskolben 28 laufen. Dadurch entsteht eine Dichtwirkung, so dass sich vor bzw. an dem ersten Ausgleichskolbenabschnitt 28a und/oder dem zweiten Ausgleichskolbenabschnitt 28b ein Öldruck aufbauen kann und nur eine relativ kleine Menge Öl als Verlust durch den Spalt läuft. Dieser Ölstrom läuft durch das Axiallager 24, schmiert dieses und kann durch eine Öffnung 54 wieder abgesaugt werden.
Durch die Stufung des Durchmessers des Ausgleichskolbens 28, d.h. durch die Ausgestaltung des Ausgleichskolbens 28 mit einem ersten Ausgleichskolbenabschnitt 28a und einem zweiten Ausgleichskolbenabschnitt 28b unterschiedlichen radialen Durchmessers kann eine gewünschte, in Richtung der Druckseite gerichtete Kraft in mehreren Stufen erzeugt werden. Dies sei in der Folge näher erläutert:

In einer ersten Stufe, in der Folge auch Stufe 1 genannt, wird der erste Ölanschluss 36 mit Öl versorgt, dessen Druck üblicherweise in etwa dem Enddruck der Verdichtung entspricht, zumindest aber deutlich über dem Ansaugdruck der Verdichtung liegt. Die Ölzufuhr am zweiten Ölanschluss 38 bleibt versperrt oder wird in einer alternativen Ausführungsform mit einer Stelle niedrigen Drucks verbunden. So wirkt der Öldruck, genauer gesagt, das Öl, dessen Druck üblicherweise in etwa dem Enddruck der Verdichtung entspricht, nur an dem Teil des Ausgleichskolbens 28 mit dem kleinen Durchmesser, d.h. dem ersten Ausgleichskolbenabschnitt 28a. Da die durch den ersten Ausgleichskolbenabschnitt 28a begrenzte bzw. definierte Fläche klein ist, ist die durch den Ausgleichskolben 28 erzeugte Axialkraft in Richtung der Druckseite ebenfalls relativ klein.

In einer zweiten Stufe, in der Folge auch Stufe 2 genannt, wird der zweite Ölanschluss 38 mit Öl versorgt, die Ölzufuhr am ersten Ölanschluss 36 bleibt versperrt oder wird in der alternativen Ausführungsform mit einer Stelle niedrigen Drucks verbunden. So wirkt der Öldruck, genauer gesagt, das Öl, dessen Druck üblicherweise in etwa dem Enddruck der Verdichtung entspricht, nur an dem Teil des Ausgleichskolbens 28 mit dem großen Durchmesser, d.h. dem zweiten Ausgleichskolbenabschnitt 28b. In Summe verbleibt damit eine mittelgroße Fläche, auf die der Öldruck in Richtung B wirkt. Dadurch entsteht eine resultierende Axialkraft von mittlerer Größe, die in Richtung B wirksam wird.
In einer dritten Stufe, in der Folge auch Stufe 3 genannt, werden sowohl der erste Ölanschluss 36 als auch der zweite Ölanschluss 38 mit Öl versorgt. Dieses wirkt wie eine Kombination der Stufen 1 und 2, das bedeutet, dass die Flächen beider Ausgleichskolbenabschnitte 28a und 28b mit Öldruck beaufschlagt werden, welcher in beiden Fällen in Richtung B wirksam wird. In Summe ist die durch den Ausgleichskolben induzierte Axialkraft in Richtung B maximal groß.
Beim Betrieb in Volllast ist in der Regel ein Betrieb der Stufe 3 vorteilhaft, da hier der durch das Gas beim Verdichtungsvorgang erzeugte Axialschub maximal ist und somit eine große Ausgleichkolbenkraft zum Ausgleich erfordert.
Beim Betrieb in großer Teillast oder bei Volllast mit relativ hohem Ansaugdruck könnte der Betrieb der Stufe 3 eine Ausgleichkolbenkraft bewirken, die den Betrag des durch das Gas beim Verdichtungsvorgang erzeugte Axialschub übersteigt. Hier ist in der Regel der Betrieb der Stufe 2 vorteilhaft.
