DE2529331C2 - Schraubenkompressor - Google Patents

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf einen Schra.ubenkompressor mit mindestens einem männlichen und einem weiblichen Schraubenrotor, die miteinander kämmend in einem Gehäusemittelteil angeordnet sind, der einander achsparallele zylindrische Gehäusebohrungen für die Rotoren aufweist und an seinen Stirnseiten von Gehäuseabschlußteilen abgedeckt ist, die jeweils eine Ein- bzw. Auslaßöffnung und jeweils einen Ein- bzw. Auslaßkanal für das Gas sowie Lagerbohrungen für die Rotoren aufweisen, mit einer sich axial erstreckenden und zu den Gehäusebohrungen hin offenen Ausnehmung und mit einem in der Ausnehmung angeordneten Abdeckschieber, dessen Innenflächen den im Bereich der Ausnehmung herausgenommenen Teil der Gehäusebohrungen ergänzend ausgebildet sind und der zwischen zwei extremen Stellungen derart verschiebbar ist, daß der Kompressionsdruck in den sich zur Auslaßöffnung öffnenden Gewindegängen der Rotoren regelbar ist, wobei der Abdeckschieber eine Länge aufweist, die etwa der Länge der Rotoren entspricht und das Gehäuseabschlußteil auf der Niederdruckseite eine Ausnehmung aufweist, in der ein Teil des Schiebers bei Verringerung des Kompressionsdruckes in den Gehäusebohrungen geführt ist.

Ein solcher Schraubenkompressor ist der DE-AS 12 93 384 zu entnehmen. Mit Hilfe eines solchen Schraubenkompressors kann die Menge des den Kompressor durchsetzenden Arbeitsmediums und das Nenndruckverhältnis des Kompressors verändert werden. Die Möglichkeit, mit Hilfe des Abdeckschiebers jedoch gieiche Druckverhältnisse des Arbeitsfluids im Außlaßkanal und des verdichteten Fluids in den Gewindegängen des Rotors zu erhalten, ist nicht möglich.

Eine solche Unter- bzw. Überkompression ist zum Beispiel bei den Schraubenkompressoren gemäß US-PS 29 83 111 oder US-PS 37 95 117 ausgeschaltet, jedoch werden dazu zusätzliche Einrichtungen in Form von Sensoren wie zum Beispiel Thermostaten benötigt. Eine selbsttätige Regulierung durch einen Abdeckschieber ist demzufolge nicht möglich.

Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Schraubenkompressor der eingangs genannten Art derart auszubilden, daß eine Über- oder Unterkompression des in den Gewindegängen der Rotoren verdichteten Gases gegenüber dem in dem Auslaßkanal herrschenden Druck vermieden ist.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Abdeckschieber auf der Hochdruckseite eine Drucköffnung aufweist, die einerseits mit den Gehäusebohrungen an einer Stelle in Verbindung steht, an denen sich die Gewindegänge der Rotoren noch nicht zur Auslaßöffnung geöffnet haben und andererseits mit einem Steuerventil, das auf der Gegenseite von dem im Auslaßkanal herrschenden Druck so beeinflußbar ist, daß die Stellung des Abdeckschiebers auf Druckgleichheit an der Drucköffnung und im Auslaßkanal einregulierbar ist.

Mit Hilfe der erfindungsgemäßen Lösung ist erstmalig ein Schraubenkompressor zur Verfügung gestellt, bei dem selbsttätig eine Über- oder Unterkompression vermieden wird. Es brauchen demzufolge nicht zusätzliche Einrichtungen in Form von zum Beispiel Thermostaten oder elektronischen Sensoren eingesetzt zu werden, um die Über- oder Unterkompression zu vermeiden.

In Ausgestaltung der Erfindung ist der Abdeckschieber über eine Kolbenstange mit einem in einem Zylinder angeordneten Kolben verbunden, dessen beiderseits des Kolbens vorhandene Zylinderräume mit einem von dem Steuerventil gesteuerten Druckmedien wahlweise be-

aufschlagbar sind.

In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung umfaßt das von dem komprimierten Gas betätigbare Steuerventil vier in einer Längsbohrung verschiebbar angeordnete, eine gemeinsame Kolbenstange aufweisende Steuerkolben, von denen der eine äußere Kolben von dem an der Drucköffnung vorhandenen und der andere äußere Kolben von dem in dem AuslaCkanal vorhandenen Druck beeinflußbar ist

Die Ausgestaltungen der Erfindung lassen erkennen, mit Hilfe welch einfacher, jedoch nicht naheliegender technischer Mittel der Abdeckschieber betätigbar bzw. das zur Betätigung des Abdeckschiebers eingesetzte Steuerventil aufgebaut ist.

In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist der !5 Kompressor für einen in der Richtung umkehrbaren Betrieb ausgebildet Zu diesem Zweck sind zwei Abdeckschieber vorgesehen.

