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Selbsttätig druckgesteuerte Ventileinrichtung für die Fördermengenregulierung
eines Mehrzylinder-Kolbenverdichters Die Erfindung bezieht sich auf eine selbsttätig
druckgesteuerte Ventileinrichtung für die Fördermengenregulierung eines Mehrzylinder-Kolbenverdichters,
insbesondere Kältemittelverdichters, bei dem wenigstens ein Zylinder einen Nebenschluß
aufweist und wenigstens ein Zylinder ohne Nebenschluß ausgeführt ist, zur wahlweisen
Einschaltung des Nebenschlusses und gleichzeitigem Absperren der Verbindung des
Zylinders mit der Drucksammelleitung.
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Eine bekannte selbsttätig druckgesteuerte Ventileinrichtung der angegebenen
Art verwendet zur wahlweisen Einschaltung des Nebenschlusses und gleichzeitigem
Absperren der Verbindung des Zylinders mit der Drucksammelleitung ein Zweiwegeventil,
das bei geschlossenem Nebenschluß vom gesamten Förderstrom des Verdichters durchströmt
wird. Wegen der bei gasförmigen Strömungsmitteln normalerweise recht hohen Strömungsgeschwindigkeiten
müssen das Ventil und seine Drucksteuervorrichtung mit entsprechend großen Querschnitten
ausgeführt werden, um zu vermeiden, daß der Verdichter bei geschlossenem Nebenschluß
unnötig gedrosselt wird. Dies vergrößert den Platzbedarf der druckgesteuerten Ventileinrichtung
erheblich. Hinzu kommt, daß bei der bekannten Steuervorrichtung die Betätigung des
Zweiwegeventils mit Hilfe eines zweiten Zweiwegeventils erfolgt, das elektromagnetisch
gesteuert wird.
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Die Erfindung hat sich die Aufgabe gestellt, eine Ventileinrichtung
der eingangs angegebenen Art derart auszuführen, daß sich ein verringerter Platzbedarf
für die Umschalteinrichtung und ein günstigeres Betriebsverhalten mit besonders
geringer Drosselung des Verdichters ergibt.
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Nach der Erfindung wird die gestellte Aufgabe gelöst durch ein im
Nebenschluß liegendes druckgesteuertes Absperrventil und ein vor der Drucksammelleitung
angeordnetes Rückschlagventil, wobei in an sich bekannter Weise eine Steuerleitung
vorgesehen ist, die von der Drucksammelleitung über eine Drosselstelle und ein von
einer Betriebsgröße des Kompressors gesteuertes zweites Absperrventil zur Saugseite
führt, und daß der Arbeitsraum des druckgesteuerten Absperrventils zwischen der
Drosselstelle und dem zweiten Absperrventil liegt.
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Bei der erfindungsgemäßen Ventileinrichtung sind somit die Zweiwegeventile
der bekannten Vorrichtung durch einfache Absperrventile ersetzt, und im Hauptförderstrom
des Verdichters vor der Drucksammelleitung liegt nur noch ein Rückschlagventil,
das sich ohne weiteres mit genügend großem Durchlaßquerschnitt ausbilden läßt, ohne
daß dafür ein besonders großer Platzbedarf erforderlich wäre. Das druckgesteuerte
Absperrventil liegt bei der erfindungsgemäßen Ventileinrichtung im Nebenschluß.
Abgesehen davon, daß es wegen der Ausbildung als Absperrventil an sich schon einfacher
ist, braucht es auch nicht besonders groß ausgeführt zu sein, da ein zu kleiner
Durchlaßquerschnitt höchstens dazu führt, daß eine gewisse Rest-Förderleistung auch
bei geöffnetem Nebenschluß bestehenbleibt; diese Erscheinung kann normalerweise
ohne Nachteile in Kauf genommen werden, da der Zylinder, der keine Ventileinrichtung
aufweist, sowieso in die Drucksammelleitung fördert. Auch die Steuerung des im Nebenschluß
liegenden druckgesteuerten Absperrventils ist bei der erfindungsgemäßen Ventileinrichtung
infolge der Verwendung eines zweiten Absperrventils und einer Drosselstelle statt
eines Dreiwegeventils vereinfacht; die Anordnung ist dabei so getroffen, daß der
den Steuerdruck hervorrufende, über die Drosselstelle geleitete Leckstrom nur bei
geöffnetem Nebenschluß vorhanden ist, wenn ohnehin die Förderleistung gedrosselt
werden soll.
