DE2602659C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Rotationskolbenverdich­ ter mit einem zylindrischen Rotor, der mit mehreren schraubenförmigen Nuten versehen ist, mit denen die Zähne mindestens eines Dichtungszahnrades im Eingriff stehen, mit einem den Rotor umschließenden zylindri­ schen Gehäuse, in welches das Dichtungszahnrad hineinragt, mit einer Saugkammer für das zu ver­ dichtende Gas, das durch die offenen Nuten in einem Rotorende angesaugt wird, mit einer Auslaßöffnung in der Wand des Gehäuses in der Nähe des anderen Rotorendes, die in Drehrichtung des Rotors vor dem jeweiligen Dichtungszahnrad angeordnet ist, mit einer mit der Auslaßöffnung verbundenen Druckleitung, mit mindestens einer weiteren Öffnung in der Wand des Gehäuses, die in der gleichen axialen Höhe wie die Auslaßöffnung angeordnet ist und mit einer die Auslaßseite des Verdichters mit der Saugkammer verbindenden Rücklaufleitung.

Ein Rotationskolbenverdichter der obengenannten Art ist aus der DE-Offenlegungsschrift 23 09 796 bekannt. Aufgrund der die Auslaßseite des Verdichters mit der Ansaugseite verbindenden Rücklaufleitung kann die Förderleistung des Verdichters bei ständig laufendem Motor verändert werden. Diese Verbindung ist bei dem bekannten Verdichter wie folgt ausgestaltet. An den Druckraum ist eine Nutzleitung angeschlossen, in welche ein Rückschlagventil eingeschaltet ist. Strömungsaufwärts von diesem Ventil ist an die Nutzleitung ein Ende der Rücklaufleitung angeschlos­ sen, während das andere Ende der Rücklaufleitung an eine mit der Ansaugseite verbundene Ansaugleitung angeschlossen ist. In die Rücklaufleitung ist ein Ventil geschaltet, das während der normalen Benutzung geschlossen ist. Nur wenn die verlangte Förder­ leistung Null ist, wird das Ventil geöffnet, so daß die Auslaßseite des Verdichters mit der Ansaugseite unmittelbar verbunden ist. Der Druckabfall in der Nutzleitung bewirkt die Schließung des in die Nutzleitung eingeschalteten Ventils, was einen Rück­ strom des unter Druck stehenden Gases verhindert. Durch Ventile öffnen sich die in der gleichen axialen Höhe wie die Auslaßöffnung angeordneten weiteren Öffnungen, so daß der Verdichter über die Rücklauf­ leitung fördert, ohne Luft zu verdichten.

Bei dem bekannten Rotationskolbenverdichter wird damit die Förderleistung durch Anpassung des Druck­ verhältnisses verändert. Eine Rückleitung zur Ansaug­ seite findet nur mit Hilfe von gesteuerten Ventilen statt und nur dann, wenn die verlangte Leistung gleich Null ist. Bei einer derartigen Bypaßregelung müssen jedoch erhebliche Leistungsverluste in Kauf genommen werden.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Rotationskolbenverdichter zu schaffen, der eine nahezu verlustfreie Fördermengenregelung bei etwa konstantem Druckverhältnis ermöglicht.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die weitere Öffnung direkt mit der Rücklaufleitung in Verbindung steht, und daß am auslaßseitigen Rotorende ein den Rotor umschließender kreisförmiger Steuerring vorgesehen ist, der zur Steuerung der Größe der Rücklauföffnung von einer völlig geschlossenen Stel­ lung in eine maximal geöffnete Stellung drehbar ist und gleichzeitig die Größe der Auslaßöffnung im umgekehrten Sinne steuert.

