DE19912926A1 - Kolbenverdichter für Kältemittel - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Kolbenverdichter für Kältemittel mit einem Verdichtergehäuse (10), mit mehreren im Verdichtergehäuse (10) angeordneten Zylindern (12) und mit motorisch angetriebenen, in den Zylindern (12) eine oszillierende Hubbewegung ausführenden, druckseitig einen pulsierenden Kältemittelstrom erzeugenden Kolben (18). Die Zylinder (12) werden von einem Zylinderkopf (20) übergriffen, der saugseitig und druckseitig angeordnete Arbeitsventile (44, 46) aufweist. Um akustische Emissionen wirksam zu dämpfen, wird gemäß der Erfindung vorgeschlagen, daß innerhalb des durch das Verdichtergehäuse (10) und den Zylinderkopf (20) begrenzten, von dem Kältemittel durchströmten druckseitigen Raums mindestens ein Gaspulsationsdämpfer (48, 50, 52) angeordnet ist.

Description

Die Erfindung betrifft einen Kolbenverdichter für Käl­ temittel mit einem Verdichtergehäuse, mit mehreren im Verdichtergehäuse angeordneten Zylindern und mit moto­ risch angetriebenen, in den Zylindern eine oszillieren­ de Hubbewegung ausführenden, druckseitig einen pulsie­ renden Kältemittelstrom erzeugenden Kolben, mit einem die Zylinder übergreifenden Zylinderkopf und mit im Zy­ linderkopf saugseitig und druckseitig angeordneten Ar­ beitsventilen.

Derartige Kolbenverdichter sind in der Regel als offene oder als halbhermetische Verdichter ausgeführt. Offene Kolbenverdichter sind Verdichter, deren Antriebsmotor nicht vom Kältemittel berührt wird. Die Kurbelwelle des Verdichters wird direkt oder über ein Getriebe oder auch über Keilriemen von einem externen Motor angetrie­ ben. Unter einem halbhermetischen Verdichter versteht man hingegen eine Kombination eines Verdichters mit ei­ nem Antriebsmotor, die sich beide in einem gemeinsamen, kältemitteldichten Gehäuse mit abnehmbaren Montageöff­ nungen befinden. Es ist keine nach außen führende Welle oder Wellenabdichtung vorhanden und der Motor arbeitet in einem Gemisch aus Öl und Kältemitteldampf.

Bedingt durch die getaktete Arbeitsweise des Verdich­ ters tritt druckseitig, d. h. stromaufwärts der druck­ seitig angeordneten Arbeitsventile (Auslaßventile), ein pulsierender Kältemittelstrom auf, der zu starken aku­ stischen Emissionen führen kann, die die Hauptlärmquel­ le des Verdichters darstellen. Insbesondere durch die heute bevorzugte Leichtbauweise durch Verwendung von Aluminiumlegierungen als Gehäusematerial findet inner­ halb des Verdichtergehäuses nur eine unzureichende Dämpfung der erzeugten Pulsationsschwingungen statt. Zusätzlich können sich in der Druckleitung zwischen dem Verdichter und dem zum Kältekreislauf gehörenden Ver­ flüssiger stehende Druckwellen ausbilden, die ebenfalls zu einer störenden Geräuschentwicklung führen. Aus die­ sem Grund wurde bereits versucht, in der Druckleitung zwischen dem Verdichter und dem Verflüssiger einen Pulsations- oder Schalldämpfer einzubauen, um die Aus­ bildung von stehenden Druckwellen zu verhindern und auf diese Weise die Geräuschentwicklung zu vermindern. Ein wesentlicher Nachteil dieser Lösung besteht darin, daß der Schalldämpfer vergleichsweise weit weg vom Entste­ hungsort der Druckpulsationen, d. h. weit weg vom Aus­ laßventil im Zylinderkopf des Verdichters, angeordnet ist, so daß eine Schallemission nicht gänzlich verhin­ dert wird. Ein weiterer Nachteil besteht darin, daß diese Art von Schalldämpfer als externes Bauteil ein eigenes, relativ großes Gehäuse erfordern, das nicht nur zusätzliche Materialkosten verursacht, sondern auch einen Gewichtsnachteil mit sich bringt. Auch hinsicht­ lich der Dichtheit lassen die externen Schalldämpfer zu wünschen übrig.

Ausgehend hiervon besteht die Aufgabe der Erfindung darin, einen Kolbenverdichter bereitzustellen, der eine möglichst geringe Schallemission bei kompaktem Aufbau und reduzierten Herstellungskosten aufweist.

Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe durch die Merk­ malskombination des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteil­ hafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.

Die Erfindung geht vor allem von dem Gedanken aus, daß eine Schallemission aufgrund von Druckpulsationen des komprimierten Kältemittels besonders wirksam dann ver­ hindert werden kann, wenn ein Pulsationsdämpfer mög­ lichst nah am Entstehungsort der Druckpulsationen ange­ ordnet ist. Gemäß der Erfindung ist daher innerhalb des durch das Verdichtergehäuse und den Zylinderkopf be­ grenzten, von dem Kältemittel durchströmten druckseiti­ gen Raums mindestens ein Gaspulsationsdämpfer angeord­ net. Der Pulsationsdämpfer ist also in den Kolbenver­ dichter selbst integriert, so daß aufgrund der relati­ ven Nähe zum Druckerzeugungsort (Auslaßventil) ein ho­ her Wirkungsgrad bei kompakter Baugröße erreicht wird. Ein eigenes Gehäuse für den Pulsationsdämpfer ist nicht erforderlich, da entsprechende Verdichtergehäusewände diese Aufgabe übernehmen.

Gemäß einer ersten bevorzugten Ausgestaltung der Erfin­ dung ist der Gaspulsationsdämpfer in einem auf der ge­ meinsamen Druckseite aller Zylinder angeordneten, die Gehäusewand des Verdichtergehäuses durchdringenden Strömungskanal angeordnet. Es kommt demnach ein einzi­ ger Gaspulsationsdämpfer zum Einsatz, der beispielswei­ se bei Kolbenverdichtern in V-Bauweise im druckseitigen Strömungskanal im "V" des Verdichtergehäuses angeordnet wird.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Er­ findung ist der Gaspulsationsdämpfer in einem auf der gemeinsamen Druckseite aller Zylinder den Zylinderkopf durchsetzenden Strömungsraum angeordnet. Bei Kolbenver­ dichtern in Reihenbauweise ist dann ein einziger Gas­ pulsationsdämpfer erforderlich, während bei Kolbenver­ dichtern in V-Bauweise zwei derartige Gaspulsations­ dämpfer zum Einsatz kommen, von denen je einer einer Zylinderbank zugeordnet ist.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Er­ findung ist je einer der Gaspulsationsdämpfer in einem innerhalb der druckseitigen Arbeitsventile angeordneten Strömungskanäle angeordnet. Für jeden Zylinder wird hierbei ein Gaspulsationsdämpfer verwendet, der direkt in die Ventilplatte des Zylinderkopfes integriert ist.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Er­ findung ist je einer der Gaspulsationsdämpfer in einem den druckseitigen Arbeitsventilen zugeordneten Strö­ mungsraum des Zylinderkopfs angeordnet. Auch bei dieser Variante kommt je ein Gaspulsationsdämpfer für jeden Zylinder zum Einsatz, wobei der Dämpfer dann in der je­ weiligen Auslaßkammer des Zylinderkopfes angeordnet ist.

Kolbenverdichter offener und halbhermetischer Bauart weisen in der Regel ein am Druckausgang des Verdichter­ gehäuses angeordnetes Druckabsperrventil auf, mit dem der Kolbenverdichter zu Transport- oder Wartungszwecken gegenüber der Atmosphäre oder dem Kältekreislauf abge­ sperrt werden kann. Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist daher vorgesehen, daß der Gaspulsationsdämpfer in einem innerhalb des Druck­ absperrventils angeordneten Strömungskanal angeordnet ist.

Der Gaspulsationsdämpfer selbst läßt sich auf verschie­ dene Weisen realisieren. Gemäß einer ersten Variante ist der Gaspulsationsdämpfer durch mehrere, jeweils ei­ ne Umlenkung des Kältemittelstroms bewirkende Leit- und/oder Prallflächen gebildet. Alternativ kann der Gaspulsationsdämpfer mehrere entlang einem Strömungska­ nal im Abstand voneinander angeordnete Querschnittser­ weiterungen und/oder Querschnittsverengungen aufweisen, die alternierend eine höhere und geringere Strömungsge­ schwindigkeit des Kältemittelstroms bewirken, so daß eine Dämpfung der Druckpulsationen erreicht wird. Hier­ bei kann der Gaspulsationsdämpfer durch ein in einen Strömungsraum oder -kanal eingesetztes, die Quer­ schnittserweiterungen und/oder -verengungen bildendes Strukturelement gebildet sein. Das Strukturelement ist bevorzugt als Metall-Formteil ausgebildet, kann aber auch als Kunststoff-Formteil ausgebildet sein, wobei dann ein temperatur-, kältemittel- und ölbeständiger Kunststoff verwendet werden sollte.

