DE2526175C2 - Einrichtung zum Regeln eines parallel- und außenachsigen Rotationskolbenverdichters mit Kämmeingriff - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zum Regeln eines parallel- und außenachsigen Rotationskolbenverdichters mit Kämmeingriff zwischen einem Schraubenrippenrotor und einem Schraubennutenrotor, deren Rippen bzw. Nuten Umschlingungswinkel von weniger als 360' aufweisen, mit zwei sich schneidenden achsparallelen, zylindrischen Gehäusebohrungen zur Bildung eines die Rotoren aufnehmenden Arbeitsraumes, der von dichtend an die Rotoren anschließenden Endwänden begrenzt ist, die einen Einlaß- und einen Auslaßkanal enthält, welche in den Arbeitsraum auf verschiedenen Seiten einer die Rotorachsen enthaltenden Ebene ■5 münden, wobei auf der Auslaßseite dieser Ebene mindestens eine zu den Rotoren parallelachsige und mit dem Einlaßkanal in Strömungsverbindung stehende Ventilbohrung mit einem darin durch eine axiale Verstellkraft beweglichen Ventilkörper angeordnet ist, die mit dem Arbeitsraum über eine Anzahl axial hintereinander liegende Überströmkanäle verbunden ist, welche von einer Steuerkante des Ventilkörpers auf- und zusteuerbar sind.
Bei derartigen Verdichtern ist es, wenn sie mit konstanter Drehzahl laufen, wie das insbesondere beim Antrieb durch einen Elektromotor der Fall ist, unter vielen Betriebsbedingungen erforderlich, die volumetrische Kapazität regeln zu können.
Ein bekannter Weg für eine solche Regelung ist in der DE-OS 15 03 603 aufgezeigt. Dort ist ein axial verstellbarer Ventilschieber in der Mantelwandung des Arbeitsranms auf der Hochdruckseite der die Rotorachsen enthaltenden Ebene angeordnet und steuert mit seinem einen Ende eine vom Arbeitsraum zum Einlaßkanal führende Entlüftungsöffnung und seinem andei en Ende die Form und Größe der Hochdrucköffnung. Ein solcher Ventilschieber ist jedoch schwierig und teuer herzustellen, da er mit den Rotoren dichtend zusammenarbeiten muß. Außerdem ist er dem hohen Druck im Auslaßkanal ebenso wie dem niedrigen Druck im Einlaßkanal unterworfen, was zu beträchtlichen Axialkräften daran sowie dem Risiko von Leckströmungen längs dem Ventilschieber und Verkantungen desselben führt, wenn seine Führungsflächen nicht äußerst genau ausgebildet sind.

Ein anderer bekannter Weg zur Einstellung der volumetrischen Kapazität geht aus der DE-AS 12 17 542, Fig. 6 hervor. Dort ist anstelle eines Ventilschiebers ein drehbarer Ventilkörper mit einer schraubenförmig um die Drehachse verlaufenden Steuerkante vorgesehen, der gleichfalls auf der Hochdruckseite der die Rotorachsen enthaltenden Ebene angeordnet ist und sich unter der Wirkung des Drucks im Auslaßkanal gegen das mit dem Einlaßkanal in Verbindung stehende Ende der ihn aufnehmende Bohrung abstützt. Auch hier sind Leckströmungen von der Hochdruckseite zur Niederdruckseite trotz Einhaltung enger Herstellungstoleranzen nicht zu vermeiden, und die Belastung des Ventilkörpers mit dem hohen Druck des Auslaßkanals führt zu einem beträchtlichen Reibungswiderstand an seiner Abstützung bei der Drehung, was die schnelle ur.d genaue Einstellung erschwert.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine gattungsgemäße Regeleinrichtung zu schaffen, bei welcher im Bereich des Ventilkörpers die Gefahr von Leckströmungen von der Hochdruckseite zur Niederdruckseite ausgeschlossen und der Ventilkörper vom Hochdruck unbeeinflußt verstellbar ist.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die Ventilbohrung vom Auslaßkanal völlig getrennt ist und daß der Ventilkörper gegen die Kraft einer Feder verstellbar ist.

Durch die erfindungsgemäße Trennung des Ventilkörpers vom Auslaßkanal ist die Gefahr einer Leckströmung von der Hochdruckseite zur Niederdruckseite ausgeschlossen, und der Ventilkörper ist dem hohen Druck im Auslaßkanal nicht mehr unterworfen. Dadurch ist es in vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung möglich, den Ventilkörper hydraulisch gegen die Kraft

.■iner Feder in genau definierte Regelstellungen zu verstellen und bei sogenannten Naßverdichtern, die mit öleinspritzung arbeiten, das von einer Förderpumpe unter Druck gesetzte Einspritzöle zu verwenden.