Beim Betrieb in kleiner Teillast ist der durch das Gas beim Verdichtungsvorgang erzeugte Axialschub sehr klein beziehungsweise nicht vorhanden. Hier ist in der Regel der Betrieb der Stufe 1 vorteilhaft.
Zur Ansteuerung der beschriebenen Stufen mit Öl, das unter Druck steht, gibt es verschiedene Alternativen:

Die Betriebsbedingungen des Schraubenverdichters 10, insbesondere die Drücke des angesaugten Gases, des Druckgases und des Öles, werden durch Sensoren 56 gemessen, an eine elektronische Steuerung 58 (in alternativen Ausführugsformen ist auch eine mechanische Steuerung denkbar) gesendet und von dieser überwacht. Diese ermittelt die optimale Stufe des Ausgleichskolbendrucks und schaltet dementsprechend ein beziehungsweise zwei Wegeventile 60, 62, die die Ölversorgung zu dem ersten Ölanschluss 36 und / oder zu dem zweiten Ölanschluss 38 freigeben. In anderen Worten gesagt ist die Steuerung 58 dazu ausgebildet, um die erste Wirkfläche 29a und die zweite Wirkfläche 29b selektiv mit dem unter Druck stehenden Öl zu beaufschlagen.

Um die Kosten eines Wegeventiles 60, 62 zu sparen kann es bei einem Schraubenverdichter 10 mit hoher, jedoch nicht sehr hoher Belastung ausreichend sein, einen der beiden Ölanschlüsse 36 oder 38 permanent an die Ölversorgung anzuschließen, während der andere Ölanschluss (38 oder 36) durch ein Wegeventil 60, 62, gesteuert durch die Steuerung 58, freigegeben oder gesperrt wird.
Alternativ oder ergänzend hierzu kann die Ansteuerung der beschriebenen Stufen mit Öl, das unter Druck steht, von der Stellung des Regelschiebers 26 der Leistungsregelung bestimmt werden. D.h. in anderen Worten gesagt, dass der Regelschieber 26 dazu ausgebildet ist, um die erste Wirkfläche 29a und/oder die zweite Wirkfläche 29b mit dem unter Druck stehenden Öl selektiv zu beaufschlagen.
Wie oben beschrieben, wird die optimale Stufe 1,2 oder 3 der Ansteuerung des mehrstufigen Ausgleichskolbens 28 oft davon bestimmt, ob der Verdichter 10 in Volllast, mittlerer oder kleiner Teillast arbeitet. Die Last wird beim Schraubenverdichter 10 durch den Regelschieber 26 der Leistungsregelung eingestellt, der bei Volllast bis zum Anschlag in Saugrichtung geschoben ist und der, um das Fördervolumen des Schraubenverdichters 10 zu verkleinern, zunehmend in Druckrichtung geschoben wird. Ganz in Druckrichtung geschoben arbeitet der Verdichter in minimaler Teillast.
3 zeigt eine Möglichkeit der Steuerung des Öles durch die Wegeventile 60, 62.
In Volllast-Stellung ist der Regelschieber 26 ganz in Saugrichtung (Richtung a) geschoben. Die beiden Wegeventile 60, 62 sind nicht betätigt und werden durch jeweilige ihnen zugeordnete Rückstellfedern 64, 68 in ihre Ausgangslage gestellt. Öl fließt durch das erste Wegeventil 60 zu dem zweiten Ölanschluss 38 am Ausgleichskolben. Des Weiteren fließt Öl durch das zweite Wegeventil 62 zu dem ersten Ölanschluss 36 am Ausgleichskolben. Somit sind der erste und der zweite Ölanschluss 36 und 38 aktiv, der Ausgleichskolben 28 arbeitet mit maximaler Kraft in Stufe 3.
Wenn der Regelschieber 26 in Richtung der Druckseite bewegt wird (Reduzierung des Liefergrads), so betätigt er nach Zurücklegen einer vorbestimmten Distanz das erste Wegeventil 60, das hierzu ein abgeschrägtes erstes Wegeventilbetätigungselement 70 aufweist, welches durch den Regelschieber 26 betätigt wird. Hierdurch wird der Öl-Zufluss zum ersten Ölanschluss 36 abgesperrt. Somit ist nur noch der zweite Ölanschluss 38 aktiv, der Ausgleichskolben 28 arbeitet mit mittlerer Kraft in Stufe 2.