Der Gaspulsationsdämpfer soll zwar einerseits die Druckpulsationen des Kältemittelstroms dämpfen, ande­ rerseits jedoch nicht als Ölabscheider für das von dem Kältemittelstrom mitgeführte Schmieröl wirken. Da der Kolbenverdichter im Betrieb eine feste Einbaulage auf­ weist, kann in bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen sein, daß der Strömungskanal im wesentlichen horizontal ausgerichtet ist und daß die Querschnittser­ weiterungen sich von der Unterkante des Strömungskanals entgegen der Schwerkraftrichtung nach oben erstrecken. Der Strömungskanal stellt somit den tiefsten Punkt des Gaspulsationsdämpfers dar, so daß sich kein Schmieröl in den Querschnittserweiterungen ansammeln kann.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Er­ findung weist der Gaspulsationsdämpfer mehrere entlang einem Strömungskanal im Abstand voneinander angeordnete querschnittsverengende Lochscheiben auf.

In besonders einfacher Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß das die Querschnittserweiterungen und/oder -verengungen bildende Strukturelement als Ma­ schendraht ausgebildet ist, der in einem druckseitigen Strömungsraum des Zylinderkopfs angeordnet sein kann.

Der erfindungsgemäße Kolbenverdichter wird bevorzugt als Kältemittelverdichter für Klimaanlagen in Omnibus­ sen oder für die Transportkühlung in Lastkraftwagen verwendet.

Im folgenden wird die Erfindung anhand von in der Zeichnung schematisch dargestellten Ausführungsbeispie­ len näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 eine Querschnittsansicht eines Kolbenverdich­ ters im Bereich eines Zylinders mit einer er­ sten Ausführungsform eines Gaspulsationsdämp­ fers;

Fig. 2 eine Ansicht entsprechend Fig. 1 mit einer al­ ternativen Ausführungsform des Gaspulsations­ dämpfers;

Fig. 3 eine Ansicht entsprechend Fig. 1 mit einer weiteren alternativen Ausführungsform des Gaspulsationsdämpfers; und

Fig. 4 eine Ansicht entsprechend Fig. 3 mit einer al­ ternativen Anordnung des Gaspulsationsdämp­ fers.

Der in der Zeichnung schematisch dargestellten Kolben­ verdichter besteht im wesentlichen aus einem Verdich­ tergehäuse 10, mehreren im Verdichtergehäuse 10 ange­ ordneten Zylindern 12, einer auf beiden Stirnseiten im Verdichtergehäuse 10 gelagerten Kurbelwelle 14, mehre­ ren mit der Kurbelwelle durch Pleuel 16 verbundenen Kolben 18, die in den Zylindern 12 eine oszillierende Hubbewegung ausführen, sowie einem die Zylinder 12 übergreifenden Zylinderkopf 20. Das Verdichtergehäuse 10 weist saugseitige und druckseitige Strömungskanäle 22, 24 auf, wobei Kältemittel beim Saugtakt des Kolben­ verdichters durch den Strömungskanal 22 in die Zylinder 12 angesaugt wird und beim Kompressionstakt des Ver­ dichters durch den Strömungskanal 24 ausgestoßen wird.

Der Zylinderkopf 20 besteht aus einem Ventildeckel 26 und einer Ventilplatte 28. Der Ventildeckel 26 und die Ventilplatte 28 begrenzen einen saugseitigen Raum 30 und einen davon durch eine Trennwand 32 druckdicht ge­ trennten druckseitigen Raum 34. Die Ventilplatte 28 weist saugseitig eine Durchströmöffnung 36, durch die der saugseitige Raum 30 des Zylinderkopfs 20 mit dem saugseitigen Strömungskanal 22 kommuniziert, sowie eine Ventilbohrung 38, durch die Kältemittel aus dem saug­ seitigen Raum 30 in den Zylinder 12 angesaugt wird, auf. Entsprechend weist die Ventilplatte 28 auf der Druckseite eine Ventilbohrung 40, durch die Kältemittel beim Verdichtungstakt in den druckseitigen Raum 34 ge­ drückt wird, und eine Durchströmöffnung 42, die mit dem druckseitigen Strömungskanal 24 kommuniziert, auf. Die Arbeitsventile 44, 46 sind an der Ventilplatte 28 befe­ stigt und bei den in der Zeichnung dargestellten Aus­ führungsbeispielen als einseitig eingespannte Lamellen­ ventile ausgebildet. Alternativ können die Arbeitsven­ tile als selbsttätige Ring-Ein- und Auslaßventile aus­ gebildet sein und es kann eine Splitterschutzeinrich­ tung auf der Ansaugseite vorgesehen sein. Eine derarti­ ge Ausbildung der Ventilplatte ist insbesondere für ho­ he Anforderungen bei hohen Drehzahlen im Klimabereich geeignet.

