DE2833292A1

DE2833292A1 - Verfahren zum einstellen der foerdermenge einer rotationskolbenmaschine und rotationskolbenmaschine zur durchfuehrung des verfahrens

Info

Publication number: DE2833292A1
Application number: DE19782833292
Authority: DE
Inventors: Bernard Zimmern
Original assignee: OMPHALE SA
Current assignee: OMPHALE SA
Priority date: 1977-07-29
Filing date: 1978-07-28
Publication date: 1979-02-08
Also published as: JPS5426514A; FR2398901A1; FR2398901B1

Description

Patentanwälte

Dipl.-Ing. Dipl.-Chem. Dipl.-Ing.

E.Prinz - Dr. G. Hauser - G. Leiser

Ernsbergerstrasse 19

8 München 60

OMPHALE S.A. 28. Juli 1978

33 rue Godefroy

92800 PUTEAUX / Frankreich

Unser Zeichen: 0 370

Verfahren zum Einstellen der Fördermenge einer Rotationskolbenmaschine und Rotationskolbenmaschine zur Durchführung des Verfahrens

Die Erfindung betrifft ein Verfahren für die Einstellung der Fördermenge von Schraubenrotor-Rotationskolbenmasohinen sowie Rotationskolbenmaschinen, die zur Durchführung des Verfahrens ausgebildet sind.

Es ist bekannt, die Einstellung der Fördermenge von Sohraubenrotor-Kompressoren, insbesondere von Einsohraubenrotor-Kompressoren, wie sie beispielsweise in den französischen Patentschriften 1 331 998 und 1 585 832 beschrieben sind, entweder durch Drosselung der Ansaugung oder durch Änderung des erfaßten Volumens durchzuführen. Lösungen hierfür sind insbesondere in den französischen Offenlegungssohriften 74 27132, 75 01187 und 76 25431 beschrieben.

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Diese Lösungen weisen jedoch den Nachteil auf, daß sie entweder teuer sind, weil beispielsweise in dem Gehäuse zwei kontinuierlich verstellbare Gleitführungen angebracht werden müssen, wie in der PR-OS 76 25431 beschrieben ist, oder daß sie einen schlechten Wirkungsgrad ergeben, wenn die Lösung einfach ist; dies gilt für den Fall der Einstellung durch Ansaugdrosselung, insbesondere bei geringer Fördermenge.

Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung eines Einstellverfahrens, das die Aufrechterhaltung eines guten Wirkungsgrads bei wirtschaftlichem und anpassungsfähigem Aufbau ermöglicht. .

Nach der Erfindung ist ein Verfahren zum Einstellen der Fördermenge einer Rotationskolbenmaschine, Insbesondere eines Kompressors oder Entspanners, mit einem mit mehreren Gewindegängen versehenen Schraubenrotor, wenigstens einem mit den Gewindegängen zusammenwirkenden Dichtungszahnrad und mit einem Gehäuse, das den Schraubenrotor wenigstens teilweise umgibt und mit einer Durchtrittsöffnung für die Zähne des DiehtungsZahnrades ausgestattet ist, wobei in dem Gehäuse wenigstens eine Niederdrucköffnung und eine Hochdrucköffnung angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß zur Beendigung der von einem Dichtungszahnrad erzeugten Förderung dieses von seiner Arbeitsstellung in einer Richtung entfernt wird, die im wesentlichen parallel zur Drehachse des Dichtungszahnrades liegt.

Durch Entfernen des Dichtungszahnrads von seiner Arbeitsstellung erzeugt man nämlich eine Leckströmung, die umso beträchtlicher ist, je größer der Abstand wird, wodurch

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die geförderte Strömungsmenge im Fall eines Kompressors in gleichem Maße verringert wird. Wenn das Diehtungszahnrad ausreichend weit entfernt' wird, kann sogar im Fall eines Kompressors die Kompression vollständig "beendet oder im Fall eines Entspanners die Entspannung vollständig "beendet werden; in diesem Fall müssen Hilfssperreinrichtungen in der Hochdruckleitung vorgesehen werden (beispielsweise ein Rückschlagventil im Fall eines Kompressors), um die Strömung zwischen der Hochdruckseite und der Niederdruckseite zu verhindern.

Das angegebene Verfahren läßt sich besonders einfach realisieren und anwenden, und es ergibt ferner den Vorteil, daß es den größten Teil der passiven Verluste beseitigt, die gewöhnlich den bekannten Einstellvorrichtungen anhaften.

Im Fall von Kompressoren, auf die in erster Linie Bezug genommen werden soll, ist die verbrauchte Energie dann so klein, daß sie über das Gehäuse abgeführt werden kann; daduroh ist es möglich, die Öleinspritzung in den Kompressor für dessen Kühlung abzustellen, während bei den herkömmlichen Vorrichtungen diesd Öleinspritzung aufrechterhalten werden muß, was dazu zwingt, die Auslaßöffnung des Kompressors auf der Hochdruckseite zu belassen, was wiederum die Ursache von beträchtlichen Energieverlusten ist.

Bei Anwendung des erfindungagemäßen Verfahrens konnte ein Energieverbrauch ohne Förderung von weniger als 20 fo der Vollastleistung gemessen werden, was mit der Merhzahl der bekannten Lösungen nicht realisierbar ist.

Bei den bevorzugten Ausführungsformen wird ferner die Tatsache, daß die Einschraubenrotor-Kompressoren in den

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meisten Fällen einen mit zwei Diehtungszahnradem zusammenwirkenden Schraubenrotor aufweisen und demzufolge zwei parallele Kompressoren bilden, dazu ausgenutzt, Teilförderungen zu realisieren, indem nur eines der beiden Dichtungszahnrader abgehoben wird.