Außerdem ermöglicht die mit der Erfindung erhaltene Entlastung des Ventilkörpers vom hohen Druck im Auslaßkanal eine besondere einfache und billige Ausbildung des Ventilkörpers, indem dieser als Rohrstück mit einer an der Hteuerkante gelegenen Querwand ausgebildet ist, an welcher die sich durch das Rohrstück erstreckende Feder befestigt ist

Da das Aufsteuern der Überströmkanäle durch Verschieben des Ventilkörpers in Richtung zum hochdruckseitigen Ende des Verdichters erfolgt, muß die Ventilbohrung eine entsprechende Längserstreckung besitzen. Andererseits verlangt die erfindungsgemäße völlige Trennung der Ventilbohrung vom Auslaßkanal, daß jegliche Verschneidung zwischen diesen beiden Hohlräumen vermieden wird. Diese Forderung läßt sich in weiterer Ausgestaltung der Erfindung dadurch erfüllen, daß jeder der den Arbeitsraum bildenden Bohrungen eine Ventilbohrung zugeordnet ist und daß diese an entgegengesetzten Seiten des Auslaßkanals vorbeiführen.

Wird das Verdichtergehäuse hingegen nur mit einer einzigen Ventilbohrung versehen, die nahe der Verschneidungskante verläuft, läßt sich diese Ventilbohrung nicht ohne weiteres in den Bereich der hochdruckseitigen Endwand ohne Verschneidung mit dem dortigen Auslaßkanal verlängern. Auch in diesem Fall läßt sich jedoch die Forderung nach völliger Trennung der Ventilbohrung vom Auslaßkanal ohne Beeinträchtigung des Regelumfangs erfüllen, indem gemäß noch einem weiteren Ausgestaltungsmerkmal der Erfindung der Ventilkörper eine einer Schraubenlinie folgende Nut aufweist, in die ein. Zapfen einer in der Wandung der Ventilbohrung angeordneten Schraube eingreift, wodurch dem Ventilkörper bei der Axialverstellung eine Drehbewegung überlagerbar ist und indem der Ventilkörper mit einer Steuerkante versehen wird, die ebenfalls einer Schraubenlinie folgt. Diese Ausgestaltung macht es möglich, die Ventilbohrung so kurz zu halten, daß sie mit ausreichendem Abstand vor dem Auslaßkanal endet, ohne dadurch die Regelmöglichkeit des Verdichters einzuschränken.

Die Erfindung wird nachstehend anhand zweier Ausführungsbeispiele in Verbindung mit der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 einen senkrechten Längsschnitt durch einen Verdichter gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel in der Schnittebene nach Linie 1-1 in F i g. 2,

F i g. 2 einen waagerechten Längsschnitt nach Linie 2-2in Fig. 1,

F i g. 3 einen Querschnitt nach Linie 3-3 in F i g. 1,

F i g. 4 einen Querschnitt nach Linie 4-4 in F i g. 1 und

F i g. 5 einen senkrechten Längsschnitt ähnl'ch F i g. 1 durch einen Verdichter gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel.

Der in den F i g. 1 bis 4 gezeigte Rotationskolbenverdichter besitzt ein Gehäuse 10 mit einer einlaßseitige" Endwand 12 und einer auslaßseitigen Endwand 14, welche einen Arbeitsraum 16 im wesentlichen in der Form zweier einander schneidender achsparalleler Bohrungen 18, 20 umschließen, sowie einen Einlaßkanal 22, der mit dem Arbeitsraum 16 über eine Niederdrucköffnung 24 in Verbindung steht, und einen Auslaßkanal 26, der mit dem Arbeitsraum 16 über eine Hochdrucköffnung 28 in Verbindung steht. Zwei miteinander kämmende Rotoren, nämlich ein Schraubenrippenrotor 30 und ein Schraubennutenrotor 32 befinden sich innerhalb des Arbeitsraums und sind mit ihren Achsen koaxial zu den Achsen der Bohrungen 18, 20 in den Endwänden 12,14 mittels Wälzlagern gelagert. Der Schraubenrippenrotor 30 trägt vier schraubenförmige Rippen 34 mit dazwischen liegenden Rippenzwischenräumen 36, die einen Umschlingungswinkel von etwa 300° aufweisen. Die Rippen 34 haben Flanken, deren Hauptteile konvex sind