Im folgenden werden die verschiedenen dargestellten Ausführungsvarianten der Gaspulsationsdämpfer näher er­ läutert:
Bei dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel ist je ein Gaspulsationsdämpfer in dem druckseitigen Raum 34 des Zylinderkopfs 20 angeordnet. Der Gaspulsations­ dämpfer ist hier durch mehrere, jeweils eine Umlenkung des Kältemittelstroms bewirkende Leit- und/oder Prall­ flächen 48 gebildet. Die mehrfache Umlenkung des Kälte­ mittelstroms führt dabei zu einem Abbau der Druckspit­ zen und damit zu einer Dämpfung der akustischen Emis­ sionen.

Der in Fig. 2 dargestellte Gaspulsationsdämpfer besteht aus einer Reihe im Abstand voneinander angeordneten Lochscheiben 50, die aufeinanderfolgende Querschnitts­ verengungen und Querschnittserweiterungen der Strö­ mungsstrecke darstellen, wodurch aufgrund der entspre­ chend dem jeweiligen Querschnitt unterschiedlichen Strömungsgeschwindigkeiten eine Dämpfung der Gaspulsa­ tionen erreicht wird. Auch bei diesem Ausführungsbei­ spiel ist jeweils ein Gaspulsationsdämpfer in jedem druckseitigen Raum des Zylinderkopfs angeordnet.

Der in Fig. 3 dargestellte Gaspulsationsdämpfer ist in der druckseitigen Durchströmöffnung 42 der Ventilplatte 28 angeordnet. Grundsätzlich kann ein entsprechend di­ mensionierter Gaspulsationsdämpfer auch in der Ventil­ bohrung 40 der Ventilplatte 28 angeordnet sein. Dieser Gaspulsationsdämpfer ist durch ein Metall- oder Kunst­ stoff-Formteil 52 gebildet, das ähnlich wie der in Fig. 2 dargestellte Gaspulsationsdämpfer mehrere in Strö­ mungsrichtung im Abstand voneinander angeordnete Quer­ schnittserweiterungen und Querschnittsverengungen auf­ weist.

Der in Fig. 4 dargestellte Gaspulsationsdämpfer ist ebenso wie der in Fig. 3 dargestellte Dämpfer als Form­ teil aus Metall oder Kunststoff ausgebildet. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist jedoch nur ein einziger Dämpfer für sämtliche Zylinder vorgesehen, der auf der gemein­ samen Druckseite aller Zylinder in dem die Gehäusewand des Verdichtergehäuses 10 durchdringenden Strömungska­ nal 24 angeordnet ist. Der Strömungskanal des Dämpfers ist hier im wesentlichen horizontal ausgerichtet und bildet den tiefsten Punkt des Dämpfers, so daß sich kein Schmieröl in den Querschnittserweiterungen ansam­ meln kann.

Zusammenfassend ist folgendes festzustellen: Die Erfin­ dung betrifft einen Kolbenverdichter für Kältemittel mit einem Verdichtergehäuse 10, mit mehreren im Ver­ dichtergehäuse 10 angeordneten Zylindern 12 und mit mo­ torisch angetriebenen, in den Zylindern 12 eine oszil­ lierende Hubbewegung ausführenden, druckseitig einen pulsierenden Kältemittelstrom erzeugenden Kolben 18. Die Zylinder 12 werden von einem Zylinderkopf 20 über­ griffen, der saugseitig und druckseitig angeordnete Ar­ beitsventile 44, 46 aufweist. Um akustische Emissionen wirksam zu dämpfen, wird gemäß der Erfindung vorge­ schlagen, daß innerhalb des durch das Verdichtergehäuse 10 und den Zylinderkopf 20 begrenzten, von dem Kälte­ mittel durchströmten druckseitigen Raums mindestens ein Gaspulsationsdämpfer angeordnet ist.

