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HUBKOLBENVERDICHTER Die vorliegende Erfindung betrifft das Gebiet
des Verdichterbaus, insbesondere Hubkolbenverdichter.
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Die Erfindung kann bei Hubkoibenkälteverdichtern, die zum Betrieb
mit verschiedenen medien einschließlich aggressiver und explosionsgefährdeter Mittel
z.B. Freon, Ammoniak, Propan und ander bestimst sindtbei Verdichtern, bei denen
die Leistungsregelung durch gleichzeitige Abschaltung einer Zylindergruppe, insbesondere
durch paarweise Abschaltung der Zylinder erfolgt, am vorteilhaftesten angewendet
werden.
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Bekannt sind Hubkolbenverdichter, die Vorrichtungen zur Änderung
ihrer Leistung enthalten, bei denen die Regelung dank der Verwendung eines hydraulischen
oder pneumatischen Antriebs durch gleichzeitiges Abdrücken der Saugarbeitsventile
an mehreren Zylindern erfolgt.
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Die dänische Firma "Gram" stellt z.B. Hubkolbenverdichter für Kühlaggregate
her, bei denen zur Leistungsregelung eine Vorrichtung,
die an der
Außenfläche der Zylinderhülsen befindliche bewegliche federbelastete Buchsen enthält,
zum Einsatz gelangt.
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In dem oberen Teil der beweglichen Buchsen sind Stößel eingebaut die
auf die Ringplatten der Saugarbeitsventile einwirken.
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Die beweglichen Buchsen sind paarweise mit waagerechten Stangen mechanisch
verbunden, die die Kräfte der Abdrückfeder und des Oldruckes von einer Vefteilungsanlage
aufnehmen. Die Abdrückfeder und Verteilungsanlage sind am Verdichtergehäuse zwischen
den Zylindern angeordnet.
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Liegt in der Vefteilungsanlage kein Öldruck vor, der durch die ölpumpe
des Verdichters erzeugt wird, verschiebt die Abdrückfeder die waagerechten Stangen
in obere Stellung, die ihrerseits auf die beweglichen Buchsen mit Stößeln einwirken.
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Die Platten der Saugarbeitsventile von beiden Zylindern werden abgedrückt.
Durch gleichzeitiges Überstromen des Gases aus den Hohlräumen beider Zylinder in
den Saugraum des Verdichters kommt dadurch die Entlastung des Verdichters zustande.
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Bei der Beaufschlagung der Verteilungsanlage mit dem Ö1-druck wird
die Kraft der Abdrückfeder durch den Öldruck ausgegleichen0 Unter dem Einfluss der
eigenen Federn bewegen sich die beweglichen Buchsen mit Stößeln abwärts, beide Zylinder
des Verdichters treten in Tätigkeit.
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Durch die Hubkolbenverdichter, bei denen gleichzeitiges gruppenweises
(insbesondere paarweises) hydraulisches oder pneumatisches Abdrucken der Platten
der Saugarbeitsventile zur Änderung
der Leistung; verwirklicht
wird, wird die Konstruktion des Leistungsregelungssystems und des Verdichters insgesamt
wesentlich vereinfacht.
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Verdichter, die diese Vorrichtungen enthalten, weisen jedog eine
ganze Reihe von Nachteilen auf. Der hydraulische Antrieb hat bekanntlich beträchtliche
Ansprechträgheit, und der Einsatz mechanischer Stößel, die auf die Platten der Saugarbeitsventile
einwirken, setzt sowohl die Zuverlässigkeit der Vorrichtung zur Leistungsregelung
selbst als auch der Ansaugpiatten herab, wobei es nicht selten zu Brüchen der letzteren
kommt.
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Die Anwendung des hydraulischen Antriebs bei den Leistungsregelungssystemen
der Hubkolbenverdichter zwingt ferner zum Einsatz leistungsstärkerer Ölpumpen in
den Verdichtern, die einen hinreichenden Öldruck beim Abdrücken der Platten zu erzeugen
vermögen, erfordert En-twicklung und Schaffung von Sondergeräten und -mechanismen
für das Steuerungssystem der Vorrichtungen zur Leistungsänderung.