Im folgenden wird die Erfindung mit Hilfe von Zeichnungen beispielsweise beschrieben. Es zeigt

F i g. 1 einen Längsschnitt eines Schraubenkompressors mit einem Abdeckschieber,

F i g. 2 einen Längsschnitt eines für drehrichtungsumkehrbaren Betrieb vorgesehenen Schraubenkompressors mit zwei Abdeckschiebern,

F i g. 3 ein Druckdiagramm des Kompressionszyklus des Schraubenkompressors nach F i g. 2 für ein Wärmepumpensystem während eines Kühlzyklus, verglichen mit einem Schraubenkompressor konventioneller Bauart,

Fig.4 ein Druckdiagramm des Schraubenkompressors nach F i g. 2 für ein Wärmepumpensystem während des Heizzyklus, verglichen mit einem Schraubenkompressor konventioneller Bauart.

F i g. 1 zeigt eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Schraubenkompressors 10. Der Schraubenkompressor 10 besteht aus einem Gehäuse mit Gehäusemittelteil 12, welches zwischen den Gehäuseabschlußteilen 14 und 16 angeordnet ist. Das Gehäusemittelteil 12 weist einander achsparallele zylindrische Gehäusebohrungen (Bohrung 18 ist dargestellt) für die Schraubenrotoren 20 und 21 auf. Die Schraubenrotoren 20 und 21 kämmen miteinander. Die Achsen der Schraubenrotoren 20 und 21 liegen in einer gleichen Ebene und erstrecken sich durch das Gehäusemittelteil 12. Der Schraubenkompressor 10 ist in dieser Hinsicht als konventionell anzusehen, wobei die Rotoren 20, 21 schraubenförmige hervorstehende Teile oder Flanken und dazwischenliegende Vertiefungen oder Gewindegründe aufweisen und in den Bohrungen mittels Lager drehbar befestigt sind. Zum Beispiel ist der Schraubenrotor 20 zur Drehung auf der Welle 22 befestigt und ist in einem in dem Gehäuseabschlußteil 14 befindlichen Lager gehalten, während die Welle 22 in einem Lager 26 gehalten ist, welches im Gehäuseabschlußteil 16 angeordnet ist, und zwar über eine Hülse 30 innerhalb eines Endglockengehäuses 28, wobei die Welle 22 sich durch das Endglockengehäuse 28 erstreckt und am Ende (Bezugszeichen 32) kerbverzahnt ist, um den Schraubenkompressor 10 mit einem Elektromotor oder dergleichen (nicht dargestellt) für den Antrieb zu verbinden.

In der Ausführungsform gemäß Fig. 1 wird der Schraubenkompressor in einer einzigen Richtung gedreht, so daß nur das Gas als Arbeitsfluid durch einen Einlaßkanal 34 und über eine Einlaßöffnung 36 in die Arbeitsräume gelangt, welche durch die miteinander kämmenden Gewindeflanken und Gewindegründe der entsprechenden Rotoren gebildet werden. In der Ausführungsform gemäß Fig. 1 ist keine Kapazitätssteuerung dargestellt Das Wesen der Erfindung liegt darin, einen Abdeckschieber 38 zu verwenden, und zwar zur Durchführung einer spezifischen Funktion, die dai in besteht, den Druck im geschlossenen Gewindegang an der Auslaßseite des Kompressors im Nachbarbereich des Gehäuseabschlußteils 16 an den Druck des Gases an der Auslaßöffnung 40 am Ende des Abdeckschiebers 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 Das Gehäuse ist deshalb mit der hochdruckseitigen Auslaßöffnung 40 versehen, deren größter Teil an einer Seite einer Ebene liegt, welche rechtwinklig durch die Achsen der Rotoren verläuft, wobei die Auslaßöffnung 40 innerhalb des hochdruckseitigen Gehäuseabschlußteils 16 der Maschine angeordnet ist. Die Auslaßöffnung 40 steht in Verbindung mit einem Auslaßkanal 42, der innerhalb des Endglockengehäuses 28 liegt Wie vorher erwähnt ist das niederdruckseitige Gehäuseabschlußteil 14 des Gehäuses mit dem Einlaßkanal 34 versehen, welcher über die Einlaßöffnung 36 mit der Seite des die Bohrungen (einschließlich Bohrung 18) enthaltenden Gehäusemittelteils 12 in Verbindung steht, das der Seite der Ebene gegenüberliegt, die durch die Rotorachsen in bezug auf die hochdruckseitige Auslaßöffnung 40 verläuft.