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Es ist zwar schon eine Regeleinrichtung zur Mengenregulierung einer
Umlaufpumpe für eine hydraulische Verstelleiririchtung bekannt, bei der ebenfalls
eine Steuerleitung vorgesehen ist, die von der Drucksammelleitung über eine Drosselstelle
und ein von einer Betriebsgröße der Einrichtung gesteuertes zweites Absperrventil
zur Saugseite führt. Diese bekannte Regeleinrichtung konnte einen Kolbenkompressoren-Fachmann
jedoch nicht anregen, da sich die Ausführungsbeispiele auf Grund der verschiedenen
Arbeitsgebiete so stark unterscheiden, daß eine Übertragung
von
dem einen Arbeitsgebiet auf das andere ohne weiteres nicht möglich ist.
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Die Erfindung wird im folgenden an Hand eines Ausführungsbeispiels
näher beschrieben, das in den Zeichnungen dargestellt ist.
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F i g. 1 zeigt eine teilweise geschnittene Darstellung eines mit einem
Nebenschluß versehenen Zylinders eines Mehrzylinder-Kolbenverdichters bei geschlossenem
Nebenschluß; F i g. 2 entspricht F i g. 1, zeigt jedoch die Anordnung bei geöffnetem
Nebenschluß.
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In den Figuren ist die zu einem Zylinder 11 eines Verdichters
10 gehörige erfindungsgemäße Steuervorrichtung erläutert. Die übrigen Zylinder
des Verdichters, von denen mindestens einer ohne Nebenschluß ausgeführt ist, sind
in den Figuren nicht dargestellt. Auf dem Zylinder 11 ist mit Schrauben 13 ein Zylinderkopf
12 befestigt; zwischen Zylinderkopf und Zylinder befindet sich eine Ventilplatte
15 mit Zylinderkopfdichtungen 16 und 17. In der Ventilplatte sind eine Auslaßöffnung
18 und eine Ansaugöffnung 19 vorgesehen, die mit einem Auslaßventil 20 bzw.
einem Einlaßventil21 versehen sind. Beim Ansaughub des Kolbens 14 wird Gas aus der
Ansaugsammelleitung 22 durch eine mit dieser verbundene Ansaugkammer 30, eine mit
der Ansaugkammer 30 über eine (nicht dargestellte) Verbindung verbundene
Kammer 32 und die Ansaugöffnung 19 in den Zylinder 11 gesaugt. Beim Druckhub wird
das verdichtete Gas durch die Auslaßöffnung 18 und über das Rückschlagventi124 in
die Drucksammelleitung 23 gedrückt. Das Rückschlagventil 24, welches die Auslaßkammer
29 mit der Drucksammelleitung 23 verbindet, wird von einer Feder 26, die am Aufbau
25 des Rückschlagventils abgestützt ist, in die geschlossene Stellung gedrückt.
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Der Zylinderkopf ist durch eine Zwischenwand 27 in die Auslaßkammer
29 und die Ansaugkammer 30 unterteilt. In einem Abschnitt 28 der Zwischenwand 27
ist eine Öffnung 33 vorgesehen, die die Kammern 29 und 30 miteinander verbindet.
Ein weiterer Abschnitt 31 der Zwischenwand 27 begrenzt die Kammer 32, die mit der
Ansaugsammelleitung 22 in nicht dargestellter Weise verbunden ist.
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Die Öffnung 33 in der Zwischenwand 27 ist als Ventilsitz für das druckgesteuerte
Absperrventil ausgebildet. Dieses Absperrventil hat einen als Hohlkolben ausgebildeten
Ventilkörper 34, der durch eine Feder 35 in die geöffnete Stellung gedrückt
wird. Die Feder 35 sitzt im Hohlraum des Hohlkolbens 34 und stützt sich einerseits
am Ende einer in den Hohlraum hineinragenden Federführung 36 und andererseits am
freien Ende des Hohlkolbens an einem Ring 37 ab.
