DE2529331A1

DE2529331A1 - Schraubenkompressor

Info

Publication number: DE2529331A1
Application number: DE19752529331
Authority: DE
Inventors: David Norton Shaw
Original assignee: Dunham Bush Inc
Current assignee: Dunham Bush Inc
Priority date: 1974-07-26
Filing date: 1975-07-01
Publication date: 1976-02-12
Also published as: ZA753524B; US3936239A; AU501929B2; JPS5125815A; AU8260075A; DE2529331C2; GB1465250A; SE7507554L; JPS6059439B2; IT1036368B; BR7504151A; FR2279951B1; CA1030502A; SE403171B; FR2279951A1

Description

DIPL.-:NQ. JOACHIM STRASSE, HANAU

25 29331 DIPL-INQ. KLAUS QÖRQ, MÜNCHEN

PATENTANWÄLTE (8566)

HANAU · RÖMERSTR.19 · POSTFACH 793 · TEL: (06181) 20803/20740 · TELEQRAMME: HANAUPATENT · TELEX: 4184782 pat MÜNCHEN 80 · QRAFINQER STRASSE 31 ■ TEU: (089) 40564Ϊ · TELEX· 522054 ostpa

DUNHAM-BUSH, "INC. 30. Juni 1975

West Hartford, Connecticut, Gö/Jg - 11 261

Ver. St. A.

Schraubenkompressor

Die Erfindung bezieht sich auf einen Schraubenkompressor mit einem Gehäuse, welches mit einer Büchse versehen ist, welche durch sich schneidende Bohrungen mit in einer Ebene liegenden Achsen gebildet wird und zwischen axial im Abstand voneinander angeordneten Endwänden angeordnet ist, wobei eine Niederdruck- und eine Hochdrucköffnung in Verbindung mit diesen Bohrungen an gegenüberliegenden Enden der Büchse vorgesehen sind, mit Schraubenrotoren, welche Vertiefungen und Erhebungen aufweisen und für die Drehung in den Bohrungen befestigt sind, wobei die Gewinde der Rotoren miteinander kämmen.

Schraubenkompressoren bilden Maschinen mit positiver Förderleistung, worin ein Arbeitsfluid innerhalb geschlossener Schraubengänge von miteinander kämmenden Schraubenrotoren eingeschlossen ist, wobei die Schraubenrotoren zur Drehung innerhalb sich überschneidender Bohrungen mit in einer Ebene liegenden Achsen in einer Büchse eines Schraubenkompressor-* gehäuses angeordnet sind. Um die Kapazität des Kompressors und das Druckverhältnis oder den Druck des Arbeitsfluids bei

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der Kompressorentladung zu steuern, müssen Schieberventile am Kompressor vorgesehen sein, welche innerhalb axial sich erstreckender Ausnehmungen innerhalb der Büchse des Gehäuses in offener Verbindung mit den Bohrungen und den entsprechenden Seiten der kämmenden Rotoren angeordnet sind (US-PS 3 088 659).

In dem Bestreben, die Schmierung und die Kühlung der Teile des Schraubenkompressors zu verbessern, welche die Kompressorarbeitskammer bilden, sind Versuche unternommen worden, eine Kühlflüssigkeit, Wasser, Öl oder unter relativ niedriger Temperatur stehendes Gas, in einen geschlossenen Schraubengang des Kompressors über eine Öffnung zu injizieren, welche sich in einem Schieberventil befindet und sich in die Kobipressorarbeitskammer stromaufwärts der Entladeöffnung des Schraubenkompressors öffnet, welche mit dem Schieberventil bewegbar ist, um die Injektionsöffnung automatisch mit der Bewegung des Schieberventils zu bewegen, wobei die Kapazität der Maschine dadurch kontrolliert wird, daß ein Teil des komprimierten Arbeitsfluids in der Nähe der Saugseite der Maschine zur Saugöffnung zurückfließt. Solch eine Flüssigkeits-Kühlungsinjektion ist Gegenstand der US-PS 3 795 117.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, die bestehenden Schraubenkompressoren zu verbessern.

Die Erfindung löst diese Aufgabe durch einen Schraubenkompressor mit einer axial sich erstreckenden Ausnehmung innerhalb der Büchse des Gehäuses, und zwar in offener Verbindung mit den Bohrungen, durch ein Schieberventilglied, welches axial verschiebbar in der Ausnehmung angeordnet ist, wobei die Innenoberfläche des Schieberventilgliedes ergänzend zu dem umhüllenden Teil der Bohrungen der Gehäusestruktur, welche der Öffnung der Ausnehmung, welche mit der Bohrung

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der Gehäusestruktur verbunden ist, gegenüberliegt, wobei das Schieberventil in dichtendem Verhältnis zu den gegenüberliegenden Rotoren steht, wobei die Entladeöffnung innerhalb der Büchse der Gehäusestruktur angeordnet ist und das Ventilglied zwischen extremen Stellungen bewegbar ist, wobei in einer der beiden Stellungen die Entladeöffnung vollständig offen und in der anderen die Entladeöffnung geschlossen ist, und worin das Ventilglied von ausreichender Länge ist, um die vollständig verbleibende Länge der gegenüberliegenden Bereiche der Rotorstruktur über den gesamten Bewegungsbetrag des Ventilgliedes zwischen den extremen Stellungen zu überdecken, und weiterhin gekennzeichnet durch Einrichtungen zum Feststellen des Drucks des Arbeitsfluids innerhalb eines geschlossenen Gewindeganges in unmittelbarer Nähe des Endes des Schieberventilgliedes, welches die Entladeöffnung des geschlossenen Gewindeganges abschließt, durch eine Einrichtung zum Feststellen des Kompressorentladedruckes des Arbeitsfluids an der Entladeöffnung und eine vergleichende Einrichtung zur Steuerung der Bewegung des Schieberventilgliedes in axialer Richtung, um diese Drücke zur Verhinderung einer Unterkompression oder einer Überkompression des Kompressorarbeit sfluids innerhalb des geschlossenen Gewindeganges vor der Entladung auszugleichen.

Die Schieberventile können vorzugsweise mit· einer Druckwahrnehmungsöffnung versehen sein, welche sich zum geschlossenen Gewindegang öffnet, und mit einer Leitung, welche die den Druck im geschlossenen Gewindegang wahrnehmende Öffnung mit einer außerhalb des Kompressorgehäuses befindlichen Einrichtung verbindet, und zwar zum Vergleich des Kompressorentladedruckes mit dem Gasdruck an der Kompressorentladeöffnung. Das Schieberventilglied ist vorzugsweise axial über einen Kolben verschiebbar, der seinerseits in einem Zylinder verschiebbar angeordnet ist, wobei der Kolben über

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eine Kolbenstange mit dem Schieberventil verbunden ist. Ein für die Druckunterschiede empfindliches Steuerventil steuert den Fluß des Fluids zu bzw. von den entsprechenden Seiten
des Kolbens, um das Steuerventil hinsichtlich des Ausgleichs der Gasdrücke zu bewegen. Vorzugsweise weist dieses Steuerventil, welches die Beaufschlagung des Kolbens steuert, eine Kolbenanordnung mit einzelnen Kolben an den gegenüberliegenden Enden auf, welche direkt dem Druck vom geschlossenen
Schraubengang und dem Entladeöffnungsdruck unterworfen sind, und zwar zur Steuerung der Steuerkolbenanordnung bzw. davon
abhängig die Steuerung des Kolbens sowie des mit diesem verbundenen Schieberventilgliedes.

In einer anderen Ausführungsform der Erfindung ist ein Paar
Schieberventile vorgesehen, und zwar auf den gegenüberliegenden Seiten der kämmenden Rotoren, wobei die Schieberventile mit dem der ersten Ausführungsform gemäß der Erfindung identisch sind. Die Sehieberventile sind auf gegenüberliegenden Seiten der Büchse der Gehäusestruktur angeordnet
und zwischen extremen Stellungen bewegbar, in denen eine
entsprechende Öffnung vollständig offen und in der anderen
die Öffnung im wesentlichen geschlossen ist, wobei die Länge jedes Schieberventils ausreichend lang ist, um die vollständig verbleibende Länge der gegenüberliegenden Teile der
Rotorstruktur zu überdecken, wobei die Sehieberventile entgegengesetzt ausgerichtet sind.

