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Regelbarer Drehkolbenverdichter Die Erfindung betrifft einen regelbaren
Drehlkolbenverdichter mit einem innenverzahnten Außenläufer und einem außenverzahnten
Innenläufer, der mit radialen Bohrungen zum Ausschieben des komprimierten Gases
versehen ist und auf einer Steuerbüchse rotiert, deren Innenraum mit der Druckseite
des Drehkolbenverdichters in Verbindung steht.
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Bekannt -sind stufenlos regelbare ölpumpen mit ein= innenverzahnten
Außenläufer und einem außenverzahnten Inrienläufer, bei denen das öl zentral
durch die hohle Welle und radiale Bohrungen des Innenläufers zu- und abgeführt und
die von der Pumpe geförderte ölmenge auf -der Saug- und Druckseitedurch Verdrehen
des inder Hohlwelle gelagerten Steuerschiebers um seine Mittellinie gesteuert wird,
wobei die Trennung des Saugraums von dem Druckraum entweder durch eine radiale Trennwand
im Steuerschieber oder durch die Ausbildung des Steuerschiebers als axiale Wand
in der Hohlwelle des Innenläufers erfolgt.
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Bei anderen Drehkolbenölpumpen erfolgen der Einlaß und der Auslaß
des Mediums über radiale Bohrungen im Außenläufer.
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Weiterhin sind regulierbare Verdrängerpumpenaggregate bekannt, bei
denen entweder eine stufenweise Mengenregulierung durch Zu- und Abschalten einzelner
Verdrängerpumpen auf deren Drucks6iten mit Hilfe eines axial verschiebbaren, stufenartig
abgesetzten Steuerkolbens oder eine stufenlose Mengenregulierung durch allmähliches
Zu- und Abschalten einzelner Pumpen auf deren Druckseiten mit Hilfe eines axial
verschiebbaren, rotierenden, mit stetig ansteigender und abfallender Steuerkante
verschenen Steuerkolbens möglich ist.
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Ferner ist eine Leichtöleinspritzpumpe bekannt, bei welcher über eine
Zahnradpumpe einem ständig rotierenden Drehschieber, der eine als Nut ausgearbeitete
und in der Abwicklung ungefähr die Form eines Dreiecks zeigende Steuerfläche hat,
Kraftstoff zugeführt wird, der über die Steuerbohrungen einer axial verschiebbaren
Steuerbüchse zu den Einspritzdüsen gelangt. Die Mengenänderung geschieht dadurch,
daß durch axiales Verschieben der Steuerbüchse die Steuerbohrung über verschiedene
Bereiche der dreieckigen Nut zu laufen kommt und somit die Einspritzdauer verlängert
oder verkürzt wird.
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Schließlich sind regelbare Drehkolbenverdichter bekannt, bei denen
der Einlaß und der Auslaß des Fördermediums durch zur überdeckung kommende
radiale
Öffnungen in den Drehkolbenkörpern einerseits und im Gehäuse oder in einer stillstehenden
Hohlasche andererseits mittels eines einzigen, verstellbaren Steuerorgans, z. B.
eines in seiner Umfangsrichtung verschiebbaren zylindermantelförmigen Steuerschiebers
gesteuert wird. Der Steuerschieber weist bei diesen Maschinen entweder vier Steuerkanten
für die Steuerung des Beginns und des Abschlusses des Ansauge- und Ausschiebevorganges
oder zwei Steuerkanten für die Steuerung des Ausschiebeabschlusses und des Ansaugebeginns
auf.
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Alle bekannten regelbaren Drehkolbenmaschinen habenden Nachteil, daß
beim Ansaugen und Ausschieben das Fördermrdium zweimal die radialen Durchlässe des
Außen- oder Innenläufers durchströmen muß -und so infolge der vielfältigen Umlenkungen
und starken Querschnittsänderungen für das strömende Medium erhebliche Druckverluste
auftreten. Dadurch wird der bauliche Aufwand für das Maschinengehäuse und den Steuerschieber
erheblich vergrößert.