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Am Zylinderkopf 12 ist mittels Schrauben 40 ein Magnetventil
38 unter Zwischenlage einer Dichtung 41 befestigt.
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Zwischen der Drucksammelleitung 23 und der Saugseite 30 verläuft
eine Steuerleitung, die aus einem Durchgang 42 in der Ventilplatte
15, einem Durchgang 43 im Körper 39 des Magnetventils, dem Arbeitsraum 44,
einer ebenfalls im Körper 39 verlaufenden Leitung 45 und einem Durchgang
50 im Zylinderkopf besteht. Im Durchgang 43 ist eine Drosselstelle 46 vorgesehen.
Zwischen den Durchgängen 42 und 43 kann ein Filter 47 enthalten sein.
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Die Steuerleitung kann mit Hilfe des vom Elektromagneten 49 gesteuerten
Ventilkörpers 48 des Magnetventils 38 geöffnet und geschlossen werden. Bei diesem
Ventil handelt es sich also um ein zweites Absperrventil; es kann durch Schwerkraft
oder durch eine (nicht dargestellte) Feder geschlossen und mit Hilfe des Elektromagneten
49 geöffnet werden. Der Elektromagnet 49 oder eine andere Antriebsvorrichtung für
das zweite Absperrventil 48 wird von einer Betriebsgröße des Kompressors gesteuert,
beispielsweise mit Hilfe eines Thermostaten oder Pressostaten, je nach den Erfordernissen
der jeweils vorliegenden Verwendung des Verdichters.
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Im Betrieb wird, da mindestens einer der Zylinder des Verdichters
ohne Nebenschluß arbeitet, in der Drucksammelleitung 23 stets Druck vorhanden sein.
Bei geschlossenem zweitem Absperrventil 48 wird sich somit in dem Arbeitsraum 44
des druckgesteuerten Absperrventils 33, 34 ein Druck aufbauen, der den Hohlkolben
34 gegen die Kraft der Feder 35 in die Schließstellung bewegt. Der dargestellte
Zylinder 11 wird dann mit voller Leistung arbeiten. Wenn das zweite Absperrventil
48 geöffnet wird, beispielsweise durch Einschaltung des Elektromagneten 49, wird
der im Arbeitsraum 44 stehende Druck über die Leitungen 45 und 50 zum Ansaugraum
30 abgebaut, da der Zustrom durch die Drosselstelle 46 zur Aufrechterhaltung eines
hohen Arbeitsdrucks im Arbeitsraum 44 nicht ausreicht. Die Feder 35 drückt dann
den Kolben 34 des im Nebenschluß liegenden Absperrventils in die geöffnete Stellung,
in welcher der Nebenschluß zwischen den Kammern 29 und 30 geöffnet ist. Der in der
Drucksammelleitung stehende Druck schließt dann das Rückschlagventil24, und der
Zylinder 11 fördert lediglich durch die Nebenschlußverbindung, solange das druckgesteuerte
Absperrventil 33, 34 geöffnet bleibt.
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In einem typischen Anwendungsfall handelt es sich bei dem Verdichter
um einen Sechszylinder-Kältemittelverdichter, bei dem je ein Zylinderpaar einen
gemeinsamen Zylinderkopf hat. Eines der Paare hat keinen Nebenschluß und keine Steuervorrichtung
und ist daher stets voll in Betrieb, so daß in der Drucksammelleitung 23 stets Druck
vorhanden ist. Wenn auf einem der drei Zylinderpaare eine Steuervorrichtung vorgesehen
ist, kann die Leistung des Verdichters um etwa ein Drittel vermindert werden; falls
zwei Zylinderpaare mit Steuervorrichtungen versehen sind, läßt sich die Verdichterleistung
um zwei Drittel herabsetzen. Im Gegensatz zu bekannten Anordnungen, die eine merkliche
Herabsetzung der an sich möglichen Verdichterleistung hervorrufen, ist bei Verwendung
der erfindungsgemäßen Steuervorrichtung bei geschlossenem Nebenschluß die volle
Förderleistung des zugehörigen Zylinders verfügbar. Überdies ist die erfindungsgemäße
Steuervorrichtung einfach aufgebaut, platzsparend und zuverlässig im Betrieb.