Aufgrund der erfindungsgemäßen Konstruktion ist eine Verbindung zwischen der Druckseite und der Ansaug­ seite des Verdichters vorgesehen, bevor der Enddruck im Verdichterraum erreicht wird. Wenn der Steuerring so gedreht wird, daß die Rücklauföffnung geöffnet wird, verzögert sich die Verdichtung, und folglich verringert sich das angesaugte Volumen. Gleichzeitig wird die Auslaßöffnung verkleinert, so daß das Verhältnis zwischen dem Ansaugvolumen und dem Druck­ volumen und somit auch das Druckverhältnis bei verschiedenen Fördermengen des Verdichters im wesent­ lichen konstant bleibt. Dabei ist die Fördermengenre­ gelung nahezu verlustfrei. Die Regelung läßt sich kontinuierlich über einen großen Steuerbereich von Vollast bis zu einer geringsten Teillast von etwa 25 Prozent durchführen. Zur Steuerung ist nur ein beweglicher Bauteil erforderlich; andere Bauteile, wie z.B. Ventile, über die ein Druckverlust auftreten kann, werden vermieden.

In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfin­ dung weist der Steuerring eine der Anzahl der Dichtungszahnräder gleiche Anzahl von Ansätzen mit jeweils zwei Steuerkanten auf, von denen die eine Steuerkante die Auslaßöffnung und die andere Steuer­ kante gleichzeitig die Rücklauföffnung steuert.

In einer Weiterbildung der Erfindung kann die Auslaßöffnung eine feststehende Auslaßöffnung und eine einstellbare Auslaßöffnung umfassen. Wenn der Steuerring sich in einer Position kleinster Teillast befindet, wird die einstellbare Auslaßöffnung ver­ kleinert, während die feststehende Auslaßöffnung ihre Größe bewahrt. Dadurch kann ein begrenztes Startmo­ ment für den Antriebsmotor während des Anlaufvorgangs erhalten werden. Während des Startens wird nur wenig oder überhaupt kein Druck aufgebaut.

Zu diesem Zweck ist bevorzugt die die einstellbare Auslaßöffnung steuernde Steuerkante der Ansätze entsprechend der Richtung der Nuten im Rotor geneigt ausgebildet.

Durch Verwendung eines Steuerrings ist es auch möglich, das Verhältnis zwischen dem Ansaugvolumen und dem Druckvolumen und somit das Druckverhältnis in einem bestimmten Ausmaß bei Vollast des Verdichters zu ändern, indem die Ansätze des Steuerrings mit anderen Abmessungen und/oder Formen ausgestaltet werden.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben. Es zeigt:

Fig. 1 eine Draufsicht auf ein Ausführungs­ beispiel des Rotationskolbenverdichters, mit zwei Zahnrädern und einer Förder­ mengenregelung,

Fig. 2 einen Schnitt längs der Linie A-A der Fig. 1 bei Vollast,

Fig. 3 eine Abwicklung einer Hälfte des Rotors des Verdichters entsprechend Fig. 1 bei Vollast,

Fig. 4 einen Schnitt längs der Linie A-A der Fig. 1 bei Teillast und

Fig. 5 eine Abwicklung von der Hälfte des Rotors bei Teillast.

Fig. 1 zeigt den Rotor 1, und die beiden Dichtungs­ zahnräder sind mit den Bezugszahlen 2 und 3 bezeich­ net. Der Rotor wird über eine Welle 4 angetrieben.

Der Rotor ist von einem zylindrischen Gehäuse 5 umschlossen, und die Dichtungszahnräder 2 und 3 erstrecken sich durch Öffnungen in der Wand des Gehäuses 5 (siehe Fig. 2 und 4).

Im Falle eines Kühlverdichters ist das Gehäuse 5 an beiden Enden geschlossen. Eine Saugkammer 6 ist zwischen einem Ende des Rotors 1 und einer Vorderflä­ che des Gehäuses 5 gebildet. Eine Ansaugleitung 7 ist mit der Saugkammer 6 verbunden.

Wenn der Rotor 1 umläuft, wird das anzusaugende Gas durch offene Nuten in einem Rotorende eingeführt. Zu einem bestimmten Moment wird jede offene Nut durch einen Zahn des Dichtungszahnrades 2 oder 3 verschlos­ sen und die Verdichtung beginnt, weil jede Nut am anderen Ende durch die Wand des Gehäuses 5 geschlos­ sen ist. In einem bestimmten Moment trifft das andere Ende jeder Nut auf eine Auslaßöffnung 8 in der Wand des Gehäuses 5. Eine Druckleitung 9 ist mit dieser Auslaßöffnung verbunden.