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Erfindungsgemäß werden die den bekannten Drehkolbenmaschinen anhaftenden
Nachteile bei einem Verdichter dereingangs erwähnten Art dadurch vermieden, daß
das Fördermedium den zwischen dem Außenläufer und dem Innenläufer gebildeten Verdrängerzellen
durch Ansaugschlitze in seitlichen Gehäusewandungen zugeführt und nach der Verdichtung
durch die Steuerbüchse hindurch abgeleitet wird, wobei letztere mit dem Druckstutzen
in offener Verbindung steht -und in ihrer Wandung einen Steuerschlitz mit mindestens
einer zu den Mantellinien der Büchse schrägen Steuerkante aufweist, und daß die
Steuerbüchse in axialer Richtung verschiebbar ist, wobei der Beginn bzw. das Ende
des Ausschiebens des Druckgases,aus den Verdrängerzellen durch die axiale Verschiebung
der Steuerbüchse veränderbar ist.
So wird es ermöglicht, den Kompressionsenddruck
bzw. die Druckgasmenge einstellbar zu machen. Es ergibt sich aber noch keine automatische
Einreggelung auf einen varia-blen bzw. konstanten Kompressionsenddruck. Die Überkompression
und die Unterkompressionbleiben dann vielmehr abhängig -vom jeweiligen Gasverbrauch,..so
-daß_#bei konstanten Steuerdaten der Enddruck in Abhängigkeit vom Gasverbrauch schwanken
würde.
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Die weitere Ausgesialtung der Erfindung ermöglicht es, den Kompressionsenddruck
automatisch auf einer bestimmt-en Druckhöhe konstant zu halten. Demzufolge wird
erfindungsgemäß weiterhin vorgesehen, daß der Druckkanal in der Steuerbüchse nach
einer Seite durch eine Querwand abgeschlossen -wird und daß auf der dem Druckstutzen
abgewandten Seiteder Querwand'gegen diese eine Druckfeder sich abstützt, so daß
die Kraftder Feder und der auf den Zanzen Querschnitt der Steuerbächse axial wirkende
ZD Kompressionsenddruck einander entgegengeset zt gerichtet sind und nach entsprechender
Verschiebung der Steuerbüchse in eine Gleichgewichtslage kommen.
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UM verschiedene- Kompressionsenddrücke automatisch herbeiführen
zu können, wird nach der Erfindung :die FederlÜaft dadurch veränderlich gemacht,
daß die Druckfeder am anderen Ende, d. h., an ihrer der Querwand abgewandten
Seite, gegen eine mittels eines Gewindes axia.1 versichiebbare Einstellkappe sich
absiützt, wobei der durch die Einstellkappe abgeschlossene, die Druckfeder enthaltende
Hohlraum zwecks Druckentlastung mittels einer Bohrung mit einem Teil des Ansaugbereiches
in Verbindung gebracht wird.
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Soll der Kompressionsenddruck immer dem Druck in der Druckleitung
angepaßt werden, so wird der Steuerschlitz, der bei -allen Ausführungsformen in
der Abwicklung ungefähr die Form eines Dreiecks hat, so ausgebildet, daß die von
den radialen Bohrungen der Laufbüchse im Innenläufer zu-erst überfahrene vordere
Steuerkante schräg zu den Mantellinien der Steuerbüchse verläuft, ihre Form der
Charakteristik der Druckfeder angepaßt wird und die beiden Steuerkanten in Richtung
auf die Druckfeder zu
divergieren.
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Wird von dem regelbaren Drehkolbenverdichter verlangt, daß er eutomatisch
auf konstanten Kompressionsenddruck gesteuert wird, muß die in ihrer Form der Charakteristik
der Druckfeder angepaßte vordere Steuerkantr, so schräg zu den Mantellinien der
Steuerbüchse verlaufen, daß beide Steuerkanten auf die Druckfeder zu konvergieren.