Der Schraubenkompressor der zweiten Ausführungsform kann
in zwei verschiedene Richtungen angetrieben werden, wobei
die Öffnungen entweder als Saugöffnungen oder als Entladeöffnungen des Kompressors wirken. Die Sehieberventile
steuern entweder die Kapazität des Kompressors oder gleichen den Kompressorentladeleitungsdruck mit dem des geschlossenen Gewindeganges durch Verschieben der Schieberventil aus.

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Durch die Umkehrung der Drehrichtung des Kompressors wird das Erfordernis eines Umkehrventils eliminiert, wenn der Zweirichtungskompressor in einer Wärmepumpenanordnung oder in einer Gefrierentfrosteranordnung verwendet wird.

Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der in den beigefügten Zeichnungen rein schematisch dargestellten Ausführungsbeispiele. Es zeigen:

Fig. 1 einen Längsschnitt eines Rotations-Schraubenkompressors mit einem Schieberventil der vorliegenden Erfindung zum Aussteuern des Druckes in den geschlossenen Schraubengängen an der Entladeseite der Maschine auf den Entladeleitungsdruck an der Entladeöffnung,

Fig. 2 einen Längsschnitt eines reversiblen Rotations-Schraubenkompressors für die Wärmepumpenverwendung mit mehreren Schieberventilen als eine zweite Ausführungsform der Erfindung,

Fig. 3 ein Druekdiagramm des Kompressionszyklus des Rotations-Schraubenkompressors gemäß Fig. 2 für ein Wärmepumpensystem während eines Kühlzyklus im Vergleich mit einem Schraubenkompressor mit einem einzelnen konventionellen Schieberventil für die Kapazitätssteuerung,

Fig. k ein Druckdiagramm des Schraubenkompressors gemäß Fig. 2 für ein Wärmepumpensystem, welches während des Heizzyklus arbeitet, im Vergleich mit einem gleichen konventionellen Schraubenkompressor mit einem einzelnen konventionellen Schieberventil für die Kapazitätskontrolle,

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Fig. 5 ein elektrisches Schaltbild des Motorumkehrschemas für einen Elektromotor, welcher den Kompressor gemäß Fig. 2 antreibt.

Fig. 1 zeigt eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, angewandt auf einen Rotations-Schraubenkompressor. Ein Rotations-Schraubenkompressor 10 besteht aus einer Gehäusestruktur mit einer zentralen Büchse 12, welche zwischen den Endwandteilen 1U und 16 angeordnet ist und einen Arbeitsraum vorsieht, welcher durch zwei sich überschneidende Bohrungen (Bohrung 18 ist dargestellt) gebildet wird und welcher einen Schraubenrotor 20 aufnimmt, welcher mit einem zweiten Schraubenrotor 2 1 kämmt, der eine zur Achse des Schraubenrotors 20 in gleicher Ebene liegende Achse aufweist, die sich durch die Büchse 12 der Gehäusestruktur erstreckt. Der Schraubenkompressor ist in dieser Hinsicht als konventionell anzusehen, und beide Rotoren, sowohl der männliche als auch der weibliche Rotor, haben schraubenförmige hervorstehende Teile oder Flanken und dazwischenliegende Vertiefungen oder Gewindegründe und sind in den Bohrungen mittels Lager drehbar befestigt. Zum Beispiel ist der Schraubenrotor 20 zur Drehung auf der Welle 22 befestigt und ist im in der Endwand 1U befindlichen Lager gelagert, während die Welle 22 über Lager 26 gelagert ist, welches im Endwandteil 16 angeordnet ist, und zwar über eine Hülse 30 innerhalb eines Endglockengehäuses 28, wobei die Welle 22 sich durch das Endglockengehäuse 28 erstreckt und bei 32 mit einer Keilverzahnung versehen ist, um den Schraubenkompressor mit einem Elektromotor oder dergleichen (nicht dargestellt) für den Antrieb des Schraubenkompressors zu verbinden.

In der Ausführungsform gemäß Fig. 1 wird der Schraubenkompressor in einer einzigen Richtung gedreht, so daß nur das Gas oder ein anderes Arbeitsfluid durch einen Saug- oder

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Einlaßkanal 3^ und über eine Saug- oder Einlaßöffnung 36 in den Arbeitsraum gelangt, welcher durch die miteinander kämmenden Gewindeflanken und Gewindegründe der entsprechenden Rotoren gebildet wird. In der Ausführungsform gemäß Fig. 1 ist keine Kapazitätssteuerung dargestellt, das Wesen der Erfindung liegt jedoch darin, ein Schieberventil 38 zu verwenden, und zwar zur Durchführung einer spezifischen Funktion, die darin besteht, den Druck im geschlossenen Gewindegang an der Entladeseite der Maschine im Nachbarbereich des Endwandteils 16 an den Leitungsdruck des Gases an einer Hochdruckentladeöffnung UO am Ende des Schieberventiles 38 anzupassen.

Es ist ein Charakteristikum der Rotoren, daß die Flanken der Erhebungen des männlichen Rotors konvex gekrümmt ausgebildet sind und mit den dazwischenliegenden Vertiefungen im wesentlichen innerhalb des Teilkreises des weiblichen Rotors liegen. Es ist ein weiteres Charakteristikum derartiger Rotoren, daß der Umschlingungswinkel der Erhebungen weniger als 360 beträgt. Die Gehäusestruktur ist deshalb mit der Hochdruckentladeöffnung kO versehen, deren größter Teil an einer Seite einer Ebene liegt, welche durch die Achsen der Rotoren verläuft, wobei die Entladeöffnung kO innerhalb des Hochdruckendwandteils 16 der Maschine angeordnet ist. Die Entladeöffnung J+0 steht in Fließverbindung mit einem Entladekanal ^2, der innerhalb der Glocke 28 liegt. Wie vorher erwähnt ist der Unterdruckendwandteil 1H der Gehäusestruktur mit dem Saugkanal 3^ versehen, welcher über die Saugöffnung 36 mit der Seite die Bohrungen (einschließlich Bohrung 18) bildenden Büchse in Verbindung steht, die der Seite der Ebene gegenüberliegt, die durch die Rotorachsen in bezug auf die Hochdruckentladeöffnung UO verläuft.

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Die Büchse 12 der Gehäusestruktur ist weiterhin mit einer zentral angeordneten, axial sich erstreckenden zylindrischen Ausnehmung hk versehen, welche an einem Ende in offener Verbindung mit der Hochdrucköffnung kO steht und am anderen Ende sich axial nach der Niederdruckendwand 26 erstreckt. Die Ausnehmung kk ist deshalb zum durch die Bohrung gebildeten Arbeitsraum hin offen. Diese Ausnehmung kk trägt bzw. nimmt das länjgsverschiebbare Schieberventil 38 auf. Die axiale Position des Schieberventils 38 innerhalb der Ausnehmung wird über eine Kolbenstange k6 eingestellt, welche mechanisch das Schieberventil 38 mit einem Kolben k8 eines Fluidmotors 51 am gegenüberliegenden Ende der Kolbenstange hG verbindet. Der Kolben U8 ist abgedichtet und gleitend innerhalb eines Zylinders 50 gelagert, welcher mechanisch am Niederdruckendwandteil \h der Gehäusestruktur befestigt ist und über die Kolbenstange U6, welche sich gleitend durch eine Öffnung 53 innerhalb des Endwandteils 1U erstreckt, gegenüber diesem abgedichtet. Eine Endkappe 5² ist mechanisch am Ende des Zylinders 50 unter Bildung einer abgedichteten Kammer 5^ verbunden, die sich innerhalb des Zylinders befindet, welcher den Kolben h8 gleitend aufnimmt. Eine den Rotoren gegenüberliegende innere Oberfläche 56 des Schieberventils 38 ersetzt die Ausschnitte der Bohrungen. Ein Teil des Schieberventils 38 liegt gleitend und dichtend ein aus genommenes Teil 60 des Endwandteils lh des Gehäuses an, und zwar derart, daß unabhängig von der Lage des Schieberventils das Ventilglied 38 von ausreichender Länge ist, um die gesamte verbleibende Länge des gegenüberliegenden Teils der Rotorstruktur abzudecken, und zwar während des Ausmaßes der Bewegung zwischen den Extremstellungen, welche durch das ausgenommene Teil 6o und eine Endfläche 62 des Schieberventils mit dem Hochdruckendwandteil 16 der Gehäusestruktur begrenzt werden.