ίο und außerhalb des Teilkreises des Schraubenrippenrotors 30 liegen. Der Schraubennutenrotor 32 ist mit sechs von Stegen 38 getrennten Schraubennuten 40 versehen, die einen Umschlingungswinkel von etwa 200° aufweisen. Die Schraubennuten 40 haben Flanken, deren Hauptteile konkav sind und sich innerhalb des Teilkreises des Schraubennutenrotors 32 befinden. Der Schraubennutenrotor 32 ist ferner mit einer Stummelweile 42 versehen, die aus der einlaßseitigen Endwand 12 herausragt und zum Ankuppeln an einen (nicht gezeigten) Antriebsmotor dient

Der größte Teil der Niederdrucköffnung 24 befindet sich auf einer Seite einer die Achsen der Bohrungen 18, 20 enthaltenden Ebene, und die Hochdrucköffnung 28 ist vollständig auf der anderen Seite dieser Ebene angeordnet

Das Gehäuse 10 enthält ferner im Radialabstand zum Arbeitsraum 16 und parallel zu den Achsen der Bohrungen 18,20 zwei Venti'ibohrungen 44,46. Jede Ventilbohrung 44, 46 steht an einem Ende in unmittelbarer Verbindung mit dem Einlaßkanal 22 und erstreckt sich am anderen Ende in einen Hohlraum 48 bzw. 50 innerhalb der auslaßseitigen Endwand 14. Der Querabstand der Ventilbohrungen 44, 46 ist so bemessen, daß die Hohlräume 43,50 auf entgegengesetzten Seiten des Auslaßkanals 26 ohne Verschneidung oder Verbindung mit diesem liegen.

Eine Anzahl axial aufeinanderfolgender Überströmkanäle 52,54 sind in der Manteiwandung jeder Bohrung 18, 20 des Arbeitsraums 16 angeordnet und erstrecken sich in die benachbarte Ventilbohrung 44, 46 zur Herstellung einer Strömungsverbindung zwischen dem Arbeitsraum 16 und dem Einlaßkanal 22.

In einer jeden Ventilbohrung 44, 46 befindet sich ein axial einstellbarer zylindrischer Ventilkörper 56, der darin mittels eines Dichtungsrings 58, vorzugsweise eines O-Rings aus Gummi oder ähnlichem Material abgedichtet ist. Die Dichtungsringe 58 befinden sich auf der Hochdruckseite der Überströmkanäle 52,54. Jeder Ventilkörper 56 hat die Form eines einseitig geschlossenen Rohrs und wirkt als Kolben eines in einer Richtung mit Druckmittel beaufschlagbaren Kolben-Zylincler-Servomotors, bei welchem die Ventilbohrung 44 bzw. 46 und der anschließende Hohlraum 48 bzw. 50 den Zylinder bilden. Jeder Ventilkörper 56 ist ferner mit einer Zugfeder 60 verbunden, welche den Ventilkörper in Richtung gegen das Hochdruckende des Verdichters vorspannt. Ein Anschlag 62 ist in die Wandung der Ventilbohrung 44 bzw. 46 eingesetzt und bestimmt die Endstellung des Ventilkörpers 56. Die Hohlräume 48, 50 sind durch einen Kanal 64 miteinander verbunden und stehen über je einen weiteren Kanal 66 mit einem Regelventil 68 zum Zuführen von Drucköl von einem Ölseparator auf der Hochdruckseite des Verdichters zum Servomotorzylinder durch eine Rohrleitung 70, oder alternativ zum Ab-

führen von öl aus dem Servomotorzylinder zur Niederdruckseite des Verdichters in den Einlaßkanai 22, über eine Rohrleitung 20 in Verbindung. Das Regelventil 68 arbeitet selbständig in Abhängigkeit vom jeweiligen

Druck im Einlaßkanal 22, an welchen es über die Rohrleitung 72 angeschlossen ist. öl vom ölseparator wird ferner durch einen Kanal 64 dem Arbeitsraum 16 zur Schmierung, Abdichtung und Kühlung zugeführt.

Unter normalen Betriebsbedingungen mit maximaler Kapazität führt das Regelventil 68 Drucköl zu den Servomotorzylindern 44, 48 und 46, 50, so daß die Ventilkörper 56 gegen die Anschläge 62 in Anlage gehalten werden. Dadurch wird die Verbindung vom Arbeitsraum 16 zum Einlaßkanal 22 positiv unterbrochen. Wenn der Druck im Einlaßkanal 22 unter einen bestimmten Wert absinkt, vermindert das Regelventil 68 den Druck in den Servomotorzylindem, und etwas darin eingeschlossenes öl wird zum Einlaßkamal 22 abgeleitet, wodurch die Ventilkörper 56 von den Federn 60 in eine dem Druck im Einlaßkanal 22 entsprechende Stellung verschoben werden. Da die Ventilkörper 56 in Richtung zur auslaßseitigen Endwand des Verdichters verschoben werden, werden ein oder mehrere Überströmkanäie 52, 54 für die Abströmung von Arbeitsfluid aus dem Arbeitsraum 16 zurück zum Einlaßkanal 22 geöffnet, wodurch die volumetrische Kapazität des Verdichters verringert wird.