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Eine weitere besondere Ausführungsform der Erfindung sieht vor, daß
die vordere Steuerkante parallel und die hintere Steuerkante schräg zu den Mantellinien
der Steuerbüchse verläuft, wodurch das Ende des Druckgasausschiebens veränderbar
wird.
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Die Erfindung wird an Handder Zeichnung beispielsweise näher erläutert.
Es zeigt F i g. 1 einen Längsschnitt durch einen erfindungsgemäß ausgebildeten
Drehkolbenverdichter, F i tg. 2 einen nicht ganz vollständigen Querschnitt
gemäß der Linie II-II in F i g. 1 und F i g. 3 die -in zwei
Schnittdarstellungen besonders herausoezeichnete Steuerbüchse mit zugehöri.a.em
pv-Diagramm.
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In den einzelnen Figuren sind einander entsprechende Teile mit gleichen
Bezugszeichen versehen. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist 1 das
Außengehäuse, das beispielsweise ein Blechgehäuse sein kann. Mit 2 ist der Saugstutzen
und mit 3 der Druckstutzen bezeichnet. S sind Bereiche des Sangdruckes,
K sind Bereiche des Kompressionsenddrukkes. Die Steuerbüchse 4, welche axial beweglich
angeordnet ist, weist einen Steuerschlitz 5 auf. Auf der Steuerhüchse 4 ist
die Laufbüchse 6 des Innenläufers 7 gelagert, der bei der Verdichtung
des gasförmia - it de
"en Mediums m -m Außenläufer 8 zusammen
wirkt. Die durch den Innenläufer und den Außenläufer gebildeten Verdrängerzeffen
sind beiderseitig durch die beiden seitlichen Gehäusewandungen 9
und
10 abgeschlossen. 11 und 12 sind Ansaugschlitze. Der Motorring
13 trägt die Läuferwicklung 14 eines Elektromotors, dessen Ständerwicklung
mit 15 bezeichnet ist. Mit 16 sind radiale Bohrungen im Innenläufer
7 sowie in der Laufbüchse 6 bezeichnet, durch die das komprimierte
Gas radial nach einwärts, ausgeschoben wird. Außerdem wirken die Bohrungen
16 bei der Druck- bzw., Leistungsregelung mit dem Steuerschlitz
5 zusammen. Der aus der seitlichen Gehäusewandung 9 heraustretende
Ring 17 ift außeh mit einem Gewinde 18 versehen. Die Einstellkappe
19, die auf dem Gewinde 18 verschraubbar ist, dient als einseitige
Abstützung der Druckfeder 20. Mit 21, 22 und 23 sind Dichtungsringe bezeichnet.
Die Bohrung 24 dient zum Druckausgleich, damit im Raum 15, in dem die Feder
20 liegt, der Saugdruck S
herrscht. Die Flächen-26 zwischen dem Motorring
13
und dem Außenläufer 8 sind durch- Einpressen, Kleben od. dgl. fest
miteinander verbunden. Der Motorring 13 ist auf den Gleittlächen
27 -der beiden seitlich-en Gehäusewandungen 9, 10 dreh-bar gelagert,
Die Querwand 28 in der Steuerbüchse 4 bildet die andere Abstützungsfläche
für die Druckfeder 20. Sie bewirkt ferner den Abschluß des Raumes 25 gegenüber
dem Druckkanal. Rechts von der Querwand 28
herrscht der Saugdruck
S und links von der Querwand 28 herrscht der Kompressionsenddruck X Der Drehkolbenverdichter
arbeitet wie folgt: Das zu verdichtende Gas tritt über den Saugstutzen 2 in das
Außengehäuse 1 ein und wird über die Ansaugschlitze 11 und 12 durch
die sich vergrößernden Verdrängerzellen zwischen dem Außenläufer 8 und dem
Innenläufer 7 #angesaugt, wonach sich die Zellen schließen und eine -innere
Verdichtung stattfindet, bis die zur jeweiligen Zelle gehörende radiale Steuerbohrung
16 den Steuerschlitz 5 der Steuer-büchse 4 überstreicht. Dann wird das Gas
in den Druckstutzen 3
ausgeschoben. Durch die Eigenart der in F i g.
