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Vorrichtung zur Regelung der Liefermenge
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bei Rotationskolbenverdichtern Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung
zur Regelung der Liefermenge bei Rotationskolbenverdichtern, die aus einem Kolben,
einem Gehäuse und zwi -schen beiden befindlichen Arbeitskammern bestehen.
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Aus der DT-PS 1 451 769 ist eine Rotationskolben-Brennkraftmaschine
mit trochoidenförmiger Laufbahn und einem Absperrorgan nahe dieser Laufbahn im Einlaßkanal
bekannt. Das Absperrorgan wird von der Maschinenwelle angetrieben und ist als ständig
umlaufender Drehschieber ausgebildet.
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Hierdurch soll erreicht werden, daß die dynamischen Wirkungen der
Schwingungen der im Einlaßkanal befindlichen Gassäule ausgenutzt werden, x einen
sehr hohen Fülhngsgrad bei einer gegebenen Drehzahl zu erhalten.
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Aus dem Buch "Kolbenverdichter" von Bouché und Wintterlin, 4. Auflage,
Sprlnger-Verlag Berlin/Heidelberg, ist es bekannt, Kolbenverdichter so zu regeln,
daß bei konstantem Förderdruck die Liefermenge dem Bedarf angepaßt wird. Der ventilgesteuerte
Verdichter paßt den Förderdruck selbsttätig dem Gegendruck an. Die Auslegung des
Verdichters basiert auf dem maximalen Bedarf die Regelung ist somit eine gezielte
Ilerabsetzung der Fördermenge. Dies kann durch folgende Maßnahmen geschehen: 1.
Zeitweilige Unterbrechung der vollen Fördermenge: Ein- und Abschalten des Motors
(nur begrenzt möglich); Schließung der Saugleitung (Schmieröl wird in Kompressionsraum
gesaugt);
Offenhalten der Saugventile (erfordert aufwendige Kinematik):
Nebenauslaß in der Druckleitung {schlechter Wirkungsgrad).
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2. Änderung der Fördermenge durch äußere Eingriffe: Drehzahlv er ring
erung (bei Elektromotorantrieb aufwendig); Vergrößerung des schädlichen Raumes durch
Zuschaliräume (konstruktiv aufwendig und nicht stufenlos möglich); Abschalten einzelner
Zylinder (nicht möglich bei Einzylindermaschine); Drosseln der Ansaugleitung (erhöht
Gesamtdruckverhältnis und damit Temperatur); Bypass-Regelung (Verbindung zwischen
Druck- und Saugseite vermindert nicht Leistungsaufnahme).
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3. Sprungfreie Regelung der Fördermenge durch innere Eingriffe: Von
außen gesteuertes Saugventil bietet eine förderungsmengen proportionale Leistungsverminderung
(konstruktiv aufwendig); zeitlich veränderlicher Zuschaltraum (ebenfalls konstruktiv
aufwendig).
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Diese bei ilubkolbenverdichtern möglichen Regelungsarten lassen sich
prinzipiell auch auf Rotationskolbenverdichter übertragen, die nach dem Verdrängerprinzip
arbeiten und ventilgesteuert sind. Der Nachteil bekannter Hubkolbenverdichter mit
Regelungsvorrichtungen besteht nun darin, daß der Leistungsbedarf (Leistung der
Antriebsmaschine) nicht proportional der Liefermenge reduziert wird, sondern im
Gegenteil bei geringerer Liefermenge über dem Vollastpunkt liegen kann.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine nahezu stufenlose Regelung
der Liefermenge bei Rotationskolbenverdichtern zu erzielen, wobei die aufzuwendende
Antriebsleistung der Menge des geförderten und verdichteten Mediums entspricht.
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Diese Aufgabe wird bei einem Rotationskolbenverdichter mit einem Kolben,
einem Gehäuse und zwischen beiden befindlichen Arbeitskammern dadurch gelöst, daß
mindestens eine Gehäusewand in dem Bereich, der von der Seitenwand
des
Kolbens zwischen seiner unteren und oberen Totpunktlage überstrichen wird, verschließbare
Kanäle aufweist. Diese Kanäle sind vorzugsweise Bohrungen geringen Durchmessers,
die durch einen in der Gehäusewand befindlichen Absperrschieber geöffnet oder geschlossen
werden können, um die in den Verdichtungsraum angesaugte Luftmenge während des Kompressionshubes
teilweise oder ganz wieder in den Saugraum austreten zu lassen.
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Unabhängig von der Steuerungsart (Ventil- oder Schlitzsteuerung) ist
die erfind ungsgemäße R egelungsvorrichtung für T eillast- Liefermengen vorteilhaft,
da in allen Betriebsbereichen des Verdichters ein guter Gesamtwirkungsgrad erzielt
wird. Thermodynamisch bedeutet dies, daß der Verdichterprozeß (PV-Diagramm) im Teillast-Bereich
ohne zusätzliche Unterdruckflächen oder Überdruckflächen durchfahren wird. Bei unveränderlichem
Hub der Verdrängungsmaschine und nicht veränderlichen Steuerteilen des Lufteintritts
in den Verdichtungsraum sind Kanäle vorgesehen, aus denen die überschüssige Luftmenge
nahezu ohne Überdruck im Verdichtungsraiim in den Saugraum aus geschoben wird. Es
treten lediglich Strömungswiderstände auf. Die Anzahl der geöffneten Überströmkanäle
kann in Abhängigkeit vom Luftbedarf gesteuert werden. Hierzu wird beispielsweise
der Absperrschieber mittels eines pneumatischen Stellzylinders betätigt.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Anwendungsmöglichkeiten der Erfindung
ergeben sich aus den Figuren, die nachfolgend beschrieben sind.