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Während der Kompression wird ein elastisches Fluid, welches ein gasförmiges Kühlmittel wie Freon sein kann, hineingezogen und füllt die Gewindevertiefungen der Rotoren durch die Niederdrucköffnung 36. Während die Rotoren sich drehen, "bilden ineinandergreifende Paare von Erhebungen des männlichen und weiblichen Rotors kämmend am Boden oder an der Hochdruckseite des Kompressors winkelförmige (chevronshaped) Arbeitskammern. Wenn die Rotoren die Drehbewegung fortsetzen, vermindern sich diese Arbeitskammern, welche Kompressionskammern oder geschlossene Schraubengänge bilden, hinsichtlich ihres Volumens, da der kämmende Punkt zwischen jedem der beiden Erhebungen, welche das Scheitelende der vorhandenen Kompressionskammer oder des Schraubenganges begrenzen, sich axial in Richtung auf eine Hochdruckendwand 6k bewegt, um das Volumen der Kompressionskammer zu verringern, bis die Kammer auf Null ausläuft, da der kämmende Punkt die Ebene der Hochdruckendwand 6k erreicht. Der Abschluß der Kompressionskammer erfolgt durch die Grenzfläche 56 des Schieberventils 38, welches in gegenüberliegender und abdichtender Relation zu den Kämmen der Erhebungen angeordnet ist, und zwar unter Bildung der Grenze der Kompressionskammern oder geschlossenen Schraubengänge. Die Entladung des komprimierten Fluids erfolgt, wenn die Kämme der Rotorerhebungen, welche die Führungskante der Kompressionskammern bilden, eine Steuerkante 66 des Schieberventilgliedes 38 passieren, wobei die Kante 66 im wesentlichen die rechte Kante des Sehieberventils 38 ist, um eine Verbindung zwischen der Kammer oder dem geschlossenen Schraubengang und der Hochdruckentladeöffnung i+0 herzustellen.

Die Bewegung des Schieberventils 38 nach links verkürzt die Kompressionszeit, wogegen eine Bewegung nach rechts die Kompressionszeit und das Druckverhältnis zwischen Saugen und Entladen des Kompressors erhöht. So erlautb das Schieber-

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ventil unter der Voraussetzung, daß das Anfangsvolumen des geschlossenen Schraubengewindes vor Erreichen der Endkante 66 des Schieberventils konstant ist, das Kompressionsverhältnis des Kompressors zu verändern. Dies steuert tatsächlich den Druck des Entladegases vom geschlossenen Schraubengewinde zur Entladeöffnung U0.

Wenn der Druck innerhalb der Entladeöffnung kO geringer ist als der im geschlossenen Gewindegang, wenn dieser die Endkante 66 erreicht, tritt eine Überkompression auf, und der Druck durch den geschlossenen Gewindegang bestimmten Gasvolumens fällt unmittelbar ab, um den Druck in der Kompressorentladeöffnung unter der Hochdruckseite der Maschine anzupassen, wodurch die Überkompressionwirkung beseitigt ist. Dies kann einen wesentlichen Abfall ausmachen. In gleicher Weise wird das Gas, wenn der Druck des Arbeitsfluids innerhalb des geschlossenen Gewindeganges vor dem Treffen der Kante 66 des Schieberventilgliedes niedriger ist als das Arbeitsfluid innerhalb der Entladeöffnung hO, auf einen Druck der Öffnung komprimiert, wenn die Fließverbindung zwischen der Entladeöffnung und dem geschlossenen Gewindegang hergestellt ist. Ein wesentlicher Druckabfall kann entweder als Ergebnis einer Unterkompression oder einer Überkompression festgestellt werden. Diese Druckabfälle sind in den Fig. 3 und k dargestellt.

Die Erfindung richtet sich auf eine Anordnung für ein automatisches Hin- und Herbewegen des Schieberventilgliedes 38, und zwar zur Anpassung des Druckes im geschlossenen Gewindegang oder in der Arbeitskammer am Entladepunkt an der Kante 66 des Schieberventils 38 an den Leitungsdruck des Arbeitsfluids im Bereich der Kompressorentladeöffnung i+0. In dieser Hinsicht ist das Schieberventil mit einem geneigten Kanal TO versehen, welcher an der Innenoberfläche 56 des Schieberventils eine Richtungsöffnung 72 bildet, welche sich zum

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geschlossenen Gewindegang hin öffnet und durch die der Druck des komprimierten Arbeitsmediums an diesem Punkt innerhalb des Kompressionszyklus und unmittelbar vor der Entladung entnommen werden kann. Das Schieberventil weist weiterhin eine Bohrung T^ auf und ist mit einer ringförmigen Ausnehmung j6 versehen, welche zwei ausgerichtete Öffnungen bildet, durch die sich die Kolbenstange h6 mit einem Bereich U6a geringeren Durchmessers erstreckt. Der Bereich größeren Durchmessers H6b dieser Kolbenstange bildet eine Schulter 78, welche mit einem Kopfende 81 der Welle zusammenwirkt, um die Kolbenstange oder die Welle U6 mit dem Schieberventil 38 zu verbinden. Die Kolbenstange 1+ 6 ist bei 80 zentral auf gebohrt , wobei sich die Bohrung über die volle Länge der Kolbenstange erstreckt, jedoch an dem vergrößerten Kopfende 81 geschlossen ist. Eine Vielzahl radialer Löcher 82 sind innerhalb der Kolbenstange k6 vorgesehen, über die eine Fließverbindung zwischen der Bohrung 80 in der Kolbenstange und der Aushöhlung innerhalb des Schieberventils 38, welche durch die Ausnehmungen Τ6 gebildet wird und welche sich über den Kanal TO in Richtung auf die Richtungsöffnung 72 öffnet, hergestellt wird.

Die Kolbenstange U6 trägt an ihrem gegenüberliegenden Ende ein teleskopartig eingeführtes Rohr 8h, welches gleitend von der Bohrung 80 aufgenommen wird und mit dem anderen Ende abgedichtet in der Endkappe 52 befestigt ist. Ein Pluidkanal 86 innerhalb der Endkappe ist über eine Leitung 88 mit einem Steuerventilgehäuse 90 eines Steuerventils verbunden. Das Steuerventil 92 ist mit einer Längsbohrung 9^ versehen, in der eine Steuerventilkolbenanordnung 96 gleitet, die mit vier Steuerkolben 98, 100, 102 und IOU versehen ist. Diese Steuerkolben weisen einen Durchmesser auf, der ein wenig geringer ist als der Durchmesser der Bohrung 9^ innerhalb des Steuerventilgehäuses. Die Kolben

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sind über Kolbenstangen 106 miteinander verbunden. Zuzüglich zu den axialen Öffnungen 108 und 110 ist eine Einlaßöffnung 112 vorgesehen, die mit einer Leitung 11U verbunden ist, durch die das Fluid entsprechend einem Pfeil 116 von einem Vorrat fließt, -während Öffnungen 118 und 120 mit einer gemeinsamen Endladeleitung 122 in Fließverbindung stehen, durch die das vom Steuerventil kommende Fluid entsprechend einem Pfeil 12Π entladen wird.

An der gegenüberliegenden Seite des Ventilgehäuses 90 sind Fluidöffnungen 126 und 128 vorgesehen, welche über Leitungen 130 bzw. 132 zur Kammer 5^ führen, zwar jeweils seitlich des Kolbens kö. Die Kammer 5^- ist gegenüber der Bohrung 80 der Kolbenstange k6 abgedichtet. Das Steuerventil und der Kolben bilden einen Fluidservokreis konventioneller Anordnung. Ein bewegliches Fluid entsprechend dem Pfeil 116 beaufschlagt wahlweise entweder die linke oder rechte Seite des Kolbens UQ, wobei das bewegliche Fluid auf der gegenüberliegenden Seite über das Steuerventil 92 zur Entladeleitung 122 und zurück in den nicht dargestellten Sumpf entsprechend dem Pfeil 12*1 über die Öffnung 118 oder 120 fließt, je nach dem in welche Eichtung sich der Kolben kQ bewegt.