Das Gehäusemittelteil 12 ist weiterhin mit einer zentral angeordneten, sich achsparallel zu den Gehäusebohrungen 18 erstreckenden zylindrischen Ausnehmung 44 versehen, welche an einem Ende in offener Verbindung mit der Auslaßöffnung 40 steht und sich am anderen Ende axial in Richtung der niederdruckseitigen Wandung 27 erstreckt. Die Ausnehmung 44 ist zum durch die Bohrung gebildeten Arbeitsraum hin offen. Diese Ausnehmung 44 trägt bzw. nimmt einen längsverschiebbaren Abdeckschieber 38 auf. Die axiale Position des Abdeckschiebers 38 innerhalb der Ausnehmung wird über eine Kolbenstange 46 eingestellt, welche mechanisch den Abdeckschieber 38 mit einem Kolben48 eines Fluidmotors 51 am gegenüberliegenden Ende der Kolbenstange 46 verbindet. Der Kolben 48 ist abgedichtet und gleitend innerhalb eines Zylinders 50 gelagert, welcher mechanisch am niederdruckseitigen Gehäuseabschlußteil 14 des Gehäuses befestigt ist und über die Kolbenstange 46, welche sich gleitend durch eine öffnung 53 innerhalb des Gehäuseabschlußteils 14 erstreckt, gegenüber diesem abgedichtet. Eine Endkappe 52 ist mit dem Ende des Zylinders 50 unter Bildung einer abgedichteten Kammer 54 verbunden, die sich innerhalb des Zylinders befindet, welcher den Kolben 48 gleitend aufnimmt. Die den Rotorer zugekehrte Oberfläche 56 des Abdeckschiebers 38 ersetzt die Ausschnitte der Gehäusebohrungen 18. Ein Teil des Abdeckschiebers 38 liegt gleitend und dichtend an einem ausgenommenen Teil 60 des Gehäuseabschlußteils 14 des Gehäuses an, und zwar derart, daß unabhängig von der Lage des Abdeckschiebers dieser von ausreichender Länge ist, um die gesamte verbleibende Länge des gegenüberliegenden Teils der Rotoren abzudecken, und zwar während des Ausmaßes der Bewegung zwischen den Extremstellungen, welche durch die Ausnehmung 60 und eine Endfläche 62 des

Abdeckschiebers mit dem hochdruckseitigen Gehäuseabschlußteil 16 des Gehäuses begrenzt werden.

Während der Kompression wird das Gas, welches ein Kühlmittel, wie Freon, sein kann, durch die niederdruckseitige Einlaßöffnung 36 angesaugt und füllt die Arbeitskammern der Rotoren. Während die Rotoren sich drehen, bilden der männliche und weibliche Rotor Arbeitskammern. Während der Drehbewegung der Rotoren vermindert sich das Volumen dieser Arbeitskammern, die die Form von geschlossenen Schraubengängen haben. Da sich die Dichtungsstellen zwischen dem männlichen und weiblichen Rotor axial in Richtung auf eine hochdruckseitige Wandung 64 bewegen, verringert sich das Volumen der Kompressionskammern, bis die Arbeitskarnmern auf Nu!! auslaufen, wenn die Dichtungsstellen die Ebene der Wandung 64 erreichen. Der Abschluß der Kompressionskammer erfolgt durch die Grenzfläche 56 des Abdeckschiebers 38, welche abdichtend gegenüber den Kämmen der Erhebungen angeordnet ist, und zwar unter Bildung der Grenze der Kompressionskammern oder geschlossenen Schraubengänge. Der Ausstoß des komprimierten Gases erfolgt, wenn die Kämme der Rotorerhebungen, welche die Führungskante der Kompressionskammern bilden, die stirnseitige Steuerkante 66 des Abdeckschiebers 38 passieren. Dabei wird eine Verbindung zwischen der Arbeitskammer und der hochdruckseitigen Auslaßöffnung 40 hergestellt.

Die Bewegung des Abdeckschiebers 38 gemäß F i g. 1 nach links verkürzt die Kompressionszeit, wogegen eine Bewegung nach rechts die Kompressionszeit und das Druckverhältnis zwischen Saugen und Entladen des Kompressors erhöht So erlaubt der Abdeckschieber unter der Voraussetzung, daß das Anfangsvolumen des geschlossenen Schraubengangs vor Erreichen der Endkante 66 des Abdeckschiebers konstant ist, das Kompressionsverhältnis des Kompressors zu verändern. Dies steuert tatsächlich den Druck des komprimierten Gases vom geschlossenen Schraubgang zur Auslaßöffnung 40.

Wenn der Druck an der Auslaßöffnung 40 geringer ist als in den Arbeitskammern der Rotoren, tritt eine Überkompression auf, und der Druck der sich zur Auslaßseite öffnenden Arbeitskammern fällt unmittelbar ab, da sich der Druck an der Hochdruckseite des Kompressors angleicht. In gleicher Weise wird das Gas, wenn der Druck des Gases innerhalb der geschlossenen Arbeitskammern vor der Steuerkante 66 niedriger ist als der Druck des Gases innerhalb der Auslaßöffnung 40, auf einen Druck komprimiert, der dem der Auslaßöffnung entspricht, sobald die Verbindung zwischen der Auslaßöffnung 40 und dem geschlossenen Gewindegang hergestellt ist_

Die Erfindung zielt auf eine Anordnung für ein selbsttätiges, also automatisches Hin- und Herbewegen des Abdeckschiebers 38 ab, und zwar zur Anpassung des Druckes in den geschlossenen Arbeitskammern, an der Steuerkante 66 des Abdeckschiebers 38 an den Druck des Gases im Bereich der Auslaßöffnung 40. Dazu ist der Abdeckschieber mit einem geneigten Kanal 70 versehen, welcher an der Innenoberfläche 56 des Abdeckschiebers eine Drucköffnung 72 bildet, welche sich zum geschlossenen Gewindegang hin öffnet Durch diese Drucköffnung 72 kann komprimiertes Gas unmittelbar vor der Auslaßöffnung entnommen werden. '