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Neben den Verdichtern, bei denen die Leistungsregelung durch Vorrichtungen
erfolgt, die die Platten der Saugarbeitsventile hydraulisch oder pneumatisch abdrücken,
sind auch Verdichter bekannt, die Vorrichtungen zur Leistungsänderung aufweisen,
welche einen Elektromagnetantrieb verwenden.
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Bekannt ist z.B. ein Hubkolbenverdichter, bei dem die Vorrichtung
zur Leistungsregelung (deutsche Patentschrift Nr.
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636 470j eine oder zwei Magnetspulen enthält, die auf eine oder
zwei
Ringplatten des Saugarbeitsventils einwirken. Die Dlagnetspulen sind entweder im
Medium des Arbeitsstoffes angeordnet oder durch den Spulenträger und einen nichtmagnetischen
Schirm davon getrennt. Die Platten des Saugarbeitsventils weisen Hubbegrenzer der
Platten auf, die gleichzeitig Pole des Elektroen, magnet bilden. Beim Anlegen einer
Betriebsspannung an die Spulenwicklung entsteht ein Magnetfeld, das auf dem Eisenkörper
über die Ansaugplatten geschlossen wird, wobei es diese gegen die Hubbegrenzer der
Platten drückt. Durch offene Einlaßöffnungen strömt das Gas aus dem Zylinder in
den Saugraum über.
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Die mit diesen Vorrichtungen versehenen Hubkolbenverdichter unterscheiden
sich günstig von den ilubkolbenverdichtern, bei denen die Vorrichtungen zu deren
Leistungsregelung einen hydraulischen oder pneumatischen Antrieb zum Abdrücken der
Platten der Saugarbeitsventile benutzen, durch praktisch trägheitsfreien Betrieb
und Nichtvorhandensein zusätzlicher Zwischenglieder, die auf die Platten der Ventile
(Stößel) einwirken. Die Eubkolbenverdichtert die elektromagnetische Vorrichtungen
zu ihrer Leistungsregelung enthalten, entbehren jedoch auch nicht einer ganzen Reihe
von Nachteilen. Im einzelnen kann bei diesen Verdichtern keine garantierte Dichtigkeit
der Magnetspule in der Vorrichtung zur Leistungsregelung gewährleistet werden, was
es nicht gestattet, die Vorrichtung im Betrieb mit explosionsgefäht deten und korrosionsbildenden
Mitteln einzusetzen. Das Vorhanden sein stromführender Verbindungen im Verdichter
und hermetisieren
der Elektroden verstärkt noch mehr die Unmöglichkeit
des Einsatzes dieser Vorrichtung mit aggressiven und explosionsgefahi deten Stoffen,
wobei die Bauart des Verdichters komplizierter wird. Beim Ausfall der Spule muß
der Verdichter zu deren Austausch abgestellt, undicht gemacht und teilweise auseinandergenommen
werden.
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Versuche, die obenerwähnten Nachteile zu beseitigen, führten zur
Schaffung eines Hubkolbenverdichters, bei dem die Vorrih tung zur Leistungsregelung
(Patentanmeldung Nr. P2302250.6 in BRD vom 18. Januar 1973, Patentanmeldung Nr.
015098/1973 in Japan vom 6. Februar 1973) eine Magnetspule enthält, die das Saugarbeitsventil
steuert. Diese Spule ist an der Außenseite des Verdichtergehäuses angeordnet und
über den Eisenkörper mit dem Saugarbeitsventil verbunden. Der Eisenkörper ist durch
Verdichtergehäuse, Zylinder und Gehäuse des Druckarbeitsventils gebildet.
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Beim Anlegen der Speisespannung an die Magnetspule wird die Platte
des Saugarbeitsventils zwangsläufig festgehalten und somit der Zylinder entlastet.
Es entsteht ein über den Eisenkörper gerichteter Magnetfluß, der über das Gehäuse
des Saugarbeitsventils geschlossen wird. Die dabei auftretende Durchflutung drückt
die Platten des Saugarbeitsventils ab.
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Bei dem mit dieser Vorrichtung versehenen Hubkolbenverdichter ist
vollständige Dichtigkeit der Spulenwicklung gesichert, was dem Verdichter die Möglichkeit
bietet, mit explosionsgefährdeten
und aggressiven Mitteln zu arbeiten.