Claims (16)

1. Kolbenverdichter für Kältemittel mit einem Verdich­ tergehäuse (10), mit mehreren im Verdichtergehäuse (10) angeordneten Zylindern (12) und mit motorisch angetriebenen, in den Zylindern (12) eine oszillie­ rende Hubbewegung ausführenden, druckseitig einen pulsierenden Kältemittelstrom erzeugenden Kolben (18), mit einem die Zylinder (12) übergreifenden Zylinderkopf (20) und mit im Zylinderkopf saugsei­ tig und druckseitig angeordneten Arbeitsventilen (44, 46), dadurch gekennzeichnet, daß innerhalb des durch das Verdichtergehäuse (10) und den Zylinder­ kopf (20) begrenzten, von dem Kältemittel durch­ strömten druckseitigen Raums mindestens ein Gaspulsationsdämpfer (48, 50, 52) angeordnet ist.

2. Kolbenverdichter nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Gaspulsationsdämpfer (48, 50, 52) in einem auf der gemeinsamen Druckseite aller Zy­ linder (12) angeordneten, die Gehäusewand des Ver­ dichtergehäuses (10) durchdringenden Strömungskanal (24) angeordnet ist.

3. Kolbenverdichter nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Gaspulsationsdämpfer (48, 50, 52) in einem auf der gemeinsamen Druckseite aller Zy­ linder (12) den Zylinderkopf (20) durchsetzenden Strömungsraum angeordnet ist.

4. Kolbenverdichter nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß je einer der Gaspulsationsdämpfer (48, 50, 52) in einem innerhalb der druckseitigen Arbeitsventile (46) angeordneten Strömungskanäle (40) angeordnet ist.

5. Kolbenverdichter nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß je einer der Gaspulsationsdämpfer (48, 50, 52) in einem den druckseitigen Arbeitsven­ tilen (46) zugeordneten Strömungsraum (34) des Zy­ linderkopfs (20) angeordnet ist.

6. Kolbenverdichter nach Anspruch 1 mit einem am Druckausgang des Verdichtergehäuses angeordneten Druckabsperrventil, dadurch gekennzeichnet, daß der Gaspulsationsdämpfer (48, 50, 52) in einem inner­ halb des Druckabsperrventils angeordneten Strö­ mungskanal angeordnet ist.

7. Kolbenverdichter nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Gaspulsationsdämp­ fer durch mehrere, jeweils eine Umlenkung des Käl­ temittelstroms bewirkende Leit- und/oder Prallflä­ chen (48) gebildet ist.

8. Kolbenverdichter nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Gaspulsationsdämp­ fer (50, 52) mehrere entlang einem Strömungskanal im Abstand voneinander angeordnete Querschnittser­ weiterungen und/oder Querschnittsverengungen auf­ weist.

9. Kolbenverdichter nach Anspruch 8, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Gaspulsationsdäinpfer durch ein in einen Strömungsraum (34) oder -kanal (24) einge­ setztes, die Querschnittserweiterungen und/oder -verengungen bildendes Strukturelement (52) gebildet ist.

10. Kolbenverdichter nach Anspruch 9, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Strukturelement (52) als Metall- Formteil ausgebildet ist.

11. Kolbenverdichter nach Anspruch 9, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Strukturelement (52) als Kunst­ stoff-Formteil ausgebildet ist.

12. Kolbenverdichter nach einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Strömungskanal (24) im wesentlichen horizontal ausgerichtet ist und daß die Querschnittserweiterungen sich von der Unter­ kante des Strömungskanals entgegen der Schwerkraft­ richtung nach oben erstrecken.

13. Kolbenverdichter nach einem der Ansprüche 8 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Gaspulsationsdämp­ fer mehrere entlang einem Strömungskanal im Abstand voneinander angeordnete querschnittsverengende Lochscheiben (50) aufweist.

14. Kolbenverdichter nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Strukturelement als Maschendraht ausgebildet ist.

15. Kolbenverdichter nach Anspruch 14, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Maschendraht in einem druckseiti­ gen Strömungsraum (34) des Zylinderkopfs (20) ange­ ordnet ist.

16. Verwendung eines Kolbenverdichters nach einem der Ansprüche 1 bis 15 als Kältemittelverdichter für Klimaanlagen in Omnibussen oder für die Transport­ kühlung in Lastkraftwagen.