Wenn die beiden Halbkompressoren jeweils das gleiche Volumen erfassen, kann man somit durch Abheben eines Dichtungszahnrads von der Fördermenge 100 $ auf die Fördermenge 50 fa und dann durch Abheben des zweiten Dichtungszahnrads auf die Fördermenge 0 $ übergehen.

Wenn dagegen die beiden Halbkompressoren mit unterschiedlichen erfaßten. Volumen ausgebildet sind, von denen beispielsweise das eine doppelt so groß wie das andere ist, kann man durch abwechselndes Abheben der DiehtungsZahnräder beispielsweise Teilforderungen von 66 $ und 33 # realisieren. Man kann schließlich diese Einstellung durch Abheben des Dichtungszahnrads mit bekannten Einstellvorrichtungen kombinieren. Wenn man das Abheben des Dichtungszahnrads mit einer Einstellung durch Ansaugdrosselung kombiniert, wendet man diese im Bereich von 100 $ bis 50 $ an, indem sie in energetischer Hinsicht verhältnismäßig wirksam bleibt, worauf man ein Dichtungszahnrad unter Beseitigung der Drosselung abhebt und dann die Drosselung erneut anwendet, um das Intervall von 50 fo bis 0 % mit nur einem Diehtungszahnrad in Arbeitsstellung zu durchlaufen.

Man kann auch eine Einstellvorrichtung bekannter Art anwenden, wie sie beispielsweise in der US-PS 3 108 739 oder in der FR-OS 76 25431 beschrieben ist, indem man diese Vorrichtung nur an einem der beiden Halbkompressoren anordnet und im ganzen Bereich zwischen 100 # und 50 </o mit beiden Dichtungszahnrädernim Eingriff anwendet, sowie anschließend im Bereich von 50 <fo bis 0 #, wobei nur das Dichtungszahnrad des nicht mit der Vorrichtung ausgestatteten Halbkompressors abgehoben wird.

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Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben siota. aus der folgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen, die in der Zeichnung dargestellt sind. In der Zeichnung zeigt:

Fig. 1 eine Schnittansicht einer Schraubenrotor-Rotationskolbenmaschine mit einem Dichtungszahnrad mit zylindrischer Verzahnung gemäß der Ausbildung in der FR-PS 1 586 832 und mit einer Vorrichtung zum Abheben des Dichtungszahnrads,

Fig. 2 eine Schnittansicht entlang der linie II-II von Fig. 1,

Fig. 3 eine schematische Schnittansicht durch einen Schraubenrotor entlang der Berührungsfläche zwischen Schraubenrotor und Diehtungszahnrad,

Fig. 4 eine Seitenansicht eines Schraubenrotors, der mit zwei im wesentlichen symmetrischen Dichtungszahnrädern zusammenwirkt, die in gleicher Weise wie das in Fig. 1 im Schnitt dargestellte Diehtungszahnrad ausgebildet sind,

Fig. 5 eine Schnittansioht einer Schraubenrotor-Rotationskolbenmaschine mit einem Dichtungszahnrad mit ebener Verzahnung gemäß der FR-PS 1 331 998 und mit einer zusätzlichen Einrichtung zum Abheben des Diohtungszahnrads und

Fig. 6 eine schematische Schnittansicht einer Vorrichtung ähnlich derjenigen von Fig. 1 zur Darstellung einer anderen Ausführungsform für die Verstellung des Dichtungszahnrads.

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Pig. 1 zeigt einen Kompressor nach der PR-PS 1 586 832. Dieser "bestellt aus einem Schraubenrotor 1, der rait Gewlndegängen 2 versehen ist und sich in einem Gehäuse dreht. Der Schraubenrotor kämmt mit einem Dichtungszahnrad, das gemäß der Lehre der PR-PS 2 148 677 durch ein Kunststoffzahnrad 4- gebildet ist, das im Innern eines Metallträgers 5 angebracht und durch einen Sicherungsring 6 darin festgehalten ist; diese "beiden Teile sind durch einen nicht dargestellten Stift gegen eine gegenseitige Verdrehung gesichert.

Das Dichtungszahnrad 4» 5 ist mittels Wälzlagern 8, frei drehbar auf einer Achse 7 gelagert. Die Achse 7 dreht sich nicht und kann frei in zwei Bohrungen gleiten: in einer Bohrung 10, die in einer am Gehäuse 3 mittels Schrauben befestigten Haube 11 gebildet ist, und in einer Bohrung 12, die im Gehäuse 3 gebildet ist.

In der normalen Arbeitstellung, d.h. in der Kompressionsstellung, hält eine Peder 13 eine am Ende der Achse aufgeschraubte Mutter 14 unter Einfügung einer Beilagscheibe 15 in Anlage an der Haube 11.

In Pig. 2, die einen Schnitt entlang der Linie II-II von Pig. 1 zeigt, ist zu erkennen, daß die Achse 7 zwei gefräste Abflachungen aufweist, die in einem Ausschnitt der Peder 13 sitzen und ein Drehen der Achse verhindern.