Die bisher erfolgte Beschreibung bezieht sich auf einen bekannten Rotationskolbenverdichter ohne För­ dermengenregelung. Um jedoch die Möglichkeit zu haben, die Fördermenge des Rotationskolbenverdichters in solcher Weise zu regeln, daß das Verhältnis zwischen dem Ansaugvolumen und dem Druckvolumen etwa konstant über einen Steuerungsbereich hinweg bleibt, der so groß wie möglich ist, wird ein geschlossener Steuerring 10 benutzt. Dieser Ring paßt in eine Nut im Gehäuse 5 oder gegebenenfalls in eine Ausnehmung im Rotor 1.

Nicht dargestellte Mittel können auf den Steuerring 10 einwirken, um diesen Ring unter einem bestimmten Winkel in bezug auf das Gehäuse 5 drehen zu können.

Für jede Hälfte des Rotors ist der Steuerring 10 mit einem Ansatz 11 versehen, der das eigentliche Steuerelement bildet. An einem Ende hat der Ansatz 11 eine gerade Steuerkante 12, und diese Kante bildet zusammen mit einer ortsfesten Steuerkante 13 im Gehäuse eine Rücklauföffnung 14 in der Wand des Gehäuses 5.

Die Rücklauföffnung 14 ist mit einer Rücklaufleitung 15 verbunden, die mit der Saugkammer 6 in Verbindung steht.

In der in Fig. 1 gezeigten Position ist diese Rücklauföffnung 14 geöffnet. Wenn der Steuerring 10 um ein solches Maß gedreht wird, daß die Steuerkanten 12 und 13 sich gegeneinander legen, ist die Rücklauf­ öffnung 14 geschlossen. Das ist die Position bei Vollast (siehe Fig. 2 und 3).

Aus Fig. 1, 3 und 5 ist außerdem ersichtlich, daß die genannte Auslaßöffnung 8 im übrigen aus zwei Ele­ menten besteht, d.h. einer feststehenden Auslaßöff­ nung 8 a und einer einstellbaren Auslaßöffnung 8 b, die durch die schräge Steuerkante 16 des Ansatzes 11 vergrößert oder verkleinert werden kann. Wenn der Steuerring sich in einer Position kleinster Teillast befindet, wird die einstellbare Auslaßöffnung 8 b verkleinert, während die feststehende Auslaßöffnung 8 b ihre Größe bewahrt. Die Bedeutung dessen ist, ein begrenztes Startmoment für den Antriebsrotor während des Anlaufvorgangs zu erhalten. Während des Startens wird nur wenig oder überhaupt kein Druck aufgebaut. Der Nachteil der feststehenden Auslaßöffnung 8 a besteht jedoch darin, daß beim Arbeiten mit Teillast das eingebaute Verhältnis zwischen dem Ansaugvolumen und dem Druckvolumen gering ist und nicht dem tatsächlichen Druckverhältnis entspricht. Folglich erhöht sich der Leistungsverbrauch.

Eine feststehende Auslaßöffnung ist deshalb nicht unter allen Umständen erforderlich oder wünschens­ wert.

Bei einer geringsten Teillast muß die Rücklauföffnung 14 so groß wie möglich sein. Es ist ersichtlich, daß die Größe dieser Öffnung durch die axiale Weite des Ansatzes 11 und durch den möglichen Drehwinkel des Steuerrings 10 bestimmt wird. Der Drehwinkel wird jedoch kleiner mit der Vergrößerung des Ansatzes 11 in axialer Richtung. Deshalb muß ein Maximum irgendwo für die Breite des Ansatzes 11 des Steuerrings 10 eingerichtet sein.

Durch Bewegung des Steuerrings 10 aus der in Fig. 2 und 3 gezeigten Position in die in Fig. 4 und 5 gezeigte Position entsteht die Rücklauföffnung 14, und als Folge davon kann Gas zur Ansaugkammer 6 hin entweichen. Die theoretische Gasmenge, die angesaugt wird, ist dann so groß wie die Kapazität der Nut in dem Moment, in dem die Nut gerade die Rücklauföffnung 14 passiert.