Für die Bedeutung der vorliegenden Erfindung ist die Tatsache wesentlich, daß die Leitung 88 die Richtungsöffnung zum geschlossenen Gewindegang mit der linken Fläche des Steuerkolbens 98 der Ventilkolbenanordnung 96 des Steuerventils verbindet. Die gegenüberliegende axiale Öffnung ist über eine Leitung I36 mit dem Entladekanal k2 des Kompressors verbunden, so daß die Steuerventilkolbenanordnung 96 und insbesondere die äußere Endfläche des Steuerkolbens IOU mit dem Entladegas leitungsdruckbeaufschlagt wird. Der Endoberflächenbereich der Steuerkolben 98 und IOU sind

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identisch, so daß das Steuerventil sich nach rechts oder nach links bewegt, und zwar in Abhängigkeit davon, ob der Druck innerhalb des Entladekanals k2 des Kompressors höher ist als der Druck im geschlossenen Schraubengewinde, wenn dieses mit der Öffnung 72 in Verbindung steht oder umgekehrt. Mit der Steuerventilkolbenanordnung 96 in der dargestellten Stellung gelangt das Arbeitsfluid 116 in den Bereich links des Kolbens U8, wodurch sich der Kolben von links nach rechts bewegt, was bedingt, daß der Kompressor Entladegas in die Entladeöffnung mit einem höheren Druck- . niveau entlädt. Dies bedingt natürlich ein Anwachsen des Druckes, welcher in die Öffnung 72 gerichtet ist und der über den Kanal 70, die Ausnehmung 76, die radialen Kanäle 82, die Bohrung 80 in der Kolbenstange, den Kanal 86 in der Endkappe 52 und die Leitung 88 sowie die Leitung IO8 auf die linke Endfläche des Steuerkolbens 98 der Steuerventilkolbenanordnung 96 übertragen wird. Wenn dieser Druck den auf dieselbe Ventilkolbenanordnung auf der gegenüberliegenden Seite durch den Steuerkolben IOU ausgeübten Druck übersteigt, welcher dem im Entladekanal \2 entspricht, wird das Steuerventil sich von links nach rechts bewegen und dabei bewirken, daß die Beaufschlagung mit dem beweglichen Fluiddruck entsprechend dem Pfeil II6 in den Bereich rechts des Kolbens U8 verlagert, wodurch die Tendenz besteht, das Schieberventilglied von rechts nach links zu bewegen. Daraus ergibt sich, daß der Druck des geschlossenen Gewindeganges an der Entladeöffnung Uo reduziert wird, und zwar dadurch, daß der geschlossene Gewindegang sich im Kompressionszyklus früher in die zur Öffnung U0 hin öffnet, was bedeutet, daß der Enddruck im geschlossenen Schraubengang geringerer Größe früher auf die Druckverhältnisse in der Entladeöffnung kO stößt.

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In Fig. 2 ist eine zweite Ausführungsform der Erfindung dargestellt, worin der Rotations-Schraubenkompressor sowohl in der einen als auch in der anderen Richtung wirken kann. In diesem Fall wird die Saug- oder Niederdruckseite der Maschine die Hochdruck- oder Entladeseite der Maschine und umgekehrt. Bezüglich dieser Ausführungsform und in Vergleich mit der Ausführungsform gemäß Fig. 1 sind die gleichen Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen. Weiterhin kennzeichnet sich die Ausführungsform durch die Verwendung eines zweiten Schieberventilgliedes 38' aus, welches gleitend von der Gehäusestruktur an der Seite der kämmenden Schrauben aufgenommen wird, und zwar gegenüber dem Schieberventilglied 38. Das Schieberventilglied 38' wird durch einen servogesteuerten Kolben positiv zwischen extremen Stellungen angetrieben und ist im wesentlichen eine Doppelausführung des Steuerventils und des Kolbens in Verbindung mit dem Schieberventil 38.

Die Schieberventilglieder 38 und 38' sind entgegengesetzt ausgerichtet und stehen entsprechend mit den Entlade- bzw. Saugseiten der Maschine in Verbindung, wobei jedoch die Steuerung umgekehrt ist, wenn die Kompressorrichtung umgekehrt wird. In dieser Hinsicht weist entsprechend Fig. 2 der Rotations-Schraubenkompressor 10' der zweiten Ausführungsform eine Gehäusestruktur auf, welche eine zentrale Büchse 12' aufweist, welche zwischen Endwandteilen 1k' und 16' angeordnet ist und einen Arbeitsraum vorsieht, welcher durch zwei sich überschneidende Bohrungen in konventioneller Weise ausgebildet ist. Die Bohrungen nehmen Schraubenrotoren 20 und 21 auf, die mit ineinandergreifenden schraubenförmigen Erhebungen und dazwischenliegenden Vertiefungen ausgebildet sind. Ihre Achsen liegen in einer Ebene und erstrecken sich durch die Büchse 12' der Gehäusestruktur.

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Der Schraubenrotor 20 ist auf der Welle 22 befestigt, und zwar in derselben Weise wie bei der vorigen Ausführungsform. Viele bereits vorstehend im Zusammenhang mit der Ausführungsform gemäß Fig. 1 beschriebene Einzelheiten sind zweckmäßigerweise hier zur Kürzung der Beschreibung weggelassen, so daß auf diese Beschreibungsteile Bezug genommen werden muß.

Um die Gleichheit der Wirkungsweise beider Ausführungsformen darzulegen, gelangt das Arbeitsfluid, etwa ein Kühlmittelgas, in den Saugkanal 3^- und strömt über die Saugöffnung 36 zur Saugseite der Maschine, d. h. in die Arbeitskammer, welche durch die sich überschneidenden Bohrungen und die kämmenden Rotoren gebildet wird. In dieser Ausführungsform jedoch wird die Steuerung der Maschinenkapazität durch ein Schieberventilglied 38' erreicht, welches in der durch die Achsen der kämmenden Schrauben 20 und 21 gebildeten Ebene dem Schieberventilglied 38 gegenüberliegend angeordnet ist, wobei beide durch die zentrale Büchse 12' aufgenommen werden. Die Welle 22 erstreckt sich durch ein Endglockengehäuse 28' und wird über Lager in der gleichen Weise wie bei der vorher beschriebenen Ausführungsform gelagert und ist mit einer Keilverzahnung 32 versehen, welche in diesem Falle mechanisch mit einem reversiblen Elektroantriebsmotor verbunden ist, welcher schematiseh in Fig. 5 mit M bezeichnet ist. Im Gegensatz zur Ausführungsform gemäß Fig. 1 kann der Schraubenkompressor in umgekehrte Richtung gedreht werden, so daß der Entladekanal \2. zum Saugkanal und der Saugkanal 3k zum Entladekanal wird. In dieser Anordnung ist die Gehäusestruktur mit einer Öffnung 1+0 versehen, welche in diesem Falle als Hochdruckentladeöffnung wirkt, welche an einer Seite einer Ebene liegt, die durch die Achsen des Rotors mit der Öffnung 1*0 gelangt und benachbart zum Endwandteil 16 der Maschine angeordnet ist. Die Öffnung It-O steht in Fließverbindung mit dem Entladekanal h2.

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Im Gegensatz zur ersten Ausführungsform ist die Büchse 12' der Gehäusestruktur mit gegenüberliegenden, zentral angeordneten axial sich erstreckenden zylindrischen Ausnehmungen kk und kk' versehen, welche zum Arbeitsraum offen sind, welcher durch die Schraubenrotorbohrungen gebildet wird, wobei die Ausnehmungen kk und kk¹ zueinander ausgerichtet sind. Die Ausnehmung kk nimmt in diesem Falle das längs "verschiebbare Schieberventilglied 38 auf, wogegen die Ausnehmung kk' ein entgegengesetzt orientiertes, längs verschiebbares Schieberventilglied 38' aufnimmt. In gleicher Weise wie die erste Ausführungsform wird die axiale Stellung des Schieberventilgliedes 38 innerhalb der jeweiligen Ausnehmung durch eine Kolbenstange k6 bestimmt bzw. eingestellt, welche das Schieberventilglied 38 mechanisch mit dem Kolben k8 des Fluidmotors 51 am gegenüberliegenden Ende der Stange verbindet. Der Kolben k8 wird dichtend und gleitend vom Kolbenzylinder 50 aufgenommen, wodurch das Schieberventil axial zwischen extremen Positionen sich verschieben kann, welche durch eine Endwand 6k des Gehäuseteils 16' und Ausnehmungen 60 innerhalb des Gehäuseteils 1U * gebildet werden. Die ganze Anordnung wird durch ein Steuerventil 92 vervollständigt, welches die Beaufschlagung und Endladung des unter Druck zu setzenden Fluids steuert, welches von einer Quelle entsprechend dem Pfeil 116 kommt und durch das Steuerventil zur Zylinderkammcr 5k auf eine bestimmte Seite des Kolbens U8 und davon zurück von der entgegengesetzten Seite über die Entladeleitung 12U fließt, welche zum Sumpf führt, wie dies schematisch durch den Pfeil 122 angedeutet ist. Das Steuerventil 92 ist über die Leitungen 130 un.d 132 mit dem Zylinder 50 verbunden. Soweit es das Steuerventil 92 betrifft, ist die Ventilkolbenanordnung 96 identisch und operiert in der gleichen Weise wie die Ausführungsform gemäß Fig. 1. In gleicher Weise wie die erste Ausführungsform ist die innere Oberfläche 56 des Schieberventilgliedes 38, welche den Rotoren