Wenn der Regelschieber 26 weiter in Richtung der Druckseite bewegt wird (weitere Reduzierung des Liefergrads), so betätigt er zusätzlich das zweite Wegeventil 62, indem er über ein diesem, nämlich dem zweiten Wegeventil 62 zugeordnetes zweites Wegeventilbetätigungselement 72 fährt. Das zweite Wegeventil 62 wechselt den Fluss des Öles vom zweiten Ölanschluss 38, der jetzt gesperrt wird, zum ersten Ölanschluss 36. Somit ist nur Anschluss 36 aktiv, der Ausgleichskolben arbeitet mit kleinster Kraft in Stufe 1.
In anderen Worten gesagt sind in der Schieberführungsaussparung 76 die Wegeventilbetätigungselemente 70, 72 integriert, die ausgebildet sind, um über ein Öffnen und Schließen des jeweils zugeordneten Wegeventils 60, 62 die erste Wirkfläche 29a und die zweite Wirkfläche 29b mit dem unter Druck stehenden Öl selektiv zu beaufschlagen. Die Wegeventilbetätigungselemente 70, 72 sind mechanisch betätigbar, erstrecken sich wenigstens teilweise in die Schieberführungsaussparung 76 des Regelschiebers 26 hinein und sind durch den Regelschieber (26) betätigbar, um, wie vorstehend erwähnt, über ein Öffnen und Schließen des jeweils zugeordneten Wegeventils 60, 62 die erste Wirkfläche 29a und die zweite Wirkfläche 29b mit dem unter Druck stehenden Öl selektiv zu beaufschlagen.
Eine Steuerung des Ausgleichskolbendrucks könnte nicht nur bei einem Verdichter mit mehrstufigem, sondern auch bei Verdichtern mit einfachem Ausgleichskolben, entsprechend dem heutigen Stand der Technik, angewendet werden.
Der einfache Ausgleichkolben hat einen Anschluss für Öl, mit dem er versorgt wird. Dieser Anschluss kann über ein Wegeventil wie beschrieben geschaltet werden, wodurch die Ausgleichskolbenkraft in einer Stufe ein- oder ausgeschaltet wird.
4 zeigt eine prinzipielle Möglichkeit der Steuerung des Öles durch ein Wegeventil 62'.
Auch bei mehrstufigem Ausgleichskolben 28, wie er beim Gegenstand der vorliegenden Figurenbeschreibung realisiert ist, ist diese Schaltung denkbar, indem ein Anschluss (beispielsweise der erste Ölanschluss 36) permanent mit Öl versorgt wird und ein weiterer Anschluss (beispielsweise der zweite Ölanschluss 38) durch ein Ventil, beispielsweise Magnetventil 74 wahlweise mit Öl versorgt oder abgesperrt wird.
So kann die Ausgleichskolbenkraft in 2 Stufen geschaltet werden. Maximale Ausgleichskolbenkraft in Volllast und reduzierte Ausgleichskolbenkraft in Teillast des Schraubenverdichters 10.
In einer alternativen Ausführungsform kann kann der Regelschieber 26 so gestaltet werden, dass er selbst die Funktion eines oder beider Wegeventile 60, 62 übernimmt und keine weiteren Bauteile erforderlich sind.
Der Regelschieber 26 bewegt sich in einer Schieberführungsaussparung 76 im Gehäuse 22, wobei dieser bei Bewegung in Richtung der Ansaugseite (Richtung a) an dieser Schieberführungsaussparung 76 zum Anschlag kommt, diese Position ist Stellung Volllast. Bei Bewegung des Regelschiebers 26 in Richtung der Druckseite (Richtung b) wird die Leistung des Verdichters mehr und mehr reduziert, bis der Regelschieber 26 in der Stellung minimaler Teillast zu einem Anschlag kommt. Dieser Anschlag wird in einer üblichen Ausführung der Leistungsregelung durch den Kolben, rechts in 6 dargestellt, gebildet der gegen die Wand des Hydraulikzylinders fährt.