Pig. 3 zeigt in vollen Linien einen Schnitt durch den Schraubenrotor 1 entlang der mit den Zahnflanken des DichtungsZahnrades zusammenwirkenden Pläche und die Stellung der Zähne des Dichtungszahnrads 4, wenn die Mutter 14 auf der Beilagscheibe 15 aufliegt. Die Gewindegänge sind dann durch die Zähne vollständig verschlossen, so daß eine Kompression stattfindet. 809886/1012

Das Gehäuse ist natürlich mit wenigstens einer Niederdrucköffnung für das Ansaugen und mit wenigstens einer Hochdrucköffnung für die Abgabe versehen; diese Öffnungen sind nicht dargestellt, denn ihre Anordnung ist aus den zuvor angegebenen Patentschriften bekannt und ihre Beschreibung ist zur Erläuterung der Erfindung nicht notwendig.

Ein Kolben 16 (Fig. 1), der sich in einer Bohrung des Gehäuses 3 bewegt, ist an einer Kolbenstange 17 befestigt, die in einem Verschlußstopfen 19 gleitbar gelagert ist und an deren Ende eine Einstellmutter 18 befestigt ist. In die Bohrung kann ein Druckmittel über eine Leitung 20 eingeführt werden.

Wenn Druckmittel, beispielsweise Druckluft, über die Leitung 20 in die Bohrung eingeführt wird, schiebt dieses den Kolben 16 nach oben, der seinerseits die Achse 17 unter Zusaramendrückung der Feder 13 verschiebt, bis die Mutter 18 an den Verschlußstopfen 19 anstößt. Das Diehtungszahnrad und seine Zähne nehmen dann die in Fig. 3 gestrichelte Lage ein, in der sehr beträchtliche Zwischenräume 21 und 22 freigegeben werden, durch die das komprimierte Gas entweichen kann.

Es ist zu bemerken, daß bei der als Beispiel angegebenen Ausbildung die Fläche 23 die dem hohen Druck ausgesetzte Fläche der Zähne ist; diese Fläche liegt auf einen Zylinder und bleibt daher stets in Kontakt mit der am Gehäuse angebrachten Fläche 24 von zylindrischen Außenumriß.

Dieses Merkmal ist aber nicht unbedingt notwendig; die Fläche 23 könnte auch von anderer Art sein, beispielsweise

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ein Kegel, der sich dann von der entsprechenden Fläche des Gehäuses beim Anheben des Dichtungszahnrades entfernt. Im Zusammenhang mit Fig. 5 wird übrigens später ein Beispiel angegeben, bei dem die dem Druck ausgesetzte Fläche der Zähne in einer Ebene liegt.

Die Zwischenräume 21 und 22 können dadurch verändert werden, daß die Achse 7 mehr oder weniger weit verschoben wird, was beispielsweise dadurch erhalten werden kann, daß ein mehr oder weniger hoher Druck durch die Leitung 20 zugeführt wird.

Dadurch ändert sich auch die Leckströmung durch die Zwischenräume 21 und 22 und damit die vom Kompressor gelieferte Fördermenge.

Es ist jedoch vorzuziehen, diese Möglichkeit der kontinuierlichen Änderung der Fördermenge, die zwar leicht anzuwenden ist, aber einen sehr sohlechten Wirkungsgrad ergibt, nicht anzuwenden, sondern statt dessen eine Zweipunkteinstellung vorzunehmen, d.h. entweder das Dichtungszahnrad in der Arbeitsstellung zu lassen oder es gleich um eine beträchtliche Strecke anzuheben, wie in Fig. 3 dargestellt ist, so daß überhaupt keine Kompression mehr stattfindet.

Es ist nämlich leicht möglich, Verstellungen vorzunehmen, die so große Querschnitte freigeben, daß die Geschwindigkeit des Gases auf Werte unter 30 oder 40 m/s fällt.

Bei einem Kompressor mit einem Schraubenrotor von 125 mm Durchmesser, der mit zwei zylindrischen Dichtungszahnrädern von etwa 160 mm Durchmesser zusammenarbeitet, die sich mit 3000 U/min drehen, wobei die Eindringtiefe der

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Zähne in den Schraubenrotor etwa 40 mm beträgt, so daß der Kompressor etwa 1600 Liter bei 3000 U/min fördert, ergibt ein Anheben um etwa 5 mm selbst bei schweren Gasen, wie gasförmigen Halogen-Kältemitteln, Geschwindigkeiten der angegebenen Größenordnung, bei denen praktisch jede Druckerhöhung in den Gewindegängen entfällt und somit kein nennenswerter Energieverbrauch durch Kompression stattfindet.

Um eine Verbindung zwischen der Hochdruckseite und der Niederdruckseite zu vermeiden, ist es dann notwendig, eine der den Anschluß zum Kompressor herstellenden Leitungen zu verschließen, beispielsweise dadurch, daß ein Rückschlagventil am Auslaß des Kompressors angeordnet wird.

In gleicher Weise ist es notwendig, falls der Kompressor mit Einspritzung einer Hilfsflüssigkeit arbeitet und aus einem Schraubenrotor und einem einzigen Dichtungszahnrad besteht (oder wenn im Pail eines Schraubenrotors mit zwei Diehtungszahnrädern die beiden Dichtungszahnräder gleichzeitig angehoben werden), die Flüssigkeitseinspritzung während des Anhebens abzustellen.

In dieser Hinsicht ist ein bemerkenswertes Ergebnis zu beachten: Bei angehobenem Dichtungszahnrad ist die Verlustleistung so gering, daß es möglich ist, den Kompressor weiterhin in Drehung zu versetzen, ohne daß es jedoch notwendig ist, ihn durch weiteres Einspritzen der Flüssigkeit zu kühlen.