Beim Austausch der Magnetspule braucht der Verdichter nicht abgestellt und undicht
gemacht zu werden, und die Bauart des Verdichters wird aufgrund der Anwendung von
Einzelteilen und Baugruppen des Verdichters als Eisenkörper vereinfacht.
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Bei dem Hubkolbenverdichter mit der bekannten Vorrichtung zur Leistungsregelung
ebenso wie bei dem mit der gemaß deutscher Patentschrift Nr. 636 470 vorgeschlagenen
Vorrichtung ausgerüsteten Verdichter wird aber jeder der Verdichterzylinder durch
en eine Einzelspule des Elektromagnetentlastet, was es nicht erlaubt, mehrere Saugarbeitsventile
von verschiedenen Verdichter zylindern gleichzeitig zu steuern.
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Dies kompliziert die Bauart des Verdichters, erfordert beträchtlichen
Leiteraufwand, erhöht Abmessungen und Gewicht des Verdichters.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Hubkolbenverdichter
zu schaffen, bei dem die Vorrichtung zu dessen Leistungsregelung durch eine einzige
Magnetspule zugleich mehrere Verdichterzylinder zu entlasten vermag.
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Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß in dem Hubkolbenverdichter
mit Zylinderblock, bei dem die Vorrichtung zur Leistungsregelung des Hubkolbenverdichters
in Form einer Magnetspule ausgeführt ist, die sich an der Außenseite des Deckels
des Zylinderblocks befindet und das Saugventil des Zylinders vom Zylinderblock über
einen Eisenkörper steuert, erfindungsgemäß der
Eisenkörper mit jedem
Saugventil des Zylinders vom Zylinder block in Verbindung steht und durch den Deckel
des Zylinderblocks, den Zylinderblock und das Druckventil des Zylinderblocks gebildet
ist, wobei eine nichtmagnetische Zwischenlage zwischen dem Deckel des Zylinderblocks
und dem Zylinderblock angeordnet wird.
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Diese Ausführung des Hubkolbenverdichters, der mit einer elektromagnetischen
Vorrichtung zur Leistungsregelung versehen ist, bietet die Möglichkeit, mehrere
Saugventile von verschiedenen Zylindern des gleichen Zylinderblocks durch eine einzige
Magnetspule simultan zu steuern, was aufgrund von zumindest zweifacher Reduzierung
der Anzahl von Elagnetspulen die Bauart des Verdichters sowie die Systeme der Speisespannungssufuhr
und die Koniiguration des Eisenkörpers beträchtlich vereinfacht.
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Zugleich nehmen dabei die Außenmaße und das Gewicht des Verdichters
ab.
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Bei der Stromzufuhr an die Wicklung der Xagnetspule entsteht ein
über den Eisenörper gerichteter Magnetfluß, der tber die Platten der Saugventile
geschlossen wird. Die dabei auftretende Durchflutung ermöglicht das Festhalten der
Platten der Saugventile.
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Äls Eisenkörper sind die aus einem magnetisch leitenden Werkstoff
ausgeführten Einzelteile und Baugruppen des Verdichters verwendet. Das Magnetfeld
wird über den Zylinderblock, den Deckel des Zylinderblocks und die Druckventile
gerichtet, wobei kein zusätzlicher Eivenkörper geschaffen werden muß.
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Durch solch eine technische Lösung wird die Bauart des Hubkolbenverdichters
wesentlich vereinfacht.
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Bei der Durchfbhrung der gleichzeitigen Steuerung von mehre ren Saugventilen
des Zylinderblocks des Verdichters durch eine einzige Magnetspule durchsetzt der
Magnetfluß sämtliche Platten der Saugventile des Zylinderblocks. Um ein Schließen
des Magnetfeldes außerhalb der Ventilpiatten zu vermeiden und einen gerichteten
Magnetfluß zu erzeugen, ist zu diesem Zweck eine nichtmagnetische Zwischenlage zwischen
dem Deckel des Zylinderblocks und dem Verdichtergehäuse angeordnet.