5 zeigt den Schraubenverdichter 10, dessen Regelschieber 26 in Stellung Volllast steht und 6 zeigt denselben in Stellung kleine Teillast. Der Regelschieber 26, der wie auch in der in den 1 bis 4 dargestellten Ausführungsformen im Gehäuse 22 in einer entsprechenden Schieberführungsaussparung 76 geführt ist, weist in einem zum Gehäuse 22 hin gerichteten Bereich eine Aussparung 78 in Form einer Tasche auf, welche derart im Regelschieber 26 angeordnet ist, dass sie durch den Regelschieber 26 und das Gehäuse 22 gegen ihre Umgebung hin bestmöglich abgedichtet ist, d.h. dass die Tasche vollständig durch das Gehäuse 22 bedeckt ist und somit maximal ein Spalt zwischen den die Tasche begrenzenden Bereichen des Regelschiebers 26 und dem Gehäuse 22 gebildet ist, der als Spaltdichtung wirkt, da in diesem Bereich Öl vorhanden ist.
Im Gehäuse 22 sind ferner eine erste Ölleitungsaussparung 80 und eine zweite Ölleitungsaussparung 82 angeordnet, die in der vorliegenden Ausführungsform in Form von Kanälen vorliegen, die beispielsweise im Rahmen der Gehäuseherstellung bereits gezielt erzeugt werden, beispielsweise bei einem Guss- oder auch Spritzgussverfahren. Alternativ sind Bohrungen, die beispielsweise nach Herstellung des Gehäuses 22 angebracht werden, denkbar.
Die erste Ölleitungsaussparung 80 und eine zweite Ölleitungsaussparung 82 münden in die Schieberführungsaussparung 76 in einer ersten Ölleitungsaussparungsmündung 84, die die Mündung der ersten Ölleitungsaussparung 80 bildet, und einer zweiten Ölleitungsaussparungsmündung 86, die die Mündung der zweiten Ölleitungsaussparung 82 bildet. Die erste ersten Ölleitungsaussparungsmündung 84 und die zweite Ölleitungsaussparungsmündung 86 sind in einem in einem Bereich der Schieberführungsaussparung 76 angeordnet, der in jeder Stellung des Regelschiebers 26 durch den Regelschieber 26 oder die Aussparung 78 (Tasche) bedeckt ist.
Wenn, wie in 5 dargestellt, der Regelschieber 26 in Stellung Volllast ist, verbindet die Aussparung 78 die erste Ölleitungsaussparung 80 und die zweite Ölleitungsaussparung 82, so dass der Ausgleichkolben 28 am entsprechenden Anschluss mit Öl versorgt wird.
Die Tasche (Aussparung 78) ist ringsum durch ausreichend Material des Regelschiebers 26 umrandet, so dass in Kombination mit der Führungsbohrung (Schieberführungsaussparung 76) eine Dichtwirkung erzielt wird.
Die Tasche (Aussparung 78) ist so weit in Richtung der Druckseite des Verdichters angeordnet, dass die Bohrungen, die Öl in die Tasche zu- bzw. abführen auch dann durch den Regelschieber 26 verdeckt werden, wenn dieser maximal in Richtung Druckseite, also in kleinste Teillast verschoben wird.
Durch das Verfahren des Regelschiebers 26 in Richtung der Druckseite verbindet die Tasche (Aussparung 78) die erste Ölleitungsaussparung 80 und die zweite Ölleitungsaussparung 82 nicht mehr, so dass der Ausgleichkolben 28 nicht mit Öl versorgt wird.
Weiterhin überdeckt der Regelschieber die erste Ölleitungsaussparung 80 und die zweite Ölleitungsaussparung 82, so dass diese zum Innenraum des Verdichters abgedichtet sind und weder Öl aus den Mündungen derselben in den Raum gelangen kann, aus dem Gas in den Schraubenrotor einströmt, noch Gas in die Mündungen der ersten Ölleitungsaussparung 80 und der zweiten Ölleitungsaussparung 82 gelangen kann.