Der Abdeckschieber 38 weist weiterhin eine Bohrung 74 auf, die durch eine ringförmige Ausnehmung 76 erweitert ist. Durch die Bohrung erstreckt sich eine eine Kolbenstange 46 mit einem Bereich 46a geringeren Durchmessers. An diesen schließt sich ein Bereich größeren Durchmessers 46b an. Der Übergang zwischen diesen Bereichen bildet eine Schulter 78, welche mit einem Kopfende 81 der Welle zusammenwirkt, um die Kolbenstange 46 mit dem Abdeckschieber 38 zu verbinden. Die Kolbenstange 46 weist über ihre ganze Länge eine zentrale Bohrung 80 auf. Diese ist jedoch an dem vergrößerten Kopfende 81 geschlossen. Eine Vielzahl radialer Löcher 82 ist innerhalb der Kolbenstange 46 vorgesehen, über die eine Verbindung zwischen der Bohrung 80 in der Kolbenstange, über die Ausnehmungen 76 und über den Kanal 70 mit der Drucköffnung 72 hergestellt wird.

is Die Kolbenstange 46 trägt an ihrem gegenüberliegenden Ende ein teleskopartig eingeführtes Rohr 84, welches gleitend von der Bohrung 80 aufgenommen wird und mit dem anderen Ende abgedichtet in der Endkappe 52 befestigt ist. Ein Fluidkanal 86 innerhalb der Endkappe ist über eine Leitung 88 mit einem Steuerventilgehäuse 90 eines Steuerventils 92 verbunden. Das Steuerventil 92 ist mit einer Längsbohrung 94 versehen, in der eine Steuerventilkolbenanordnung % gleitet, die mit vier Steuerkolben 98, 100, 102 und 104 versehen ist. Die Kolben sind über eine Kolbenstange 106 miteinander verbunden. Zuzüglich zu axialen öffnungen 108 und 110 ist eine Einlaßöffnung 112 vorgesehen, die mit einer Leitung 114 verbunden ist, durch die das Fluid entsprechend einem Pfeil 116 von einem Vorrat fließt, während öffnungen 118 und 120 mit einer gemeinsamen Entladeleitung 122 in Verbindung stehen, durch die das vom Steuerventil kommende Fluid entsprechend einem Pfeil 124 entladen wird.

An der gegenüberliegenden Seite des Ventilgehäuses 90 sind Fluidöffnungen 126 und 128 vorgesehen, welche über Leitungen 130 bzw. 132 zur Kammer 54 führen, und zwar beiderseits des Kolbens 48. Die Kammer 54 ist gegenüber der Bohrung 80 der Kolbenstange 46 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 48, 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 124 über die öffnung 118 oder 120 fließt, je nachdem, in welche Richtung sich der Kolben 48 bewegt.

Für die vorliegende Erfindung ist die Tatsache wesentlich, daß die Leitung 88 die Drucköffnung 72, die mit den geschlossenen Arbeitskammern der Rotoren in Verbindung steht, mit der linken Fläche des Steuerkolbens 98 der Ventilkolbenanordnung 96 des Steuerventils verbindet Die gegenüberliegende axiale Öffnung 110 ist über eine Leitung 136 mit dem Auslaßkanal 42 des Kompressors verbunden, so daß die Steuerventilkolbenanordnung 96 und insbesondere die äußere Endfläche des Steuerkolbens 104 mit dem komprimierten Gas beaufschlagt wird. Die wirksamen Flächen der Steuerkolben 98 und 104 sind gleich groß, so daß das Steuerventil sich nach rechts oder nach links bewegt, und zwar in Abhängigkeit davon, ob der Druck innerhalb des Auslaßkanals 42 des Kompressors höher ist als der Druck in den geschlossenen Arbeitskammern, wenn diese mit der Drucköffnung 72 in Verbindung stehen oder umgekehrt Mit der Steuerventilkolbenanordnung 96 in der dargestellten Stellung gelangt das Arbeitsfluid 116 in den Bereich links des Kolbens 48,

wodurch sich der Kolben von links nach rechts bewegt, was bedingt, daß der Kompressor Gas in die Auslaßöffnung 40 mit einem höheren Druckniveau entlädt. Dieser höhere Druck an der Drucköffnung 72 wird über den Kanal 70, die Ausnehmung 76, die radialen Löcher 82, die Bohrung 80 in der Kolbenstange 46, den Kanal 86 in der Endkappe 52 und die Leitung 88 sowie die axiale öffnung 108 auf die linke Endfläche des Steuerkolbens 98 der Steuerventilkolbenanordnung 96 übertragen. Da dieser Druck den auf dieselbe Ventilkolbenanordnung auf der gegenüberliegenden Seite durch den Steuerkolben 104 ausgeübten Druck übersteigt, welcher demjenigen im Auslaßkanal 42 entspricht, wird das Steuerventil sieh von links nach rechts bewegen und dabei bewirken, daß die Beaufschlagung mit dem Druck des beweglichen Fluids entsprechend dem Pfeil 116 in den Bereich rechts des Kolbens 48 verlagert wird, wodurch der Abdeckschieber von rechts nach links bewegt wird. Dadurch wird der Druck des geschlossenen Gewindeganges an der Auslaßöffnung 40 reduziert und zwar dadurch, daß der geschlossene Gewindegang sich im Kompressionszyklus früher zur Auslaßöffnung 40 hin öffnet, was bedeutet, daß der Enddruck im geschlossenen Sichraubengang geringerer Größe früher auf die Druckverhältnisse in der Einlaßöffnung 40 stößt.