1
und 2 dargestellten selbsttätigen Regelung, nämlich durch das Zusammenspiel
zwischen dem Kompressionsenddruck auf der einen Seite der in axialer Richtung beweglichen
Steuerbüchse 4 und der einstellbaren Federkraft der Druckfeder 20 auf der anderen
Seite, muß der Arbeitskammerdruck dem Enddruck in der Druckleitung entsprechen,
so daß keine über- oder Unterkompression -erreicht wird, die in jedem Falle ein-en
Leistungsverlust bedeuten würde.
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Das Ausführungsbeispiel nach F i g. 3 zeigt wiederum die Steuerbüchse
4 mit ihrem Steuerschlitz 5, die radialen Bohrungen 16, die Druckfeder
20 und die Querwand 28. Der Pfeil P deutet die Drehrichtung des Innenläufers
7 und seiner radialen Bohrungen 16
an. Der Steuerschlitz
5 hat eine schräge vordere Steuerkante 5' und eine zu den Mantellinien
der Steuerbüchse parallele hintere Steuerkante 5". Bei
der
Regelung infolge axialer Verschiebung der Steuerbüchse4 wird somit das Ende der
Kompression, das gleichzeitig der Beginn des Ausschiebens des Druckgases ist, verändert.
Wenn abweichend hiervon die vordere Steuerkante parallel und die hintere Steuerkante
schräg zu den Mantellinien der Steuerbüchse ausgebildet sind, dann -wird bei der
Regelung das Ende des Ausschiebens des Druckgases verändert. Die Steuerkanten
5' und 5" entsprechen gemäß F i g. 3 geraden Linien; sie können
je
nach den besonderen Anwendungsfällen auch konkav oder konvex gekrümmt sein.
Dadurch kann beispielsweise eine Angleichung der Steuerkanten an die Charakteristik
der Druckfeder 20 bewirkt werden. Den Stellungen 5 a-16
a, 5 b-16 b, 5 c-16 c entsprechen im pv-Diagramm
die erreichbaren Druckhöhen p", Pb, Po entsprechend den zusätzlichen Winkeländerungen
b und c des Innenläufers.
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Bei der Darstellung gemäß F i g. 3 ist der Steuerschlitz
5 so angeordnet,daß entsprechend den Bedingungen einer Kälteanlage im Kompressor
der Ausschiebedruck immer dem Druck in der Gasleitung entspricht, d. h. es
tritt keine über- oder Unterkompression auf, was einen Leistungsverlust bedeuten
würde. Die Leistung der Anlage wird in diesem Fall über einen Thermostat sowie Ein-
und Ausschalter zum Kompressor geregelt. Durch entgegengesetzte, also nach der Druckfeder
20 hin konvergierende Steuerkanten kann man auch auf konstanten Druck fahren.
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Die Charakteristik der Druckfeder 20 und die Lage des Steuerschlitzes
5 bestimmen den Enddruck in der Druckleitung 3. Änderungen in der
Dr#uckleitung werden also durch die automatisch ausgeführte Längsbewegung der Steuerbüchse
4 kompensiert, so daß der Druck konstant gehalten wird.
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Die Steuerbohrungen 16 stellen einen schädlichen Raum dar.
Durch entsprechende Diinensionierung des Innenläufers 7 zur Steuerbüchse
4 kann der schädliche Raum sehr klein gehalten werden.
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Die neue Regelungsvorrichtung Iäßt sich für jede Art von geregelt-en
Drehkolbenverdichtern verwen-.den. Der Innenläufer kann eine andere als die aus
F i g. 2 ersichtliche Form haben; auch sonst ist die Erfindung auf die beispielsweise
dargestellten Einzelheiten gemäß F i g. 1 bis 3 nicht beschränkt.