Bei einem Luftkompressor der betrachteten Art mit einem Abgabedruck von 7 Bar, der mit zwei symmetrischen Dichtungszahnrädern ausgestattet ist, liegt die Leistung

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bei abgehobenen Dichtungszahnrädern unter 20 $ der Vollastleistung, und sie stellt sich auf etwa 10 $ ein.

Die entsprechende Wärme kann über das Gehäuse abgeführt werden, falls dieses mit geeigneten Kühlrippen ausgestattet und belüftet wird.

Es ist jedoch erwünscht, im Innern des Gehäuses eine gewisse Flüssigkeitsmenge beizubehalten, die dazu bestimmt ist, die Wärme zu verteilen und die Berührungsflächen zu schmieren. Diese Plüssigkeitsmenge kann dadurch erhalten werden, daß das Abstellen der Flüssigkeitseinspritzung gegenüber dem Abheben der Dichtungszahnräder durch eine Zeitsteuerung verzögert wird, oder daß noch einfacher eine Kapazität zwischen dem Abschaltventil und dem Kompressor vorgesehen wird. Da die Flüssigkeit im allgemeinen unter Druck stehende Gasbläschen enthält, sucht sie sich beim Abschalten auszudehnen, so daß der größte Teil des Volumens der Kapazität in den Kompressor gelangt.

Das beschriebene Verfahren ergibt also ein sehr bemerkenswertes Ergebnis, denn gewöhnlich ist es notwendig, die Flüssigkeitseinspritzung in Sohraubenrotor-Kompressoren selbst dann aufrechtzuerhalten, wenn diese ohne Förderung weiterlaufen, damit die eingebrachte Flüssigkeit die Wärme abführt; um diese Flüssigkeit aufzufangen, ist es jedoch dann notwendig, die Verbindung zwischen dem Auslaß des Kompressors und dem Unterdruokbehälter offen zu halten, wodurch sich eine beträchtliohe Umwälzarbeit ergibt, die zu schlechten energetischen Wirkungsgraden führt.

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Diese Maßnahme ist besonders bei Bremskompressoren von Interesse.

Es ist dadurch nämlich möglich, den Radiator fortzulassen, der gewöhnlich für die Abführung der Kompressionswärme bestimmt ist.

Da nämlich die Betriebszeiten des Kompressors im Volllastbetrieb oder im Teillastbetrieb kurz sind, ist die Wärmeträgheit der Injektionsflüssigkeit, beispielsweise Öl, ausreichend, um eine zu beträchtliche Temperaturerhöhung zu vermeiden. Diese Wärme wird durch Strahlung oder Konvektion vom Ölsammelbehälter während der langen Perioden abgeführt, in denen sich der Kompressor ohne Injektion dreht.

Diese Kühlung würde nicht stattfinden, wenn eine Öleinspritzung dauernd aufrechterhalten werden müßte.

Alle diese Fachteile werden durch die Erfindung beseitigt.

Es ist sogar möglich, noch bemerkenswertere Ergebnisse zu erhalten, wenn man die Erfindung bei Kompressoren oder Entspannungsmaschinen anwendet, deren Schraubenrotor mit zwei mehr oder weniger symmetrischen Dichtungszahnräd em zusammenarbeitet, wie dies schematisch, in Fig. 4 dargestellt ist. Ein solcher Kompressor besteht praktisch aus zwei Halbkompressoren oder Halb-Entspannungsmaschinen, die parallel arbeiten und jeweils der in Fig. 1 dargestellten Maschine ähnlich sind. Das Dich.-tungszahnrad 4b ist in der abgehobenen Stellung dargestellt. Die Pfeile 25, 26a und 26b geben die Drehrichtungen des Schraubenrotors 1 und der Dichtungszahnxäder 4a, 4b an, wenn die Vorrichtung als Kompressor verwendet

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wird. Wenn jedes der Dichtungszahnräder 4a und 4b mit einer Vorrichtung der anhand von Fig. 1 beschriebenen Art ausgestattet ist, ist es möglich, zunächst das Dichtungszahnrad 4a abzuheben, wodurch die Fördermenge im wesentlichen auf die Hälfte der normalen Fördermenge verringert wird, um dann das Diehtungszahnrad 4b abzuheben, wodurch dann die ganze Förderung zu Null gemacht wird. Auf diese Weise erhält man eine schrittweise Regelung mit den Werten 100 $, 50 $, O $.

Folgendes ist zu bemerken: Wenn der Kompressor mit einer Flüssigkeitseinspritzung pro Dichtungszahnrad ausgestattet ist, kann man die dem Diehtungszahnrad 4a entsprechende Einspritzung abstellen, wenn dieses Dichtungszahnrad abgehoben ist, doch ist dies nicht unbedingt notwendig, denn die eingespritzte Flüssigkeit wird von dem Dichtungszahnrad 4b auf den hohen Druck gebracht; dagegen muß die ganze Einspritzung beendet werden, wenn auch das Dichtungszahnrad 4b abgehoben wird. Man kann dieses Verfahren auch zur Erzielung einer Dreistufen-Regelung anwenden, indem vorgesehen wird, daß die von jedem Diehtungszahnrad rings um den Schraubenrotor abgegrenzten Volumen unsymmetrisch sind, oder indem der Teil des Gehäuses verringert wird, der mit den Scheiteln der Gewindegänge an einem der beiden Halbkotnpressoren zusammenwirkt, die zusammen den Einschraubenrotor-Kompressor bilden.