Dies lässt sich in anderen Worten kurz derart ausdrücken, dass in einer möglichen Ausführungsform in die Schieberführungsaussparung 76 mehrere Ölleitungsaussparungen 80, 82 münden, die dazu ausgebildet sind, um die erste Wirkfläche 29a und die zweite Wirkfläche 29b mit dem unter Druck stehenden Öl selektiv zu beaufschlagen, wobei der Regelschieber eine Aussparung 78 aufweist und in der Schieberführungsaussparung 76 in Positionen hin- und herbewegbar angeordnet ist, in denen der Regelschieber 26 alle Ölleitungsaussparungen 80, 82 verschließt, in denen eine oder beide Ölleitungsaussparungen 80, 82 in die Aussparung 78 des Regelschiebers 26 münden. Alternativ hierzu kann nur eine Ölleitungsaussparung vorgesehen sein, um eine Wirkfläche selektiv beaufschlagen zu können, wobei die andere Wirkfläche entweder permanent mit Öl beaufschlagt ist oder über einen anderen Mechanismus, beispielsweise ein durch die Steuerung 58 angesteuertes Ventil mit Öl beaufschlagt wird.
Zusammenfassend lässt sich festhalten, dass der Gegenstand der vorliegenden Anmeldung u.a. folgende Merkmale aufweist:

1. Schraubenverdichter, der einen Ausgleichskolben besitzt, der eine Gegenkraft, zu der am Schraubenrotor auftretenden Axialkraft erzeugt, wobei dieser mit mindestens zwei Durchmessern ausgeführt ist, die beide im Gehäuse angeordnet und zu diesem abgedichtet sind, was üblicherweise durch einen Spalt oder vorzugsweise einem Labyrinth erfolgt, wobei der Spalt mit ca. 0,1 ... 0,3mm so gewählt ist, dass es gerade zu keiner Berührung des Kolbens mit dem Gehäuse kommt.
2. Schraubenverdichter gemäß 1., wobei der Ausgleichskolben bzw. Ausgleichskolbenabschnitte jeweils auf der Seite von jeweils einer Kammer umgeben sind, welche über einen Anschluss mit Öl versorgt wird, das unter Druck steht, so dass die durch die Kolbenfläche erzeugte Druckkraft der am Schraubenrotor auftretenden Axialkraft entgegenwirkt.
3. Schraubenverdichter gemäß 2., wobei der Durchmesser der Ausgleichskolbenabschnitte jeweils so gewählt ist, dass durch Aktivieren der Ölzufuhr in keine, die erste, die zweite Kammer oder in beide Kammern, allein durch die wirksamen Flächen des Ausgleichskolbens bzw. des jeweiligen Ausgleichskolbenabschnitts, unterschiedlich starke Axialkräfte bewirkt werden, wobei der Druck des versorgenden Öles annähernd konstant bleiben kann, also keine Regelung des Öldrucks erforderlich ist.
4. Schraubenverdichter gemäß 3., wobei die Ölzufuhr in die erste oder die zweite Kammer gezielt abgesperrt oder aktiviert wird, so dass die am Rotor durch das verdichtete Gas wirkende Axialkraft durch die vom Ausgleichkolben erzeugte Kraft verringert wird, es aber vermieden wird, dass eine Umkehr der Richtung der resultierenden Kraft erfolgt.
5. Schraubenverdichter gemäß 4., wobei das gezielte Absperren oder Aktivieren der Ölzufuhr in die Kammer oder die Kammern durch eine elektronische Steuerung bestimmt wird.
6. Schraubenverdichter gemäß 4. mit einer Leistungsregelung mit einem Regelschieber, wobei das gezielte Absperren oder Aktivieren der Ölzufuhr in die Kammer oder die Kammern durch die Bewegung des Regelschiebers erfolgt
7. Schraubenverdichter gemäß 6., wobei in einer Führungsbahn des Regelschiebers ein oder mehrere Wegeventile integriert sind, die den Fluss des Öles zu mindestens einer Kammer des Ausgleichskolbens leiten. Diese Wegeventile werden durch mechanische Betätigungselemente (Wegeventilbetätigungselemente) geschaltet, die an geeigneter Stelle so angeordnet sind, dass der Regelschieber beim Verfahren diese entweder überfährt beziehungsweise der Regelschieber beim Verfahren ein zuvor überfahrenes Betätigungselement (Wegeventilbetätigungselement) wieder freigibt.