Während der Drehung des Steuerrings 10 aus Vollast zu kleinster Teillast wird die einstellbare Auslaßöff­ nung 8 b zunehmend kleiner. Der Vorgang des Heraus­ drückens des Gases beginnt deshalb zu einem fort­ schreitend späteren Moment.

Indem der Rotationskolbenverdichter mit Ansätzen 11 einer unterschiedlichen Form und/oder unterschiedli­ chen Abmessungen versehen wird, auf die natürlich auch die Nut im Gehäuse 5 eingerichtet sein muß, erhält der Rotationskolbenverdichter ein anderes eingebautes Verhältnis zwischen Ansaugvolumen und Druckvolumen.

Aus technischen Herstellungsgründen ist es wünschens­ wert, daß die gerade Steuerkante 12 jedes Ansatzes 11 nicht mit einer geraden Steuerkante 13 des Gehäuses 5 zusammenwirkt, sondern daß die Steuerkante 13 an einem getrennten Füllring 17 sitzt. Indem der Verdichter mit Ansätzen 11 oder mit Füllringen 17 versehen wird, die beide verschiedene Abmessungen haben, erhält der Verdichter ein anderes eingebautes Verhältnis zwischen Ansaugvolumen und Druckvolumen.

Das eingebaute Volumenverhältnis kann natürlich nur innerhalb bestimmter Grenzen durch eine andere Form und/oder andere Abmessungen der Ansätze 11 und gegebenenfalls der Füllringe 17 geändert werden.

Claims (4)

1. Rotationskolbenverdichter mit einem zylindrischen Rotor, der mit mehreren schraubenförmigen Nuten versehen ist, mit denen die Zähne mindestens eines Dichtungszahnrades im Eingriff stehen, mit einem den Rotor umschließenden zylindrischen Gehäuse, in welches das Dichtungszahnrad hineinragt, mit einer Saugkammer für das zu verdichtende Gas, das durch die offenen Nuten in einem Rotorende angesaugt wird, mit einer Auslaßöffnung in der Wand des Gehäuses in der Nähe des anderen Rotorendes, die in Drehrichtung des Rotors vor dem jeweiligen Dichtungszahnrad angeordnet ist, mit einer mit der Auslaßöffnung verbundenen Druck­ leitung, mit mindestens einer weiteren Öffnung in der Wand des Gehäuses, die in der gleichen axialen Höhe wie die Auslaßöffnung angeordnet ist und mit einer die Auslaßseite des Ver­ dichters mit der Saugkammer verbindenden Rücklauf­ leitung, dadurch gekennzeich­ net, daß die weitere Öffnung (14) direkt mit der Rücklaufleitung (15) in Verbindung steht und daß am auslaßseitigen Rotorende ein den Rotor (1) umschließender kreisförmiger Steuerring (10) vor­ gesehen ist, der zur Steuerung der Größe der Rücklauföffnung (14) von einer völlig geschlos­ senen Stellung in eine maximal geöffnete Stellung drehbar ist und gleichzeitig die Größe der Auslaßöffnung (8) im umgekehrten Sinne steuert.

2. Rotationskolbenverdichter nach Anspruch 1, da­ durch gekennzeichnet, daß der Steuerring (10) eine der Anzahl der Dichtungszahn­ räder (2, 3) gleiche Anzahl von Ansätzen (11) mit jeweils zwei Steuerkanten (12, 16) aufweist, von denen die eine Steuerkante (16) die Auslaßöffnung (8) und die andere Steuerkante (12) gleichzeitig die Rücklauföffnung (14) steuert.

3. Rotationskolbenverdichter nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Auslaßöffnung (8) eine fixe Auslaßöffnung (8 a) und eine einstellbare Aus­ laßöffnung (8 b) umfaßt.

4. Rotationskolbenverdichter nach einem der vorher­ gehenden Ansprüche, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die die einstellbare Auslaß­ öffnung (8 b) steuernde Steuerkante (16) der An­ sätze (11) entsprechend der Richtung der Nuten im Rotor (1) geneigt ist.