Wenn beispielsweise die abgegrenzten Volumen für das Diehtungszahnrad 4a den Wert 2 und für das Dichtungszahnrad 4b den Wert 1 haben, erhält man im wesentlichen die Fördermenge 3, wenn die beiden Diehtungszahnrader in den Schraubenrotor eingeführt sind, die Fördermenge 2, wenn man das Dichtungszahnrad 4b abhebt und das Dichtungszahnrad 4a in der Arbeitsstellung läßt, die Fördermenge 1,

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wenn man das Dichtungszahnrad 4a abhebt und das Dichtungszahnrad 4b wieder zum Eingriff bringt, und die Fördermenge O, wenn die beiden Dichtungszahnrader abgehoben sind.

Man erhält somit durch abwechselndes Abheben der Dichtungszahnräder die Möglichkeit einer Dreistufen-Regelung mit den Fordermengenwerten 100 $, 66 $, 33 # und 0 $.

Es ist sogar möglich, dieses Verfahren des Abhebena der Dichtungszahnrader mit den herkömmlichen Regeleinrichtungen zu kombinieren.

Beispielsweise kann man es in Verbindung mit einer Fördermengenregelung durch Drosselung der Ansaugfördermenge verwenden, die ein übliches Verfahren bei Luftkompressoren ist.

Dieses besonders einfache Verfahren ergibt jedoch eine Energieverschwendung, wenn, es allein angewendet wird, und zwar insbesondere bei Fördermengen., die unter 50 fo liegen.

In diesem Fall wird vorzugsweise das erfindungsgemäße Verfahren folgendermaßen angewendet: Solange die notwendige Fördermenge über 50 fo bleibt, wird sie durch Ansaugdrosselung erhalten; wenn jedoch die Fördermenge unter 50 $ fällt, wird die Drosselung geöffnet, eines der Dichtungszahnrader abgehoben und die Drosselung auf die gewünschte Fördermenge eingestellt. Dadurch ergibt sich eine sehr merkliche Verbesserung des Wirkungsgrads unter 50 $6. Man kann natürlich für den Wert, bei dem das Abheben erfolgt, auch einen anderen Wert

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als 50 i° wählen, wenn die von jedem Dichtungazahnrad abgegrenzten Volumen nicht gleich sind.

Eine andere Möglichkeit "besteht darin, die Erfindung in Kombination mit Regeleinrichtungen anzuwenden, wie sie in den französischen Offenlegungsschriften 76 02175 und 76 25431 beschrieben, sind und fieren Prinzip darin besteht, die Fördermenge des Kompressors dadurch zu verändern, daß ein. Gehäuseabschnitt derart verstellt wird, daß der Schließpunkt der Gewindegänge und somit das abgegrenzte Volumen, geändert wird. Es ist dann möglich, die Regelung nur an einem der beiden Halbkompressoren vorzusehen, beispielsweise an dem dem Dichtungszahnrad 4a entsprechenden Halbkompressor, die Änderung der Fördermenge durch Verstellung der Hilfseinrichtung in dem Bereich zwischen 100 $ und 55 bis 60 $ vorzunehmen (denn diese Art der Regelung erlaubt keine Änderung der Fördermenge eines Halbkompressors im gesamten Intervall), dann das Dichtungszahnrad 4b abzuheben, wobei die Regelung wieder auf ihre Anfangsstellung gebracht wird, wodurch sich dann eine Fördermenge von etwa 50 fa der maximalen Fördermenge einstellt, und schließlich die Regelung im Bereich zwischen 50 fi und 5 bis 10 <fa vorzunehmen.

Anstelle der stetigen und kontinuierlichen Verstellung eines Gehäuseteils besteht eine vereinfachte Lösung darin, in dem Gehäuse wenigstens eine bewegliche Klappe vorzusehen, die beim Anheben im Gehäuse in Kontakt mit den Scheiteln der Gewindegänge eine Öffnung bildet, durch die das Gas austritt, wodurch das in den Gewindegangen eingeschlossene Volumen verringert wird, und dieses Gas durch geeignete Leitungen zur Ansaugseite zurückzubringen; derartige Klappen sind in den US-Patentschriften 3 151 806 und 3 108 739 in Anwendung

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bei Kompressoren mit zwei Schraubenrotoren beschrieben.

Bei der erfindungsgemäßen Ausbildung genügt es, eine einzige Klappe dieser Art in dem Bereich des Gehäuses anzuordnen, der beispielsweise mit dem Dichtungszahnrad 4a zusammenwirkt, so daß beispielsweise das von dem entsprechenden Halbkompressor erfaßte Volumen auf die Hälfte fällt, wenn die Klappe angehoben wird. Wenn das Anheben der Klappe mit dem Abheben des Dichtungszahnrads 4b kombiniert wird, erhält man auf einfache Weise Fördermengen von 100 <fo_f 75 $, 50 ft und 25 $.

Diese Stufenzahl reicht im allgemeinen aus, um die meisten Bedürfnisse bei der Einstellung von Kältekompressoren zu erfüllen, wobei jedoch ein hoher thermodynamischer Wirkungsgrad in jeder dieser Stellungen aufrechterhalten wird.

Bei der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsform befindet sich das Dichtungszahnrad im Ruhezustand in der Kompressionsstellung; durch Umkehrung der Wirkungsrichtung der Feder 13, Anordnung der Druckluftzufuhr an der anderen Seite des Kolbens 16 und Verbindung des Kolbens 16 mit der Achse 7 wäre es jedoch auch möglich, den umgekehrten Betrieb zu erhalten, d.h., daß das Diehtungszahnrad im Ruhezustand abgehoben ist und daß es erst durch Zuführung von Druckluft durch die Leitung 20 in die Kompressionsstellung gebracht wird.