Fig. 5 zeigt eine abgeänderte Ausführung des Verdichters mit nur einem Ventil. Bei dies;er Ausführungsform wird ein Ventilkörper 82 axial von einer Druckfeder 84 und einem hydraulisch betätigten Kolben-Zylinder-Servomotor verschoben, der aus dem Ventilkörper 82 und einer Bohrung 86 besteht, die mit einer öffnung 88 für das Arbeitsfluid versehen ist. Der Ventilkörper 82 ist an seiner Umfangswand mit einer Nut 90 versehen, die einer Schraubenlinie folgt und mit einer in der Wandung der Bohrung 86 befestigten Stiftschraube 92 zusammenwirkt, so daß eine Axialbewegung des Ventilkörpers gleichzeitig zu einer Verdrehung desselben führt. Der Ventilkörper 82 weist eine schraubenförmige Steuerkante 78 auf, die so ausgebildet ist, daß sich die Anzahl der vom Ventilkörper 82 abgedeckten Überströmkanäle 54 mit dessen Axialverschiebung und Drehung ändert.

Die in F i g. 5 gezeigte Ausführungsform des Ventilkörpers 82 hat den Vorteil, daß nur eine kleine Axialbewegung des Ventilkörpers stattfindet so daß er ohne Verschneidung mit dem Auslaßkanal unmittelbar an der Versenneidungskante zwischen den Gehäusebohrungen 18, 20 des Arbeitsraums 16 angeordnet werden kann, wodurch ein einziges Ventil zu beiden Gehäusebohrungen führende Überströmkanäle steuern kann.

Hierzu 5 Blatt Zeichnungen

50 55 60 65

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Einrichtung zum Regeln eines parallel- und außenachsigen Rotationskolbenverdichters mit Kämmeingriff zwischen einem Schraubenrippenrotor und einem Schraubennutenrotor, deren Rippen bzw. Nuten Umschlingungswinkel von weniger als 360° aufweisen, mit zwei sich schneidenden achsparallelen, zylindrischen Gehäusebohrungen zur Bildung eines die Rotoren aufnehmenden Arbeitsraumes, der von dichtend an die Rotoren anschließenden Endwänden begrenzt ist, die einen Einlaß- und einen Auslaßkanal enthalten, welche in den Arbeitsraum auf verschiedenen Seiten einer die Rororachsen enthaltenden Ebene münden, auf der Auslaßseite dieser Ebene mindestens eine zu den Rotoren parailelachsigen und mit dem Einlaßkanal in Strömungsverbindung stehende Ventilbohrung mit einem darin durch eine axiale Verstellkraft beweglichen Ventilkörper angeordnet ist, die mit dem Arbeitsraum über eine Anzahl mit Abstand axial hintereinander liegende Überströmkanäle verbunden ist, welche von einer Steuerkante des Ventilkörpers auf- und zusteuerbar sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventilbohrung (44, 46; 86) vom Auslaßkanal (26) völlig getrennt ist und daß der Ventilkörper (56; 82) gegen die Kraft einer Feder (60; 84) verstellbar ist.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilkörper (56; 82) hydraulisch gegen die Kraft einer Feder (60; 84) verstellbar ist.

3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß jeder der den Arbeitsraum (16) bildenden Bohrungen (18, 20) eine Ventilbohrung (44, 46) zugeordnet ist und daß diese an gegenüber liegenden Seiten des Auslaßkanals (26) vorbeiführen.

4. Einrichtung nach einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilkörper (56) als Rohrstück mit einer an der Steuerkante gelegenen Querwand ausgebildet ist, an welcher die sich durch das Rohrstück erstreckende Feder (60) befestigt ist.

5. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2 mit nur einer Ventilbohrung, die nahe der Verschneidungskante zwischen den Gehäusebohrungen angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilkörper (82) eine einer Schraubenlinie folgende Nut (90) aufweist, in die ein Zapfen einer in der Wandung der Ventilbohrung (86) angeordneten Schraube (92) eingreift, wodurch dem Ventilkörper (82) bei der Axialverstellung eine Drehbewegung überlagerbar ist, und daß der Ventilkörper (82) mit einer Steuerkante (78) versehen ist, die ebenfalls einer Schraubenlinie folgt.