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zugewandt ist, derart ausgebildet, daß ein Ersatz für den Überschneidungsbereich der Gehäusestruktur-Schraubenrotorbohrung vorgesehen ist, so daß ein Teil des Schieberventilgliedes 38 fortlaufend gleitend und abdichtend an einem aus genommenen. Teil des Endwandteils 1 k' des Gehäuses anliegt, so daß unabhängig von der Position des Schieberventilgliedes 38 das Ventilglied von genügender Länge ist, um die gesamte verbleibende Länge des konfrontierenden Teils der Rotorstruktur über den gesamten Bewegungsbetrag zwischen den Extremstellungen zu bedecken, die durch den ausgenommenen Teil 60 und die Fläche 6k des Endwandteils 16' gebildet werden.

In ähnlicher Art und Weise ist hinsichtlich des Schieberventilgliedes 38' die innere Oberfläche 56', welche den Rotoren zugewandt ist, derart ausgebildet, daß sie einen Ersatz für den Überschneidungsteil der Bohrungen darstellt. Dabei liegt ein Teil des Schieberventilgliedes 38' gleitend und dichtend an einem ausgenommenen Teil 6O¹ des Endwandteils 16' des Gehäuses an, wobei das Ventilglied genügend lang ist, um die verbleibende Länge der konfrontierenden Teile der Rotorstruktur über den gesamten Betrag der Bewegung zwischen den extremen Positionen zu bedecken, die durch das ausgenommene Teil 60' und die Endfläche 6k' des Endwandteils I6¹ des Gehäuses gebildet werden. Ausgenommen daß das Schieberventilglied 38' zum Schieberventilglied 38 entgegengesetzt orientiert ist, sind beide Schieberventilglieder gleich und arbeiten in gleicher Weise, ausgenommen, daß jedes eine unterschiedliche Funktion hat, während die Maschine arbeitet, wobei die Funktion automatisch wechselt, wenn die Drehrichtung des Schraubenkompressors geändert wird. In dieser Hinsicht ist das Schieberventilglied 38' über eine Kolbenstange k6· mit einem Kolben U8¹ eines Fluidmotors 51' verbunden, wobei der Kolben k8'

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gleitend innerhalb eines Zylinders 50' angeordnet ist. Ein befestigtes Rohr 8^', welches durch eine Endkappe 52' getragen wird, ist teleskopartig innerhalb der Kolbenstange 1+6' angeordnet, wobei die Kolbenstange h6' im Innern eine Längsbohrung 80' aufweist, welche über das Rohr 8h' einen Kanal 88' mit der Sehieberventilglied-Druekrichtungsöffnung 72' verbindet. Dies ist über geneigte Kanäle 70' und eine Ausnehmung 76' innerhalb des Schieberventils 38' und über radiale Löcher 82' innerhalb der Kolbenstange h6' vervollständigt. Das Schieberventilglied 38' ist mit der Kolbenstange fest verbunden, welche andererseits mit dem Kolben U8' verbunden ist, durch den das Schieberventilglied 38' bewegt wird, wobei der Kolben seine Position innerhalb einer Kammer 5^' verändert, und zwar in Abhängigkeit davon, welche Kolbenseite der Kammer mit unter Druck stehenden Arbeitsfluid durch die Leitungen 130' und 132' vom Steuerventil 92' her beaufschlagt wird. Das Steuerventil 92' ist im wesentlichen ein Duplikat des Ventils 92, und das Servosystem für das Schieberventilglied 38' ist identisch mit dem Schieberventil 38.

Ein bewegliches Fluid gelangt unter Druck über eine Leitung 1 1 U ' in das Steuerventil 92 ', um es über die Steuerventilanordnung 96¹ wahlweise in die Kammer 5^·' auf eine Seite des Kolbens kB' zu verteilen. Das Fluid kehrt durch die Leitung 122' von der nicht beaufschlagten Kolbenseite in den Sumpf zurück. Die Leitung 88' leitet den Gasdruck innerhalb des geschlossenen Schraubenganges an der Öffnung 72' des Schraubenkompressors zum Steuerventil, welches gegen die äußere Endfläche des Steuerventilkolbens 98' wirkt. An der gegenüberliegenden Seite des Steuerventils ist die Endfläche des Steuerkolbens IOU' dem Fluiddruck innerhalb der Leitung 136' ausgesetzt, welche sich in den Kanal 3U innerhalb des Endwandteils 1^¹ des Kompressorgehäuses öffnet.

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Unter Abweichung von der ersten Ausführungsform führen die Leitungen 88 und 136 zu den Öffnungen 108 bzw. 110 des Steuerventils 92, und die Leitungen 88' und 136' führen zu den Öffnungen 108' "bzw. 110' des Steuerventils 92' und tragen Absperrventile zur Steuerung des Schieberventilgliedbetriebs in wahlweiser Durchführung, und zwar in Abhängigkeit davon, ob der Kompressor in der einen oder in der anderen Richtung angetrieben wird. In dieser Hinsicht weist die Leitung 88 ein Ventil 150, die Leitung 136 ein Ventil 152, die Leitung I36¹ ein Ventil 152' und die Leitung 88' ein Ventil 15Q¹ .auf. Diese Ventile können automatisch oder von Hand betrieben werden und schließen oder Öffnen die Leitungen.

Weiterhin befindet sich innerhalb der Leitung 88 und zwischen dem Absperrventil I50 und der Öffnung 108 des Steuerventils eine Leitung 15^·, die mit der Leitung 88 in Verbindung steht und die mit einem weiteren Absperrventil 158 verbunden ist. Auf der gegenüberliegenden Seite des Steuerventils steht eine Leitung I56 in T-Verbindung mit der Leitung 136 zwischen dem Absperrventil 152 und der Leitung 110, wobei sich in dieser Leitung I56 ein Absperrventil I60 befindet. In identischer Weise ist die Leitung 88' zwischen dem Absperrventil I50' und der Öffnung IO8¹ vorgesehen mit einer über einer T-Verbindung angeordneten Leitung 15^', in welcher ein Absperrventil I58' vorgesehen ist. Die Leitung 136' zwischen der Öffnung 110' und dem Absperrventil 152' ist mit der Leitung I56¹ verbunden, in der ein Absperrventil I56¹ angeordnet ist.

Die Leitungen 15¹*, 15^¹, 156, I56' können wahlweise benutzt werden, damit durch Fluiddrucksignale die Steuerventilkolbenanordnung der entsprechenden Steuerventile entweder nach links oder nach nach rechts bewegt werden, um die Steuerventilglieder positiv anzutreiben, und zwar in einer

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Art und Weise, die durch die gewünschte Systemoperation bestimmt ist. Dadurch kann eins der beiden Schieberventilglieder 38 oder 38' die Funktion einer Kapazitätssteuerung "vornehmen, während das andere automatisch den Druck im geschlossenen Gewindegang innerhalb der Kompressorarbeitskammer auf den Kompressorentladeleitungsdruck an der Entladeöffnung ausgleicht.