Wenn man diese abgeänderte Ausführungsform auf das Diohtungszahnrad 4b von Fig. 4 überträgt, jedoch die Anordnung von Fig. 1 für das Diehtungszahnrad 4a beibehält, ist es möglich, einen Einachraubenrotor-Korapressor nur mit Druckerzeugung durch den dem Diehtungszahnrad 4a

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entsprechenden Halbkompressor anlaufen zu lassen und erst dann, wenn sich der Druck ausgebildet hat, den anderen, dem Dichtungszahnrad 4b entsprechenden Halbkompressor mit Hilfe des bereits erzeugten Druckes zur Wirkung zu bringen, um den Kompressor auf Vollast zu bringen. Dadurch ist es möglich, die Anlaufleistung des elektrischen Antriebsmotors herabzusetzen.

Es ist natürlich auch möglich, das Abheben der Diehtungszahnrader durch mechanische, elektrische, hydraulische oder andere Mittel zu steuern.

Es ist zu bemerken, daß es im industriellen Maßstab möglich war, die zuvor angegebenen Ergebnisse ohne Abnutzung des Dichtungszahnrads und des Schraubenrotors zu erhalten, was recht bemerkenswert ist.

Die Steigung entlang einer Zahnflanke ändert sich nämlich zur Anpassung an. die Steigung der Gewindegänge des Schraubenrotors, die gleichfalls in. der Tief einrichtung veränderlich ist.

Wenn also das Dichtungszahnrad um einen nicht vernachlässigbaren Betrag zurückgezogen wird (der bei dem zuvor angegebenen Zahlenbeispiel einer Verstellung um mehr als 10 % der im Eingriff mit dem Gewindegang stehenden Gesamthöhe des Zahnes entspricht), werden somit Zonen der Zahnflanke des Dichtungszahnrads und der Gewindegänge des Schraubenrotors in Kontakt gebracht, deren Steigungen nicht mehr aneinander angepaßt sind, woraus sich eine Abnutzung ergeben müßte.

Es wurde jedoch festgestellt, daß mit bestimmten Materialkombinationen, beispielsweise Gußeisen für den Schraubenrotor und mit Kohlenstoffesern oder Glasfasern verstärkten

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Kunststoffen für das Dichtungszahnrad, die außerdem Füllstoffe zur Verbesserung des Reibungskoeffizienten, wie Teflon, enthalten, möglich war, den Kompressor ohne merkliche Abnutzung zu betreiben, selbst wenn die Häufigkeit der Abhebungen in der Größenordnung von 3 oder 4 in der Minute lag.

In Pig. 5 ist ein anderes Ausführungsbeispiel dargestellt, das die Anwendung des beschriebenen Verfahrens bei Kompressoren oder Entspannungsmaschinen mit einem Schraubenrotor ermöglicht, bei denen die dem Druck ausgesetzte Fläche der Zähne der Diehtungszahnrader in einer Ebene liegt, wie beispielsweise in der PR-PS 1 331 998 beschrieben ist.

Ein Schraubenrotor 27 mit der Drehachse 28, der mit erhabenen Gewindegängen 29 versehen ist, wirkt mit einem Dichtungszahnrad 30 zusammen, das mit Zähnen versehen ist, die mit den Gewindegängen des Schraubenrotors im Eingriff stehen.

Der Schraubenrotor dreht sich in einem Gehäuse 32, das eine Lippe 33 hat, die in der Nähe der dem Hochdruck ausgesetzten Pläche 34 der Zähne liegt; diese Fläche ist im allgemeinen eben, könnte Jedoch auch konisch oder allgemeiner rotationssymmetrisch, Jedoch nicht zylindrisch sein.

Im normalen Betrieb ist das Spiel zwischen der Lippe und der Pläche 34 möglichst gering, um Sickerverluste maximal zu beschränken; in der Praxis beträgt es einige Hundertstel Millimeter.

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Das Dichtungszahnrad 30 ist drehfest mit einer Welle 35 verbunden, die sich um eine Achse 36 dreht und in Wälzlagern 37, 38 gehalten ist, die eine geringfügige Aus- ■ richtbewegung erlauben und vorzugsweise Gelenklager sind. Diese Wälzlager sind ihrerseits in Buchsen 39, 40 befestigt, die in Bohrungen 41 bzw. 42 gleitbar sind, die im Gehäuse angebracht sind. Die Buchse 39 ist mit einem Teil 43 verbunden, das an einer Steuerstange 44 befestigt ist.

Der Hub der Steuerstange wird durch nicht dargestellte Einrichtungen so begrenzt, daß die von dem Dichtungszahnrad eingenommenen Grenzstellungen einerseits die in der Zeichnung in vollen Linien dargestellte Stellung und andererseits die in. der Zeichnung in unterbrochenen Linien dargestellte Stellung sind.

Die Mittelpunkte der Gelenklager nehmen dann, für die in vollen Linien gezeichnete Normalstellung den Punkt 45 für das Lager 37 und den Punkt 46 für das Lager 38 ein, und in. der gestrichelt dargestellten abgehobenen Stellung den Punkt 47 für das Lager 37 und den Punkt 48 für das Lager 38. In der abgehobenen Stellung nimmt die Achse 36 dann, die Lage 49 ein.

Die Achsrichtung der Bohrung 42 wird so gewählt, daß sie im wesentlichen senkrecht zu der Winkelhalbierenden Ebene zwischen den beiden Ebenen ist, die durch die Achse 28 des Schraubenrotors 27 und den Wälzlagermittelpunkt in seinen Grenzstellungen 46 und 48 gehen; eine dieser Ebenen ist bei 50 dargestellt. Die Achsrichtung der Bohrung 41 wird entsprechend gewählt.