In Fig.2 ist eine zweite Ausführungsform der Erfindung dargestellt, worin der Schraubenkompressor sowohl in der einen als auch in der anderen Richtung wirken kann, also drehrichtungsumkehrbar ist. In diesem Fall wird die Einlaß- oder Niederdruckseite des Kompressors die Hochdruck- oder Auslaßseite der Maschine und umgekehrt. Diese Ausführungsform zeichnet sich durch die Verwendung eines zweiten Abdeckschiebers 38' aus, welcher gleitend von dem Gehäuse an der Seite der kämmenden Rotoren aufgenommen wird, und zwar gegenüber dem Abdeckschieber 38. Der Abdeckschieber 38' wird durch einen servogesteuerten Kolben zwischen zwei Extremstellungen hin- und herbewegt und ist im wesentlichen eine Doppelausführung des Steuerventils und des Kolbens in Verbindung mit dem Abdeckschieber 38.

Die Abdeckschieber 38 und 38' sind entgegengesetzt ausgerichtet und stehen entsprechend mit den Einlaßseiten des Kompressors in Verbindung, wobei jedoch die Steuerung umgekehrt ist, wenn die Kompressionsrichtung umgekehrt wird. In dieser Hinsicht weist entsprechend F i g. 2 der Schraubenkompressor 10' der zweiten Ausführungsform ebenfalls ein Gehäuse mit einem Gehäusemittelteil 12' auf, welches zwischen Gehäuseabschlußteilen 14' 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 entsprechend F i g. 1 auf.

Der Rotor 20 ist auf der Welle 22 befestigt, und zwar in derselben Weise wie bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1. Viele bereits vorstehend im Zusammenhang mit der Ausführungsform gemäß F i g. 1 beschriebene Einzelheiten sind zweckmäßigerweise hier zur Kürzung der Beschreibung weggelassen, so daß auf diese Beschreibungsteile Bezug genommen wird.

Wie bei der Ausführungsform gemäß F i g. 1 gelangt das Gas, wie zum Beispiel ein Kühlmittelgas, in den Einlaßkanal 34 und strömt über die Einlaßöffnung 36 zur Einlaßseite der Maschine, d. h. in die Arbeitskammern, welche durch die sich überschneidenden Bohrungen und die kämmenden Rotoren gebildet werden. In dieser Ausführungsform jedoch wird die Steuerung der Maschinenkapazität durch einen Abdeckschieber 38' erreicht, welcher in der durch die Achsen der kämmenden Schrauben 20 und 21 gebildeten Ebene dem Abdeckschieber 38 gegenüberliegend angeordnet ist, wobei beide durch das zentrale Gehäusemittelteil 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 Keilnut 32 versehen, welche in diesem Falle mechanisch mit einem nicht gezeigten Elektroantriebsmotor verbunden ist. Im Gegensatz zur Ausführungsform gemäß F i g. 1 kann der Schraubenkompressor in umgekehrter Richtung angetrieben werden, so daß der Auslaßkanal 42 zum Einlaßkanal und der Einlaßkanal 34 zum Auslaßkanal wird. In dieser Anordnung ist das Gehäuse mit einer Öffnung 40 versehen, welche in diesem Falle als Hochdruckauslaßöffnung wirkt, welche an einer Seite einer Ebene liegt, die durch die Achsen des Rotors mit der öffnung 40 gelangt und benachbart zum Gehäuseabschlußteil 16 der Maschine angeordnet ist. Die Öffnung 40 steht in Verbindung mit dem Auslaßkanal 42. Im Gegensatz zur ersten Ausführungsform ist das Gehäusemittelteil 12' des Gehäuses nicht nur mit der axial sich erstreckenden zylindrischen Ausnehmung 44, sondern zusätzlich mit einer gegenüberliegenden Ausnehmung 44' versehen, welche zum Arbeitsraum offen ist, wobei die Ausnehmungen 44 und 44' zueinander parallel ausgerichtet sind. Die Ausnehmung 44 nimmt in diesem Falle den längsverschiebbaren Abdeckschieber 38 auf, wogegen die Ausnehmung 44' einen entgegengesetzt orientierten, längsverschiebbaren Abdeckschieber 38' aufnimmt. Die axiale Stellung des Abdeckschiebers 38 wird in gleicher Weise wie bei der ersten Ausführungsform geregelt.