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Es zeigen: Fig. 1 eine Vorrichtung zur Regelung der Liefermenge bei
einem ventilgest euerten 1? otationskolbenverdichter und Fig. 2 ein Ausführungsbeispiel
für einen eintrittseitig schlitzgesteuerten Verdichter.
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Fig. 1 zeigt einen Rotationskolbenverdichter 2, der eine Epitrochoidenmaschine
mit äußerer Hüllkurve ist. Auf einer Exzenterwelle 4 ist ein Kolben
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drehbar gelagert. Die Nachführung des Kolbens besorgt ein kolbenfestes Ritzel 8,
das mit einer Innenverzahnung 10 kämmt, die mit der Gehäuseplatte 12 fest verbunden
ist.
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Wie aus Fig. 1 deutlich zu erkennen ist, ist zwischen dem Kolben 6
und einem Gehäusering 14 ein Verdichtungsraum 16 gebildet. Zu diesem Verdichtungsraum
führt ein Eintrittskanal 18, der mit einem Ventil 20 verschlossen dargestellt ist.
Eine den Verdichtungsraum 16 begrenzende Platte 22 weist eine Gehäusewand 24 auf,
in der mehrere Kanäle 26 angeordnet sind. Mehrere Kanäle 26 sind vorzugsweise in
gerader Linie angeordnet und durchstoßen die Gehäuseplatte 22, wobei sie sich zu
einem Ringraum 28 öffnen. Durchdrungen werden die Kanäle 26 von einer Bohrung 30,
in der ein Absperrschieber 32 beweglich angeordnet ist. Je nach Stellung dieses
Absperrschiebers 32 können ein oder mehrere Kanäle 26 geöffnet sein, so daß beim
Verdichten Medium vom Verdichtungsraum 16 zum Ringraum 28 gelangen kann.
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In der in Fig. 1 eingezeichneten Stellung des Absperrschiebers 32
sind sämtliche Kanäle 26 verschlossen, so daß der Verdichter die größtmögliche Liefermenge
erzeugt. Um die Fördermenge dem Bedarf anzupassen, wird der Absperrschieber 32 hydraulisch,
pneumatisch oder elektrisch mittels nicht gezeigter Steuerungsorgane verschoben,
wodurch nacheinander ein oder mehrere Kanäle 26 freigegeben werden. Hierdurch wird
die Fördermenge dem Bedarf angepal3t, da ein Teil der angesaugten Luft in den Ringraum
28 zurückgeschoben wird. Mit dem Ringraum 28 steht eine Bohrung 34 in Verbindung,
die entweder den freien Austritt des überströmenden Mediums in die Atmosphäre ermöglicht
oder aber mit der Saugleitung verbunden ist (nicht gezeigt). Letzteres empfiehlt
sich immer dann, wenn dem Eintrittsventil ein Filter vorgeschaltet ist.
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Im Ausführungsbeispiel von Fig. 1 liegt eine Epitrochoidenmaschine
mit einem Roll- zu Grundkreisverhältnis von 1:1 vor. Dies bedeutet, daß neben der
Aibe-ttskammer 16 eine weitere Arbeitskammer 17 vorhanden ist. Weist diese Arbeitskammer
17 nun auch die aus Kanälen 26 und Absperrschieber 32 bestehende Regelungseinrichtung
auf, so können auch hier Teilmengen
in den Ringraum 28 gefördert
werden. Läuft der Rotationskolbenverdichter im Leerlauf, dann geben die Absperrschieber
32 sämtliche Kanäle 26 frei, wodurch Null-Förderung erreicht wird und die Leistungsaufnahme
lediglich der Überwindung der Reibungskräfte dient. Schaltungstechnisch kann dieser
Zustand immer dann erreicht werden, wenn in einem nicht gezeigten Windkessel der
maximale Druck vorhanden ist.
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Fig. 2 zeigt ein weiteres Ausfiihrungsbeispie1 der Erfindung für einen
eintrittsseitig schlitzgesteuerten Rotatioiiskolbenverdicht er. Hierzu erfolgt der
Lufteintritt gemäß Pfeil 40 durch die Bohrung 42 in den Ringraum 44 und weiter durch
den Steuerschlitz 46 in der Seitenplatte 48 zum Verdichtungsraum 50. Nicht benötigtes
Medium kann über die Kanäle 26 zum Ringraum 44 zurückströmen, sofern die Kanäle
nicht vom Absperrschieber 32 verschlossen sind.
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L e e r s e i t e