Beispielsweise ist unter der Voraussetzung, daß der Kanal 3^- der Saugkanal und der Kanal k2 der Entladekanal des Kompressors ist, wie dies durch die Pfeile angedeutet ist, funktioniert das Schieberventilglied 38 derart, daß es den Druck im geschlossenen Schraubengang auf den Druck in der Entladeleitung an der Entladeöffnung Uo ausgleicht, wogegen das Schieberventilglied 38' eine Kapazitätssteuerung vornimmt. In diesem Fall sind die das Servosystem steuernde Schieberventilglied 38, Absperrventile 158 und I60 innerhalb der Leitungen I5U und 156 geschlossen und die Ventile I50 und 152 in den Leitungen 88 und 136 offen. Innerhalb des Servosystems für das Schieberventil 38' ist das Absperrventil 152" innerhalb der Leitung 136* geschlossen wie das Absperrventil 15O' in der Leitung 88'. Weiterhin sind die Ventile 16O¹ in der Leitung I56¹ und das Ventil 158' in der Leitung I5U' offen. Daraus resultiert, daß die Steuerventilkolbenanordnung 96 in verschiedenen StelTüngen der Steuerkolben 98 und 10i+ den Druck in dem geschlossenen Schraubengang an der Öffnung 72 mit dem Leitungsdruck an der Entladeseite der Maschine vergleicht, d. h. mit dem Druck innerhalb des Entladekanals k2. . Das Schieberventilglied. 38 bewegt sich deshalb automatisch zur rechten oder linken Seite, um diese beiden.Drücke auszugleichen. Bei dieser Anordnung vollzieht das Schieberventilglied 38 dieselbe Funktion in dieser Ausführungsform für diesen Fall wie bei der Ausführungsform gemäß Fig. 1.

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Mit den geschlossenen Ventilen 152' und 150', soweit es das Steuerventil 92' betrifft, wird das Sehieberventiglied 38' nach links oder rechts bewegt, um eine Kapazitätssteuerung vorzunehmen. Wie durch den Pfeil CP stromaufwärts des Ventils 16O' . innerhalb der Leitung 156' angedeutet ist, bedingt die Beaufschlagung mit einem gesteuerten Drucksignal, welches der Pfeil schematisch andeuted, sofern die Endfläche des Steuerkolbens lOU¹ der Steuerkolbenanordnung 96' beaufschlagt wird, eine Bewegung der Steuerventilkolbenanordnung 96' von links nach rechts, wodurch das bewegliche Fluid durch die Leitung 130" in die Kammer 5U' gelangen kann, wodurch der Druck gegen die rechte Fläche des Kolbens U8' drückt. Dadurch würde das Schieberventilglied 38' sich von rechts nach links bewegen, und es würde in diesem Falle durch Bewegung der Kante 66' des Schieberventilglieds 38' nach links der Bereich der Öffnung 36 zu den sich kämmenden Schrauben hin abfallen. Die Schraubenkompressorausgestaltung ist derart, daß die Kapazität der Maschine ein Minimum erreicht, wenn das Schieberventil 38' derart positioniert ist, daß die Endfläche 62' an der Endfläche 6k^l des Gehäuseendteils 1U' anliegt. Wenn das Schieberventilglied 38 sich von links nach rechts bewegt, steigt die Kapazität der Maschine an, da mehr und mehr der durch die kämmenden Schrauben und die diese aufnehmenden Bohrungen gebildete Arbeitsraum zur Saugöffnung hin geöffnet wird.

Das vom Saugkanal 3^ einströmende Gas wird einer adiabatischen Expansion und einer Wiederkompression unterworfen ohne jegliche durch die Maschine ausgeübte Arbeit, bis der Druck des eingeschlossenen Volumens innerhalb des geschlossenen Schraubenganges den Einlaßdruck während der Reduzierung des eingeschlossenen Volumens erreicht. Wenn die kämmenden Schrauben zur Saugseite der Maschine über die Kante 66' des Schieberventilgliedes 38' of fen sind", " wird

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ein bestimmtes Volumen angesaugten Gases innerhalb eines Schraubenganges dicht eingefangen. Dieses Volumen expandiert, da das Volumen des geschlossenen Schraubenganges momentan vor der Rekompression ansteigt. Während dieser Zeit des Zyklus erfolgt die adiabatische Expansion und Expansion und Rekompression. Jedoch dies wird erreicht, ohne jegliche Kraft rom Kompressor aufzunehmen, bis der Einlaßdruck durch die nachfolgende Reduktion des eingeschlossenen Volumens erreicht wird.

Fig. 3 zeigt ein Druck-Volumendiagramm während eines typischen Kühlzyklus des Kompressors gemäß Fig. 2, worin die adiabatische Expansion und die Rekompression einer idealen Entladung durch das Schieberventilglied 38' der vorliegenden Erfindung vorgesehen wird. Die Expansion tritt von A nach B auf und die Rekompression von B nach C ohne eine Arbeitsleistung der Maschine, welche mit einem doppelten Schieberventil 38' der vorliegenden im Vergleich zu konventionellen Schieberventilen ausgerüstet ist, was durch den Teil der Kurve von den Punkten A zu B¹ und dann zu C angedeutet ist. Die Lösung gemäß dem Stand der Technik weist ein Schieberventilglied auf, welches einen Anfangsdruck des eingeschlossenen Volumens gestattet, von dem ein Teil dann zurück zur Saugseite der Maschine geführt wird, wobei die partielle Kompression des eingeschlossenen Volumens einen Leistungsverlust darstellt.

Sollte es notwendig sein, die Kapazität der Maschine herabzusetzen, so wird ein Steuersignal in die Leitung 15^·' gegeben, wobei die Absperrventile 16O', 152' und 150' geschlossen sind. Das Ventil 158* ist offen, damit das Steuersignal zur Endfläche des Steuerkolbens 98' gelangen kann, um die Steuerventile 96 ' nach links zu bewegen. Dadurch kann das Hochdruckfluid auf die linke Seite des

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Kolbens U8· gelangen, um das Entladesehieberventilglied 38', welches als Kapazitätssteuerung oder Entlademechanismus wirkt, von links nach rechts zu bewegen, um die Maschine zu laden.

Wenn das Schieberventilglied 38' eine Steuerung der Kapazität der Maschine vornimmt, und zwar in Abhängigkeit von den Erfordernissen, bewegt sich das Schieberventilglied 38 zur automatischen Anpassung des Druckes im geschlossenen Schraubengang in der Öffnung 72 an den Druck in der Kompressorentladeleitung k2 unmittelbar stromabwärts der Entladeöffnung kO. In diesem Falle sind die Ventile I50 und 152 offen und die Ventile 158 und I60 geschlossen. Die Wirkung dieses Vorgangs kann dem Diagramm entsprechend Fig. 3 entnommen werden, worin unter der Voraussetzung, daß das Gas innerhalb des geschlossenen Schraubenganges auf einen Druck komprimiert ist, welcher größer ist als der Gasdruck innerhalb der Entladeleitung U2 , worauf dieser geschlossene Schraubengang den Punkt erreicht, wo dieser sich über die Kante 66' des Schieberventilgliedes 38 zur Entladeöffnung Uo sich öffnet, unmittelbar darauf der Gasdruck mit dem Druck des Entladekanals ausgeglichen wird. Der Überkompressionsverlust oder Druckabfall und somit der Energieverlust kann durch den Vergleich des Teils der Kurve von B nach E und der aufzubringenden Arbeit mit den Bereichen, welche von den Punkten D, E und F begrenzt sind, gesehen werden. Durch die variablen Entladeabbrüche bzw. Entladefüllungen kann ein idealer Verdichtungsprozeß erreicht werden, wobei der ideale Entladepunkt immer unabhängig vom Wechsel der Systembedingungen, denen der Kompressor unterworfen ist, aufrechterhalten werden kann.

Entsprechend Fig. 5 ist ersichtlich, daß der Motor M mit drei Wicklungen bzw. Spulen A, B und C versehen ist, ent-

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zusprechend einer Dreiphasenstromquelle 1, 2 und 3. über Schalter 170 können die elektrischen Leitungen 172, I7U und 176 unterbrochen werden. Zwei der Leitungen können umgekehrt werden. Dies erfolgt über einen magnetbetätigten Schalter I78 mit einer Spule I80. Bei der einen Stellung des Schalters 178 ist die Spule A mit der Phase 2 und die Spule C mit der Phase 3 verbunden. In der anderen Stellung des Schalters I78 ist die Spule A mit der Phase 3 und die Spule C mit der Phase 2 verbunden. Der Motor sollte von der Dreiphasenquelle. abgeschaltet werden, bevor der Magnet unter Strom gesetzt wird bzw. bevor die Schaltkontakte I80 betätigt werden.