In ähnlicher Art und Weise ist hinsichtlich des Abdeckschiebers 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 Abdeckschiebers 38' gleitend und dichtend an einem ausgenommenen Teil 60' des Gehäuseabschlußteils 16' des Gehäuses an, wobei der Abdeckschieber 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 64' des Gehäuseabschlußteils 16' des Gehäuses gebildet werden. Abgesehen davon, daß der Abdeckschieber 38' zum Abdeckschieber 38 entgegengesetzt orientiert ist, sind beide Abdeckschieber gleich und arbeiten in gleicher Weise, jedoch ist zu berücksichtigen, daß jeder Abdeckschieber eine unterschiedliche Funktion hat, während die Maschine arbeitet, wobei die Funktion automatisch wechselt, wenn die Drehrichtung des Schraubenkompressors geändert wird. In dieser Hinsicht ist der Abdeckschieber 38' über eine Kolbenstange 46' mit einem Kolben 48' eines Fluidmotors 5Γ verbunden, wobei der Kolben 48' gleitend innerhalb eines Zylinders 50' angeordnet ist Ein befestigtes Rohr 84', welches durch eine Endkappe 52' getragen wird, ist teleskopartig innerhalb der Kolbenstange 46' angeordnet, wobei die Kolbenstange 46' im Inneren eine Längsbohrung 80' aufweist, welche über das Rohr 84' einen Kanal 88' mit der Drucköffnung 72' des Abdeckschiebers 38' verbindet Dies ist über geneigte Kanäle 70' und eine Ausnehmung 75' innerhalb des

Abdeckschiebers 38' und über radiale Löcher 82' innerhalb der Kolbenstange 46' vervollständigt.

Der Abdeckschieber 38' ist mit der Kolbenstange fest verbunden, welche andererseits mit dem Kolben 48' verbunden ist, durch den der Abdeckschieber 38' bewegt wird, wobei der Kolben seine Position innerhalb einer Kammer 54' verändert, und zwar in Abhängigkeit davon, welche Kolbenseite der Kammer mit unter Druck stehendem 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 den Abdeckschieber 38' ist identisch mit dem des Abdeckschiebers 38.

Ein bewegliches Fluid gelangt unter Druck über eine Leitung 114' in das Steuerventil 92', um es über die Steuerventilanordnung 96' wahlweise in die Kammer 54' auf eine Seite des Kolbens 48' 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 104' dem Fluiddruck innerhalb der Leitung 136' ausgesetzt, welche sich in den Kanal 34 innerhalb des Gehäuseabschlußteils 14' des Kompressorgehäuses öffnet.

Entsprechend wie beim Steuerventil 92 führen bein" Steuerventil 92' die Leitungen 88' und 136' zu den öffnungen 108' bzw. 110'. Abweichend von der Ausführungsform gemäß F i g. 1 sind Absperrventile zur Steuerung des Abdeckschieberbetriebs in wahlweiser Durchführung vorgesehen, und zwar in Abhängigkeit davon, ob der Kompressor in der einen oder in der anderen Richtung angetrieben wird. Dazu weist die Leitung 88 ein Ventil 150, die Leitung 136 ein Ventil 152, die Leitung 136' ein Ventil 152' und die Leitung 88' ein Ventil 150' 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 150 und der öffnung 108 des Steuerventils eine Leitung 154, 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 156 in T-Verbindung mit der Leitung 136 zwischen dem Absperrventil 152 und der Leitung 110, wobei sich in dieser Leitung 156 ein Absperrventil 160 befindet. In identischer Weise ist die Leitung 88' zwischen dem Absperrventil ISO' und der öffnung 108' vorgesehen, mit einer über eine T-Verbindung angeordneten Leitung 154', in welcher ein Absperrventil 158' vorgesehen ist Die Leitung 136' zwischen der öffnung 110' und dem Absperrventil 152' ist mit der Leitung 156' verbunden, in der ein Absperrventil 160' angeordnet ist

Die Leitungen 154,154', 156,156' können wahlweise benutzt werden, damit durch Fluiddrucksignale die Steuerventilkolbenanordnung der entsprechenden Steuerventile entweder nach links oder nach rechts bewegt wird, um die Steuerventilglieder positiv anzutreiben, und zwar in einer Art und Weise, die durch die gewünschte Systemoperation bestimmt ist. Dadurch kann einer der beiden Abdeckschieber 38 oder 38' die Funktion einer Kapazitätssteuerung vornehmen, während der andere automatisch den Druck im geschlossenen Gewindegang innerhalb der Kompressionsarbeitskammer an den Kompressorauslaßleitungsdruck an der Auslaßöffnung anpaßt.

Beispielsweise funktioniert unter der Voraussetzung, daß der Kanal 34 der Einlaßkanal und der Kanal 42 der Auslaßkanal des Kompressors ist, wie dies durch die Pfeile angedeutet ist, der Abdeckschieber 38 derart, daß er den Druck in den geschlossenen Arbeitskammern auf den Druck in der Auslaßleitung an der Auslaßöffnung 40 ausgleicht, wogegen der Abdeckschieber 38' eine Kapazitätssteuerung vornimmt. In diesem Fall sind für das den Abdeckschieber steuernde Servosystem die Absperrventile 158 und 160 innerhalb der Leitungen 154 und 156 geschlossen und die Ventile 150 und 152 in den Leitungen 88 und 136 offen. Innerhalb des Servosystems für den Abdeckschieber 38' ist das Absperrventil 152' innerhalb der Leitung 136' geschlossen wie das Absperrventil 150' in der Leitung 88'. Weiterhin sind die Ventile 160' in der Leitung 156' und das Ventil 158' in der Leitung 154' offen. Daraus resultiert, daß die Steuerventilkolbenanordnung 96 in verschiedenen Stellungen der Steuerkolben 98 und 104 den Druck in dem geschlossenen Schraubengang an der öffnung 72 mit dem Leitungsdruck an der Auslaßseite des Kompressors vergleicht, d. h. mit dem Druck innerhalb des Auslaßkanals 42. Der Abdeckschieber 38 bewegt sich deshalb automatisch zur rechten oder linken Seite, um diese beiden Drücke auszugleichen. Bei dieser Anordnung hat der Abdeckschieber 38 dieselbe Funktion wie bei der Ausführungsform gemäß F i g. 1.