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Die Wälzlager werden ferner so angeordnet, daß sie im wesentlichen im gleichen Abstand von der Achse 28 des Schraubenrotors liegen; dadurch wird gewährleistet, daß die Einhüllende der Achse 36 bei der durch die Wirkung der Steuerstange 44 erzeugten Bewegung im wesentlichen ein Kreisbogen ist, dessen Mittelpunkt auf der Drehachse 20 liegt, so daß also die Bewegung des Dichtungszahnrads sehr angenähert eine Drehung um die Achse 28 ist, obwohl die "Verstellung der Buchsen 39 und 40 der einfacheren Ausführung wegen linear erfolgt.

Die in Fig. 5 dargestellte Vorrichtung hat die gleiche Wirkungsweise und Anwendung wie die zuvor anhand der Figuren 1 bis 4 beschriebenen Ausführungsformen mit zylindrischen Dichtungszahnrädern, jedoch mit dem Unterschied, daß die Zwischenräume, durch die das Gas entweicht, nicht mehr zwischen den Zähnen und den Gewindegängen liegen, sondern zwischen der Fläche 34» wenn sich diese in der bei 34a dargestellten Stellung befindet, und der Lippe 33. Im übrigen können alle zuvor beschriebenen Maßnahmen in gleicher Weise auch in Verbindung mit den ebenen Dichtungszahnrädern von Fig. 5 angewendet werden, insbesondere die Kombinationen, bei denen zwei Diehtungszahnrader mit dem gleichen Schraubenrotor zusammenwirken.

Die erzielte Wirkung wird ferner nicht beeinträchtigt, wenn anstelle der in Fig. 5 dargestellten Ausführungsform die Achse des Dichtungszahnrads auf einer Einrichtung angeordnet wird, die sich um die Achse 28 des Schraubenrotors drehen kann, oder wenn anstelle der Schraubenrotoren mit zylindrischem Außenprofil, wie

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sie in Verbindung mit den Figuren 1 bis 4 beschrieben worden sind, Schraubenrotoren mit anderen Profilen, beispielsweise konischen oder ebenen Profilen verwendet würden, wie sie in den zuvor erwähnten Patentschriften beschrieben sind.

Es ist noch folgendes zu bemerken: Bei den beiden beschriebenen Ausführungsformen erfolgen die Verstellungen des Dichtungszahnrads genau in der Richtung der Achse, denn selbst im Tall von Fig. 5, bei dem die Verstellbewegung nahezu eine Drehbewegung ist, erfolgt die differentielle Verstellung jedes Punktes in einer Richtung, die parallel zur Achse des Dichtungszahnrads liegt.

Man könnte jedoch in gewissem Maße von dieser Richtung abweichen, ohne die Wirkungsweise zu beeinträchtigen.

Im Fall von Fig. 1 könnte man die gleitende Lagerung der Achse in den Lagern durch eine Gleitlagerung der in Fig. 6 gezeigten Art ersetzen, bei der die Achse 7 fest mit Buchsen 60 und 61 verbunden wäre, die in Bohrungen 62 und 63 gleitbar sind, wobei die Richtung der Achsen dieser Bohrungen (die nicht notwendigerweise parallel sind) gegen die Richtung der Achse 7 geneigt wäre, und zwar so, daß beim Entfernen der Zähne des Dichtungszahnrads vom Grund der Gewindegänge auch die Hochdruckseite 23 von der Lippe 24 entfernt würde. Dadurch werden die beiden Arten der Zwischenraumbildung · zwischen Schraubenrotor und Dichtungszahnrad von Fig. und zwischen Dichtungszahnrad und Gehäuse von Fig. 5 miteinander kombiniert.

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In gleicher Weise ist es im Pail von Fig. 5 möglich, so vorzugehen, daß die Verstellung des Diohtungszahnrads nicht genau in der Richtung seiner Achse erfolgt. Infolge der für den Betrieb erforderlichen Spiele ist es zunächst möglich, die Verstellung des Dichtungszahnrads so vorzunehmen, daß sie nicht genau eine Drehung um die Achse 28 ist und daher nicht dauernd tangential zu der Richtung 36 liegt, wenn diese senkrecht zur Achse 28 verläuft, wie in Fig. 5 dargestellt ist; ferner kann man Einschraubenrotor-Kompressoren mit ebenem Diehtungszahnrad der in Fig. 5 gezeigten Art bauen, bei denen jedoch die Achse des Dichtungszahnrads zwar quer zur Achse des Schraubenrotors, aber nicht mehr dazu senkrecht liegt. TJm in diesem Fall einen richtigen Eingriff zwischen dem Schraubenrotor und dem Diehtungszahnrad bei dessen Verstellung aufrechtzuerhalten, wäre es erforderlich, eine Drehung um die Achse des Schraubenrotors beizubehalten, also eine Verstellung vorzunehmen, deren Richtung nicht mehr mit der Achse des Diehtungszahnrads zusammenfällt.

Sowohl im Fall von Fig. 6 als auch im Fall eines Dichtungszahnrads mit ebener Verzahnung, dessen Achse nicht senkrecht zu der Drehachse liegt, darf aber die Abweichung zwischen der Verstellrichtung und der Achsrichtung des Dichtungszahnrads einige zehn Grad nicht übersohreiten, da sonst Interferenzen zwischen den Zähnen des Dichtungszahnrads und den Gewindegängen des Schraubenrotors verursacht würden; solche Interferenzen sind die Ursachen von Leckverlusten und somit einer Verringerung der Leistungsfähigkeit des Kompressors oder der Entspannungsmaschine in ihrem Vollastbetrieb; dies bedeutet, daß die beiden Richtungen zwar nicht genau parallel sein müssen, aber doch im wesentlichen parallel bleiben.