8. Schraubenverdichter gemäß 7., wobei die Funktion des oder der Wegeventile direkt durch den Regelschieber erfüllt wird, indem in diesen ein oder mehrere Taschen so eingebracht werden, dass diese in einer Position, beziehungsweise in einem bestimmten Bereich des Verfahrweges, des Regelschiebers einmal mit einem ersten Kanal im Gehäuse verbunden ist, der Öl zur Verfügung stellt und durch einen zweiten Kanal im Gehäuse verbunden ist, der mit einer Kammer des Ausgleichkolbens verbunden ist, so dass eine Verbindung zur Kammer des Ausgleichskolbens über den zweiten Kanal, die Tasche und den ersten Kanal hergestellt wird. Durch das Verfahren des Regelschiebers um einen bestimmten Weg aus dieser Position überdeckt die Tasche des Regelschiebers nur einen oder keinen der beiden Kanäle im Gehäuse, so dass die Ölzufuhr zur Kammer des Ausgleichkolbens unterbrochen 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 sein.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DD 108797 A1 [0006]
DD 80961 A1 [0007]
DE 102009038937 A1 [0007]

Claims

Schraubenverdichter (10) mit wenigstens einem Sauggaseinlass (12), wenigstens einem Schraubenrotor (14), der eine Schraubenrotor-Mittelachse aufweist, die sich entlang einer axialen Richtung erstreckt, und wenigstens einem Druckgasauslass (16), sowie einem den Schraubenverdichter (10) wenigstens teilweise einhausenden Gehäuse (22) und mit einem Ausgleichskolben (28), der eine Ausgleichskolben-Mittelachse aufweist, der entlang der Ausgleichskolben-Mittelachse verschiebbar angeordnet ist und der dazu ausgebildet ist, eine Gegenkraft zu einer am Schraubenrotor (14) auftretenden in axialer Richtung gerichteten Kraft zu erzeugen, dadurch gekennzeichnet, dass der Ausgleichskolben (28) wenigstens einen ersten Ausgleichskolbenabschnitt (28a) und einen zweiten Ausgleichskolbenabschnitt (28b) aufweist, wobei der erste Ausgleichskolbenabschnitt (28a) eine erste Wirkfläche (29a) aufweist, welche selektiv, insbesondere über ein erstes Ventil (60, 74), mit einem unter Druck stehenden Fluid, insbesondere Öl, mit Druck beaufschlagbar ist, und wobei der zweite Ausgleichskolbenabschnitt (28b) eine zweite Wirkfläche (29b) aufweist, welche selektiv, insbesondere über ein zweites Ventil (62, 74), mit einem unter Druck stehenden Fluid, insbesondere Öl, mit Druck beaufschlagbar ist, wobei die erste Wirkfläche (29a) und die zweite Wirkfläche (29b) eine unterschiedliche Größe aufweisen.
Schraubenverdichter (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Ausgleichskolben (28) sich in axialer Richtung erstreckt, wobei der erste Ausgleichskolbenabschnitt (28a) und der zweite Ausgleichskolbenabschnitt (28b) in axialer Richtung nacheinanderfolgend angeordnet sind, und wobei der erste Ausgleichskolbenabschnitt (28a) in seiner radialen Richtung einen kreisförmigen Außenumfang mit einem Durchmesser d1 aufweist und wobei der zweite Ausgleichskolbenabschnitt (28b) in seiner radialen Richtung einen kreisförmigen Außenumfang mit einem Durchmesser d2 aufweist, wobei d1 kleiner als d2 ist.
Schraubenverdichter (10) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Ausgleichskolben (28) in einer Ausgleichskolbenbuchse (30) gelagert ist, die wenigstens teilweise im Gehäuse (22) des Schraubenverdichters (10) angeordnet, insbesondere als Aussparung in diesem ausgebildet ist.