Mit den geschlossenen Ventilen 152' und 150', soweit es das Steuerventil 92' betrifft, wird der Abdeckschieber 38' nach links oder rechts bewegt, um eine Kapazitätssteuerung vorzunehmen. Wie durch den Pfeil CP stromaufwärts des Ventils 160' innerhalb der Leitung 156' angedeutet ist, bedingt die Beaufschlagung mit einem gesteuerten Drucksignal, welches der Pfeil schematisch andeutet, sofern die Endfläche des Steuerkolbens 104' 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 54' gelangen kann und der Druck gegen die rechte Fläche des Kolbens 48' drückt. Dadurch bewegt sich der Abdeckschieber 38' von rechts nach links, so daß in diesem Falle durch Bewegung der Steuerkante 66' des Abdeckschiebers 38' nach links die öffnung 36 zu den sich kämmenden Schrauben hin kleiner wird. Die Schraubenkompressorausgestaltung ist derart, daß die Kapazität der Maschine ein Minimum erreicht, wenn die Endfläche 62' des Abdeckschiebers 38' an der Endfläche 64' des Gehäüseäbschlüßteils 14' anliegt. Wenn der Abdeckschieber 38 sich von links nach rechts bewegt, steigt die Kapazität der Maschine an, da die Arbeitsräume mehr und mehr zur Einlaßöffnung hin geöffnet werden.

Das vom Einlaßkanal 34 einströmende Gas wird einer adiabatischen Expansion und einer Wiederkompression ohne jegliche durch die Maschine ausgeübte Arbeit unterworfen, bis der Druck des eingeschlossenen Volumens innerhalb des geschlossenen Schraubenganges den Einlaßdruck während der Reduzierung des eingeschlossenen Volumens erreicht Wenn die Arbeitsräume zur Einlaßseite der Maschine über die Kante 66' des Abdeckschiebsrs 38' offen sind, wird ein bestimmtes Volumen angesaugten Gases innerhalb eines Arbeitsraumes, nachdem dieser geschlossen ist, zunächst expandiert da das Volumen des geschlossenen Arbeits-

raumes momentan vor der Rekompression ansteigt. Während dieser Zeit des Zyklus erfolgt die adiabatische Expansion und Rekompression. Jedoch dies wird erreicht, ohne jegliche Kraft vom Kompressor aufzunehmen, bis der Einlaßdruck durch die nachfolgende Reduktion des eingeschlossenen Volumens erreicht wird.

F i g. 3 zeigt ein Druck-Volumendiagramm während eines typischen Kühlzyklus des Kompressors gemäß F i g. 2, worin die adiabatische Expansion und die Rekompression einer idealen Endladung durch den Abdeckschieber 38' der vorliegenden Erfindung geliefert wird. Die Expansion tritt von A nach B auf und die Rekompression von ßnach Cohne eine Arbeitsleistung der Maschine, welche mit einem doppelten Abdeckschieber im Vergleich zu konventionellen Abdeckschiebern ausgerüstet ist, was durch den Teil der Kurve von den Punkten A zu ß'und dann zu C" angedeutet ist. Die Lösung gemäß dem Stand der Technik weist einen Abdeckschieber auf, welcher einen Anfangsdruck des eingeschlossenen Volumens gestattet, von dem ein Teil dann zurück zur Einlaßseite der Maschine geführt wird, wobei die partielle Kompression des eingeschlossenen Volumens einen Leistungsverlust darstellt.

Sollte es notwendig sein, die Kapazität der Maschine heraufzusetzen, so wird ein Steuersignal in die Leitung 154' gegeben, wobei die Absperrventile 160', 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 über die Leitung 132' auf die linke Seite des Kolbens 48' gelangen, um den Abdeckschieber 38' zur Erhöhung der Kapazität von links nach rechts zu bewegen.

Wenn der Abdeckschieber 38' eine Steuerung der Kapazität der Maschine vornimmt, und zwar in Abhängigkeit von den Erfordernissen, bewegt sich der Abdeckschieber 38 zur automatischen Anpassung des Druckes im geschlossenen Schraubengang in der Öffnung 72 an den Druck in dem Kompressorauslaßkanal 42 unmittelbar stromabwärts der Auslaßöffnung 40. In diesem Falle sind die Ventile 150 und 152 offen und die Ventile 158 und 160 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 des Auslaßkanals 42, worauf dieser geschlossene Schraubengang den Punkt erreicht, wo dieser sich über die Kante 66 des Abdeckschiebers 38 zur Auslaßöffnung 40 öffnet, unmittelbar darauf der Gasdruck mit dem Druck des Auslaßkanals ausgeglichen wird. Der Überkompressionsverlust oder Druckabfall und somit der Energieverlust kann durch den Vergleich des Teils der Kurve von B nach E und der aufzusteigenden Arbeit mit den Bereichen, welche von den Punkten D, fund Fbegrenzt sind, gesehen werden. Durch die variablen Entladeabbrüche bzw. Entladefüllungen kann ein idealer Verdichtungsprozeß erreicht werden, wobei der ideale Entladepunkt immer unabhängig von Wechsel der Systembedingungen, denen der Kompressor unterworfen ist, aufrechterhalten werden kann.