Dies erlaubt dem Kompressor 10', sich in eine der beiden Richtungen zu drehen, wodurch sich der Kompressor entweder für den Wärmepumpenbetrieb verwenden läßt oder wodurch sich der Kompressor in umgekehrter Weise antreiben läßt, um heißes Kühlmittel zu einem Kondensator zu leiten, und zwar für einen Entfrosterzyklus ohne die Notwendigkeit, Umkehrventile oder dergleichen vorzusehen, wie dies bei konventionellen Systemen üblich ist. Weiterhin zeigt hinsichtlich des Kompressors 10', welcher in einer Wärmepumpenanordnung verwendet wird, während des Heizzyklus die Druckkurve eines Druckvolumendiagramms (Fig. U) die Art und Weise, in welcher der Kompressor, welcher mit einem mehrfachen Schieberventil der vorliegenden Erfindung versehen ist, die Verluste infolge der konventionellen Schieberventilentladung durch die adiabatische Expansion und Wiederkompression eliminiert. In diesem Falle wirkt der Kanal 3U als der Entladekanal und der Kanal U2 als Saugkanal.

Zuzüglich zu dem herkömmlichen Schiebeentladeverlust, welcher durch die Anordnung gemäß der vorliegenden Erfindung eliminiert wird und welcher graphisch durch den Bereich

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zwischen den Punkten A, B¹, C¹ dargestellt ist, ergibt sich ein Energieverlust infolge der Unterkompression mit der herkömmlichen Maschine, welche durch den Bereich innerhalb der Punkte E, D, D¹ gebildet wird. So tritt Unterkompression auf, ohne in der Lage zu sein, den Druck innerhalb des geschlossenen Gewindeganges wahrzunehmen, und wenn dieser geschlossene Gewindegang sich zur Entladeseite der Maschine öffnet, steigt der Druck im geschlossenen Gewindegang unmittelbar auf den Entladeöffnungsdruck, wobei ein Energieüberschuß absorbiert wird, um das komprimierte Gas und das Gas zu entladen, welches in das Volumen des geschlossenen Gewindeganges zurückfließt.

Insbesondere wo der Kompressor in einem Wärmepumpensystem verwendet wird, können der Kompressor und der Antriebsmotor hermetisch abgeschlossen sein, so daß das Gas direkt über die Motorwicklung strömt. In diesem Fall wird der Motor direkt entweder durch das Saug- oder Entladegas gekiÜLt. Im Falle eines Kühlzyklus erfolgt die Kühlung durch das Entladegas und im Falle des anderen Zyklus durch das Sauggas.

Aus der vorangehenden Beschreibung kann ersehen werden, daß ein absolut minimaler Energiebedarf gegeben ist, und zwar unabhängig vom Arbeitszyklus, der Kondensationstemperatur, des Ladebetrages des Kompressors usw. Der Kompressor steuert durch Wahrnehmung der Parameter, die sich aus seinem eigenen Betrieb ergeben, den Druck'im geschlossenen Gewindegang auf den in der Entladeleitung aus. Dies erfolgt insbesondere in einer derartigen automatischen Weise, daß keine äußeren Steuermittel vorgesehen sein müssen.

Die Erfindung wurde anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels beschrieben, wobei jedoch weitere Ausgestaltungen und Änderungen in diesem Zusammenhang denkbar sind, ohne daß dabei der Sehutzumfang der Erfindung verlassen wird.

Patentansprüche:

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Claims

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Patentansprüche :

Schraubenkompressor mit einem Gehäuse, welches mit einer Büchse versehen ist, welche durch sich schneidende Bohrungen mit in einer Ebene liegenden Achsen gebildet wird und zwischen axial im Abstand voneinander angeordneten Endwänden angeordnet ist, wobei eine Niederdruck- und eine Hoehdrucköffnung in Verbindung mit diesen Bohrungen an gegenüberliegenden Enden der Büchse vorgesehen sind, mit Schraubenrotoren, welche Vertiefungen und Erhebungen aufweisen und für die Drehung in den Bohrungen befestigt sind, wobei die Gewinde der Rotoren miteinander kämmen, geMottnzeich.net durch eine axial sich erstreckende Ausnehmung (UU) innerhalb der Büchse (12) des Gehäuses, und zwar in offener Verbindung mit den Bohrungen, durch ein Schieberventilglied (38), welches axial verschiebbar in der Ausnehmung (UU) angeordnet ist, wobei die Innenoberfläche (56) des Schieberventilgliedes (38) ergänzend zu dem umhüllenden Teil der Bohrungen der Gehäusestruktur, welche der Öffnung der Ausnehmung, welche mit der Bohrung der Gehäusestruktur verbunden ist, gegenüberliegt, wobei das Schieberventil (38) in dichtendem Verhältnis zu den gegenüberliegenden Rotoren steht, wobei die Entladeöffnung (UO) innerhalb der Büchse (12) der Gehäusestruktur angeordnet ist und das Ventilglied (38) zwischen extremen Stellungen bewegbar ist, wobei in einer der beiden Stellungen die Entladeöffnung (Uo) vollständig offen und in der anderen die Entladeöffnung (Uo) geschlossen ist und worin das Ventilglied (38) von ausreichender Länge ist, um die vollständig verbleibende Länge der gegenüberliegenden Bereiche der Rotorstruktur über den gesamten Bewegungsbetrag des Ventilgliedes zwischen den extremen Stellungen.·.zu überdecken·,,

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und weiterhin gekennzeichnet durch Einrichtungen (72, 82, 88) zum Feststellen des Drucks des Arbeitsfluids innerhalb eines geschlossenen Gewindeganges in unmittelbarer Nähe des Endes des Schieberventilgliedes (38), welches die Entladeöffnung (Uo) des geschlossenen Gewindeganges abschließt, durch eine Einrichtung (136) zum Feststellen des Kompressorentladedruckes des Arbeitsfluids an der Entladeöffnung und eine vergleichende Einrichtung (92) zur Steuerung der Bewegung des Schieberventilgliedes (38) in axialer Richtung, um diese Drücke zur Verhinderung einer Unterkompression oder einer Überkompression des Kompressorarbeitsfluids innerhalb des geschlossenen Gewindeganges vor der Entladung auszugleichen.

2. Schraubenkompressor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß das Schieberventilglied (38) mit einer Öffnung (72) versehen ist, die sich in Richtung auf die geschlossenen Gewindegänge öffnet, daß Antriebsmittel (51) das Schieberventilglied (38) axial bewegen und daß die vergleichende Einrichtung (92) betrieblich mit den Antriebsmitteln (51) verbunden ist, wobei die vergleichende Einrichtung (92) und die Antriebsmittel (U8, 51) außerhalb des Kompressorgehäuses (12) sich befinden und wobei Fluidleitungen (136) von den Druckaufnahmeöffnungen zu der vergleichenden Einrichtung führen.

3. Schraubenkompressor nach einem der Ansprüche 1 und/oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebsmittel (5I) einen Kolben (U8) aufweisen, welcher innerhalb eines geschlossenen Zylinders (50) gleitend angeordnet und mechanisch mit dem Schieberventilglied (38) verbunden ist, und daß der Kompressor weiterhin eine Quelle (II6) unter Druck stehenden Fluids

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aufweist sowie ein Steuerventil (92), welches empfindlich auf die Druckunterschiede zwischen dem Druck im geschlossenen Gewindegang und dem Entladedruck an der Kompressorentladeöffnung reagiert und den Fluidfluß zu und von den entsprechenden Seiten des Kolbens (H8) steuert, und zwar zur Bewegung des Schieberventilgliedes (38) zum Ausgleich der Drücke.

Schraubenkompressor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet , daß das Steuerventil (92) eine Steuerventilkolbenanordnung (96) aufweist, welche zwischen zwei extremen Positionen axial verschiebbar ist, wobei dieses Ventil für die direkte Beaufschlagung mit dem Gasdruck des geschlossenen Schraubenganges und dem Gasdruck innerhalb der Kompressorentladeleitung an der Entladeöffnung mit einer Ausgleichseinrichtung (88, 136) versehen ist, und zwar in gegenüberliegender Anordnung, wobei der Gasdruck von gegenüberliegenden Seiten auf die Steuerventilkolbenanordnung (96) wirkt, um diese zu bewegen, und zwar in einer Richtung, so daß das Fluid durch Beaufschlagung des Kolbens (kQ) das Schieberventilglied (38) zum Ausgleich der Gasdrücke bewegt.