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In diesem Fall nimmt der Wirkungsgrad der Durchflutung der Magnetspule
zu, die Streuung des Magnetflusses sowie die Verluste des Magnetfeldes an Stoßstellen
der Einzelteile des Verd=t ters werden geringer. Außerdem bietet diese konstruktive
Ausführung die Möglichkeitt die Fertigung des Verdichters zu vereinfachen.
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Nachstehend werden andere Merkmale und Vorteile der Erfindung anhand
eines Ausführungsbeispiels und der zugehörigen Zeichnungen näher erläutertt es zeigen
Fig. 1 einen Teil des erfindungsgemäßen Hubkolbenverdichters mit der Vorrichtung
zu dessen Leistungsregelung, Fig. 2 ein Schema des erfindungsgemäßen Hubkolbenverdichtet
mit der Vorrichtung zur Leistungsregelung.
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Der Hubkolbenverdichter mit Zylinderblock enthält einen Zylinderblock
I (Fig. I) des Verdichters mit dem Deckel 2 des
Zylinderblocks
I und eine Vorrichtung zu dessen Leistungsregelung. Innerhalb des Zylinderblocks
I befinden sich Zylinder 3 und 4. Der Zylinder 3 hat ein Saugarbeitsventil 5 und
ein Druckarbeitsventil 6. Der Zylinder 4 hat ein Saugarbeitsventil 7 und ein Druckarbeitsventil
8.-Die Saugventile 5 und 7 enthalten Ringplatten 9 bzw. 10. Oberhalb der Ringplatten
9 und 10 der Saugventile 5 und 7 sind Rückholfeder II und 12 angeordnet.
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Die Ringplatte 9 sperrt Saugöffnungen 13 und die Ringplatte 10 Saugöffnungen
14 abO Die Saugöffnungen 13 und 14 stehen mit dem Saugraum 15 des Verdichters in
Verbindung. An der Außenseite weist der Deckel 2 des Zylinderblowks 1 eine Ringnut
16 auf.
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In dieser Ringnut 16 befindet sich die Vorrichtung zur Leistungsregelung,
die in Form einer WIagnetspule 17 ausgeführt ist, die über einen Eisenkörper mit
jedem Saugventil 5 und 7 in Verbindung steht. Der Eisenkörper setzt sich aus dem
Deckel 2 des Zylinderblocks, dem Zylinderblock I und den Gehäusen 18 und 19 der
Druckventile 6 und 8 zusammen.
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Zur Erzeugung eines gerichteten Magnetfeldes ist der Deckel 2 des
Zylinderblocks 1 durch eine nichtmagnetische Zwischenlage 20 von dem Zylinderblock
1 getrennt. Die Magnetspule 17 ist mit einem nichtmagnetischen Deckel 21 abgeschlossen.
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In diesem Fall nimmt der Wirkungsgrad der Durchflutung der Ragnetspule
17 zu, der Magnetfluß wird weniger gestreut.
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Der Hubkolbenverdichter arbeitet wie folgt.
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Zur Herabsetzung der Verdichterleistung wird die Speisespannung der
Wicklung der MßOnetspule 17 zugeführt. Es entsteht ein Magnetfeld, dessen Kraftlinien
gestrichelt in Fig. 2 dargestellt sind. Das Magnetfeld läuft durch den Zylinderblock
1, die Gehäuse 18 und 19 der Druckventile 6 und 8, den Deckel 2 des Zylinderblocks
1 durch und wird über die Platten 9 und 10 der Saugventile 5 und 7 geschlossen.
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Die auftretende Durchflutung drückt die Platten 9 und 10 ab, wobei
sie die Kräfte der Rückholfeder II und 12 überwindet. Die Platten 9 und 10 werden
zwangsläufig abgedrückt, worauf das Überströmen des Gases aus den Arbeitsräumen
der beiden Zylinder 3 und 4 in den Saugraum 15 des Verdichters über die Saugöffnungen
13 und 14 erfolgt. Die Leistung des Verdichters nimmt ab.
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Bei der Wegnahme der Speisespannung von der Wicklung der Magnetspule
17 liegt keine Durchflutung vor, der Verdichter arbeitet mit Volleistung.