Da der Kompressor 10' in entgegengesetzten Richtungen angetrieben werden kann, läßt sich dieser entweder für den Wärmepumpenbetrieb verwenden oder um heißes Kühlmittel zu einem Kondensator zu leiten, und zwar für einen Entfrosterzyklus ohne die Notwendigkeit, Umkehrventile oder derglichen 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, die als Druckvolumendiagramm in F i g. 4 dargestellt ist, die Art und Weise, in welcher der Kompressor, welcher mit einem mehrfachen Abdeckschieber der vorliegenden Erfindung versehen ist, die Verluste infolge der konventionellen Abdeckschieberentladung durch die adiabatische Expansion und Wiederkompression eliminiert. In diesem Falle wirkt der Kanal 34 als der Auslaßkanal und der Kanal 42 als Einlaßkanal.

Bei herkömmlichen Schraubenkompressoren tritt zuzüglich zu dem Verlust, den die Anordnung gemäß der vorliegenden Erfindung eliminiert, welcher graphisch durch den Bereich zwischen den Punkten A, B', C dargestellt ist, ein Energieverlust bei Unterkompression auf, welcher durch den Bereich innerhalb der Punkte E, D, D' dargestellt ist. Diese Verluste werden durch den gemäß F i g. 2 ausgebildeten Kompressor vermieden.

Aus der vorangehenden Beschreibung kann ersehen werden, daß ein absolut minimaler Energiebedarf gegeben ist, und zwar unabhängig vom Arbeitszyklus, der Kondensationstemperatur, dem Ladebetrag 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 dem Auslaßkanal aus. Dies erfolgt insbesondere derartig selbsttätig, daß keine äußeren Steuermittel vorgesehen sein müssen.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Schraubenkompressor mit mindestens einem männlichen und einem weiblichen Schraubenrotor, die miteinander kämmend in einem Gehäusemittelteil angeordnet sind, der einander achsparallele zylindrische Gehäusebchrungen für die Rotoren aufweist und an seinen Stirnseiten von Gehäuseabschlußteilen abgedeckt ist, die jeweils eine Ein- bzw. Auslaßöffnung und jeweils einen Ein- bzw. Auslaßkanal für das Gas sowie Lagerbohrungen für die Rotoren aufweisen, mit einer sich axial erstreckenden und zu den Gehäusebohrungen hin offenen Ausnehmung und mit einem in der Ausnehmung angeordneten Abdeckschieber, dessen Innenflächen den im Bereich der Ausnehmung herausgenommenen Teil der Gehäusebohrungen ergänzend ausgebildet sind und der zwischen zwei extremen Stellungen derart verschiebbar ist, daß der Kompressionsdruck in den sich zur Auslaßöffnung öffnenden Gewindegängen der Rotoren regelbar ist, wobei der Abdeckschieber eine Länge aufweist, die etwa der Länge der Rotoren entspricht und das Gehäuseabschlußteil auf der Niederdruckseite eine Ausnehmung aufweist, in der ein Teil des Schiebers bei Verringerung des Kompressionsdruckes in den Gehäusebohrungen geführt ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Abdeckschieber (38) auf der Hochdruckseite eine Drucköffnung (72) aufweist, die einerseits mit den Gehäusebohrungen (18) an einer Stelle in Verbindung steht, an denen sich die Gewindegänge der Rotoren (20, 21) noch nicht zur Auslaßöffnung (40) geöffnet haben und andererseits mit einem Steuerventil (92), das auf der Gegenseite von dem im Auslaßkanal (42) herrschenden Druck so beeinflußbar ist, daß die Stellung des Abdeckschiebers (38) auf Druckgleichheit an der Drucköffnung (72) und im Auslaßkanal (42) einregulierbar ist.

2. Schraubenkompressor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Abdeckschieber (38) über eine Kolbenstange (46) mit einem in einem Zylinder angeordneten Kolben (48) verbunden ist, dessen beiderseits des Kolbens vorhandene Zylinderräume mit einem von dem Steuerventil (92) gesteuerten Druckmedium wahlweise beaufschlagbar sind.

3. Schraubenkompressor nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das von dem komprimierten Gas betätigbare Steuerventil (92) vier in einer Längsbohrung (94) verschiebbar angeordnete, eine gemeinsame Kolbenstange (96) aufweisende Steuerkolben (98,100,102,104) umfaßt, von denen der eine äußere Kolben (98) von dem an der Drucköffnung (72) vorhandenen und der andere äußere Kolben (100) von dem in dem Auslaßkanal (42) vorhandenen Druck beeinflußbar ist.

4. Schraubenkompressor nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Abdeckschieber (38, 38') für drehrichtungsumkehrbaren Betrieb des Kompressors (10) vorgesehen sind.