Schraubenkompressor mit einem Gehäuse (12), in dem eine Büchse angeordnet ist, welche durch sich schneidende Bohrungen (56, 56') mit in einer Ebene liegenden Achsen gebildet wird und zwischen zwei Endwänden angeordnet ist und mit Öffnungen (36,. Uo) an gegenüber liegenden Enden der Büchse versehen ist, welche mit den Bohrungen in Verbindung stehen, mit Schraubenrotoren (20, 21), welche in den Bohrungen drehbar angeordnet sind und miteinander Kämmen, gekennzeichnet durch axial sich erstreckende

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Ausnehmungen (UU, UU¹), welche innerhalb der Büchse (12) des Gehäuses auf entsprechenden Seiten einer Ebene vorgesehen sind, die die in einer Ebene liegenden Achsen der sich schneidenden Bohrungen aufnehmen, wobei die Ausnehmungen offen mit den Bohrungen in Verbindung stehen, durch entgegengesetzt ausgerichtete Schieberventilglieder (38, 38')j welche gleitend innerhalb der Ausnehmungen (UU, UU¹) angeordnet sind, wobei die Innenflächen jedes Schieberventilgliedes (38, 38') den Umhüllungsbereich der Bohrungen der Gehäusestruktur ergänzen, welcher der Öffnung der Ausnehmungen gegenüber liegt, die mit dem Bohrungsteil der Gehäusestruktur in Verbindung steht, an der die Ventilglieder dichtend an der gegenüberliegenden Rotorstruktur anliegen, durch Arbeitsfluidöffnungen (36, UO¹), welche innerhalb der Büchse (12) der Gehäusestruktur angeordnet sind, wobei die Schieberventilglieder in jedem Falle zwischen extremen Positionen bewegbar sind, in deren einer die Öffnung vollständig offen und deren anderer die Öffnung geschlossen ist, wobei die Ventilglieder in jedem Falle eine genügende Länge aufweisen, um die vollständig verbleibende Länge der gegenüberliegenden Teile der Rotorstruktur über den Gesamtbetrag der Bewegung des Schieberventilgliedes zwischen den extremen Positionen-.zu überdecken.,., durch eine Einrichtung (32) zum Antrieb des Kompressors in eine von zwei Richtungen, wobei jeweils entweder die Öffnung (36) die Saug- und die Öffnung (Uo) die Entladeöffnung ist oder umgekehrt, durch eine Einrichtung (72, 72') zur selektiven Druckwahrnehmung des Arbeitsfluids innerhalb eines geschlossenen Gewindeganges in unmittelbarer Nähe des Endes des Schieberventilglieds (38, 38')_s welches in Abhängigkeit von der Drehrichtung des Schraubenkompressors die Entladeöffnung zum geschlossenen Schraubengang abschließt, durch eine weitere Einrichtung

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(136, 136') zur Wahrnehmung des Drucks des Arbeitsfluids innerhalb des Entladekanals in der Nähe der Entladeöffnung (36 oder Uo), durch eine Einrichtung (92, 51) zum Vergleich dieser Drücke und zum Axialverschieben des Schieberventilgliedes (38) zum Abschließen der Entladeöffnung (**0), um diese Drücke zur Verhinderung einer Unter- und Überkompression des Arbeitsfluids zu egalisieren und durch eine Einrichtung (92 ', 51') zur Axialverschiebung des anderen Schieberventilgliedes (38¹)» welches mit der Saugöffnung (36) zusammenwirkt, und zwar zur Kapazitätssteuerung des Kompressors.

Schraubenkompressor nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet , daß die Einrichtung zur Wahrnehmung des Drucks des Arbeitsfluids innerhalb des geschlossenen Schraubenganges in der Nähe der Entladeöffnung in jedem Falle den Druck wahrnehmende Öffnungen (72, T2') aufweisen, die sich in dem Schieberventilglied (38, 38') befinden und sich zu dem geschlossenen Schraubengang hin öffnen, und daß Fluidkanäle (TO, TO') innerhalb des Schieberventilgliedes (38, 38') in Fließkontakt mit den Öffnungen (72, 72') und der vergleichenden Einrichtung (92, 92') stehen.

Schraubenkompressor nach den Ansprüchen 5 und/oder 6, dadurch gekennzeichnet , daß die vergleichene Einrichtung zum Vergleichen der Drücke und zum axialen Verschieben der Schieberventilglieder zur Egalisierung des Drucks in jedem Falle ein Servosystem aufweisen, welches mit einem Steuerventil (92, 92·) und einem Kolben (U8, U8¹) versehen ist, daß betrieblich die Kolben jeweils mit den Schieberventilgliedern (38, 38') verbunden sind, daß das Steuerventil eine Einrichtung aufweist, auf die direkt entgegenwirkend

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der Gasdruck an der Druckwahrnehmungsöffnung und der Gasdruck in der Entladeleitung in der Nähe der Entladeöffnung wirken kann, um die Übertragung des Fluids vom Steuerventil auf den Kolben (U8, U8') zum Verschieben des Schieberventilgliedes (38, 38') in eine Position, in der die Gasdrücke ausgeglichen werden, zu steuern.

Schraubenkompressor nach mindestens einem der Ansprüche 5 bis 7, gekennzeichnet durch' eine Einrichtung (150, 152) zur selektiven Isolierung der Steuerventile von den Gasdrücken, die miteinander verglichen werden sollen, und durch Einrichtungen (158, 16O) zur wahlweisen direkten Beaufschlagung der Steuerventile (92, 92') mit Fluidsteuersignalen, kennzeichnend für die Kompressorladung für den Antrieb der Schieberventilglieder (38, 38'), wobei in Abhängigkeit von der Drehrichtung des Kompressors eins der Steuerventile als Kapazitätssteuerung und das andere zum Druckausgleich operiert und umgekehrt.

Schraubenkompressor nach mindestens einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zum Bewegen jedes Schieberventilgliedes (38, 38') einen koaxial mit dem Schieberventilglied angeordneten Zylinder (50, 50'), -einen im Zylinder beweglichen Kolben (^8, U8¹) eine Kolbenstange (1*6, k6'), welche mechanisch den Kolben mit dem Schieberventilglied verbindet, eine Quelle (II6) unter Druck stehenden Fluids für den Kolben, ein Steuerventil (92, 92') aufweist, welches für die Druckunterschiede zur betrieblichen Versorgung des Kolbens mit unter Druck stehendem Fluid selektiv auf der einen oder der anderen Seite zum Bewegen des Kolbens und des entsprechenden mit diesem verbundenen Schieberventilgliedes empfindlich ist, und

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daß die Einrichtung zum Bewegen jeden Schieberventilgliedes Fluidführungskanäle (TO·, 82', 80', 88') aufweist, die innerhalb des Schieberventils, der Kolbenstange und des Kolbens angeordnet sind zur direkten Verbindung der Druckwahrnehmungsöffnung (72') mit dem Steuerventil zur Steuerung der Lage der Steuerventilkolbenanordnung (96) und zur Verteilung des unter Druck stehenden Fluids auf die Kammern seitlich des Kolbens.

10. Schraubenkompressor nach mindestens einem der Ansprüche 5 bis 9 j dadurch gekennzeichnet, daß das Steuerventil (92') ein zylindrisches Gehäuse aufweist, in dem die Ventilkolbenanordnung (96) zwischen zwei extremen Positionen gleitend angeordnet ist, wobei die Ventilkolbenanordnung an den gegenüberliegenden Enden Steuerkolben (1Oi+¹, 98') aufweist, wobei an den entsprechenden Enden des Gehäuses axiale Öffnungen (110', IO8¹) angeordnet sind, wobei eine der axialen Öffnungen (108¹) mit dem geschlossenen Schraubengang in Fließkontakt steht und die anderen der axialen Öffnungen (110') in Fließkontakt mit der Kompressorentladeöffnung (^0) steht, wobei die Servosteuerventilkolben-Anordnung (96') direkt die Gasdrücke vergleicht und automatisch in eine Position sich bewegt, um unter Druck stehendes Fluid in Richtung auf den Kolben (^8^f) zu leiten, um das Schieberventilglied (38') zum Ausgleich der Gasdrücke zu bewegen.

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