Schraubenverdichter (10) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen wenigstens einem Ausgleichskolbenabschnitt (28a, 28b), insbesondere zwischen jedem Ausgleichskolbenabschnitt (28a, 28b) und der Ausgleichskolbenbuchse (30) eine Labyrinth-Dichtung, insbesondere eine einseitige Labyrinth-Dichtung angeordnet ist.
Schraubenverdichter (10) nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen wenigstens einem Ausgleichskolbenabschnitt (28a, 28b), insbesondere zwischen jedem Ausgleichskolbenabschnitt (28a,28b) und der Ausgleichskolbenbuchse (30) eine berührende Dichtung, insbesondere eine Radialwellendichtung oder eine Lippendichtung angeordnet ist.
Schraubenverdichter (10) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Schraubenverdichter (10) eine Steuerung, insbesondere eine elektronische Steuerung (58) aufweist, die dazu ausgebildet ist, um die erste Wirkfläche (29a) und/oder die zweite Wirkfläche (29b) selektiv mit dem unter Druck stehenden Fluid, insbesondere Öl, zu beaufschlagen.
Schraubenverdichter (10) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Wirkfläche (29a) kreisringartig ausgebildet ist und einen ersten Wirkflächen-Innendurchmesser d1i und als einen ersten Wirkflächen-Außendurchmesser den Außendurchmesser d1 aufweist und dass die zweite Wirkfläche (29b) kreisringartig ausgebildet ist und einen zweiten Wirkflächen-Innendurchmesser d2i und als einen zweiten Wirkflächen-Außendurchmesser den Außendurchmesser d2 aufweist.
Schraubenverdichter (10) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Relation d1i < d1 = d2i < d2 gilt.
Schraubenverdichter (10) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Schraubenverdichter (10) einen Regelschieber (26), der in einer Schieberführungsaussparung (76) hin- und herbewegbar angeordnet ist, zur Leistungsregelung des Schraubenverdichters (10) aufweist, der dazu ausgebildet ist, um die erste Wirkfläche (29a) und/oder die zweite Wirkfläche (29b) mit dem unter Druck stehenden Fluid, insbesondere Öl, zu beaufschlagen, insbesondere selektiv zu beaufschlagen.
Schraubenverdichter (10) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass in der Schieberführungsaussparung (76) ein oder mehrere Wegeventilbetätigungselemente (70, 72) wenigstens teilweise integriert sind, die ausgebildet sind, um über ein Öffnen und Schließen eines jeweils zugeordneten Wegeventils (60, 62) die erste Wirkfläche (29a) und/oder die zweite Wirkfläche (29b) mit dem unter Druck stehenden Fluid, insbesondere Öl, zu beaufschlagen, insbesondere selektiv zu beaufschlagen.
Schraubenverdichter (10) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das eine oder die mehreren Wegeventilbetätigungselemente (70, 72) mechanisch betätigbar sind, sich wenigstens teilweise in die Schieberführungsaussparung (76) des Regelschiebers (26) hinein erstrecken und durch den Regelschieber (26) betätigbar sind.
Schraubenverdichter (10) nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass in die Schieberführungsaussparung (76) eine oder mehrere Ölleitungsaussparungen (80, 82) münden, die dazu ausgebildet sind, um die erste Wirkfläche (29a) und/oder die zweite Wirkfläche (29b) mit dem unter Druck stehenden Fluid, insbesondere Öl, zu beaufschlagen, insbesondere selektiv zu beaufschlagen, wobei der Regelschieber eine Aussparung (78) aufweist und in der Schieberführungsaussparung (76) in Positionen hin-und herbewegbar angeordnet ist, in denen der Regelschieber (26) alle Ölleitungsaussparungen (80, 82) verschließt, in denen eine oder mehrere Ölleitungsaussparungen (80, 82) in die Aussparung (78) des Regelschiebers (26) münden und in denen alle Ölleitungsaussparungen (80, 82) in die Aussparung (78) des Regelschiebers (26) münden.