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Im Fall von Fig. 1 dreht sich das Dichtungszahnrad zwar um eine feststehende Achse, doch wäre es ohne weiteres möglich, auch eine drehfest mit dem Dichtungszahnrad verbundene Achse vorzusehen, die sich in Lagern dreht und wie im Fall von Fig. 5 betätigt wird.

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Claims

Patentanwälte <y ο ο ο ο Q 2

Dipl.-Ing. Dipl.-Chem. Dipl.-Ing.

E. Prinz - Dr. G. Hauser - G. Leiser

Ernsbergerstrasse 19

8 München 60

OMPHALE S.A. 28. Juli 1978

33 rue Godefroy

92800 PUTEAÜX / ffrankreioh

Unser Zeichen: 0 370

Patentansprüche

Verfahren zum Einstellen der Fördermenge einer Rotationskolbenmaschine, insbesondere eines Kompressors oder Entspanners, mit einem mit mehreren GeWindegängen versehenen Schraubenrotor, wenigstens einem mit den Gewindegängen zusammenwirkenden Diohtungszahnrad und mit einem Gehäuse, das den Schraubenrotor wenigstens teilweise umgibt und mit einer Durchtrittsöffnung für die Zähne des Sichtungszahnrades ausgestattet ist, wobei in dem Gehäuse wenigstens eine Niederdruoköffnung und eine Hoohdruoköffnung angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß zur Beendigung der von einem Diohtungszahnrad erzeugten Förderung dieses von seiner Arbeitsstellung in einer Richtung entfernt wird, die im wesentlichen parallel zur Drehachse des Dichtungszahnrades liegt.
2. Rotationskolbenmaschine zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, bei welcher die dem Druck ausgesetzten Fläohen der Zähne des Diohtungszahnrades im wesentlichen

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ORIGINAL INSPECTED

auf einem Zylinder liegen, dadurch gekennzeichnet, daß das Dichtungazahnrad (5) auf einer Achse (7) gelagert ist, die in Bohrungen (10, 12) gleitbar ist, die im wesentlichen koaxial zu dem Zylinder liegen.
3. Rotationskolbenmaschine zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, bei welcher die dem Druck ausgesetzten Flächen der Zähne des Dichtungszahnrads im wesentlichen in einer Ebene liegen, dadurch gekennzeichnet, daß das Dichtungszahnrad (30) in einer Vorrichtung (35, 39, 40) gelagert ist, die um die Drehachse (28) des Schraubenrotors (27) drehbar ist.
4. Rotationskolbenmaschine nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die das Diehtungszahnrad (30) tragende Welle (35) in Lagern (37, 38) gelagert ist, die eine geringfügige Ausrichtbewegung zulassen und ihrerseits fest in Buchsen (39, 40) sitzen, die in Bohrungen (41, 42) gleitbar sind, deren Achse (36) im wesentlichen senkrecht zu der Ebene ist, die durch die Achse (28) des Schraubenrotors (27) und den Mittelpunkt des betreffenden Lagers geht, und daß die Mittelpunkte (45, 46) der Lager (37, 38) im wesentlichen im gleichen Abstand von der Achse (28) des Schraubenrotors (27) liegen.
5. Verfahren nach Anspruch 1 zur Anwendung bei einer Rotationskolbenmaschine, die zwei Dichtungszahnräder enthält, die im wesentlichen symmetrisch zu beiden Seiten des Schraubenrotor angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzielung einer Teilförderung nur eines der Dichtungszahnrader aus seiner Arbeitsstellung entfernt wird.

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6. Verfahren nach Anspruch 5, bei welchem die vor Jedem der "beiden Dichtungszahnräder abgegrenzten Volumen verschieden sind, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzielung von unterschiedlichen Teilförderungen wahlweise das eine oder das andere Dichtungszahnrad aus seiner Arbeitsstellung entfernt wird.
7. Verfahren nach Anspruch 5» bei welchem die Rotationskolbenmaschine mit Vorrichtungen zur Änderung der Fördermenge durch Drosselung der Fördermenge ausgestattet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Drosseleinrichtung für Fördermengen, die größer als die Hälfte der maximalen Fördermenge sind, allein verwendet wird, und daß sie für Fördermengen, die kleiner als die Hälfte der maximalen Fördermenge sind, in Kombination mit der Entfernung des Dichtungszahnrades aus seiner Arbeitsstellung angewendet wird.
8. Verfahren nach Anspruch 5, zur Anwendung bei einer Rotationskolbenmaschine, die mit einer im Gehäuse angebrachten Einstellvorrichtung zur Änderung der Fördermenge ausgestattet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Einstellvorrichtung nur an der Hälfte der Maschine angeordnet ist, deren Dichtungszahnrad unterhalb der halben Fördermenge in der Arbeitsstellung bleibt, und daß die Einstellvorrichtung für Fördermengen, die größer als die Hälfte der maximalen Fördermenge sind, allein verwendet wird, während sie für Fördermengen, die kleiner als die Hälfte der maximalen Fördermenge sind, in Kombination mit dem Entfernen des mit der anderen Hälfte der Maschine zusammenwirkenden Dichtungszahnrads aus seiner Arbeitsstellung verwendet wird.

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