DE3308227C2 - - Google Patents
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- F04C18/0207—Rotary-piston pumps specially adapted for elastic fluids of arcuate-engagement type, i.e. with circular translatory movement of co-operating members, each member having the same number of teeth or tooth-equivalents both members having co-operating elements in spiral form
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf einen Spiralkompressor gemäß
dem Oberbegriff des Anspruches 1.
Ein solcher Kompressor ist durch die EP 00 12 616 A1 bekannt
geworden. Bei diesem ist eine Steuerung der Fördermenge nicht
möglich.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde den eingangs erwähnten
Verdichter derart auszubilden, daß eine Steuerung der Förder
menge möglich ist.
Diese Aufgabe wird, wie im Kennzeichen des Anspruchs 1 angegeben
ist, gelöst.
Auf diese Weise ist es möglich, mittels des Steuerventils bzw.
der beiden Steuerventile die Fördermenge zu steuern.
Anhand einiger Ausführungsbeispiele, die in der Zeichnung dar
gestellt sind und im folgenden beschrieben sind, wird die Er
findung weiter erläutert. In der Zeichnung zeigen:.
Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine erste Ausführungsform
der Erfindung;
Fig. 2 einen Schnitt nach der Linie 2-2 der Fig. 1;
Fig. 3 einen Schnitt nach der Linie 3-3 der Fig. 1;
Fig. 4 einen Schnitt nach der Linie 4-4 der Fig. 3;
Fig. 5 ein Analogon zur Fig. 3;
Fig. 6 einen Schnitt nach der Linie 6-6 der Fig. 5;
Fig. 7 einen Längsschnitt durch eine zweite Ausführungsform und
Fig. 8 einen Längsschnitt durch eine dritte Ausführungsform.
Fig. 1 zeigt einen Spiralkompressor 10. Diser besteht aus
einem Gehäuse 11, das eine obere Kammer 12 und eine untere
Kammer 13 hermetisch abschließt. Die obere Kammer 12 steht un
ter Saugdruck, die untere Kammer 13 steht unter Abgabedruck.
Die Kammern 12 und 13 sind durch einen Tragrahmen 14 vonein
ander getrennt. Dessen äußerer Umfang sitzt dichtend an der
Innenwand des Gehäuses 11.
Die untere Kammer 13 enthält einen Elektromotor 15 mit einem
Rotor 16 und einer mit diesem verbundenen Antriebswelle 17.
Am oberen Ende der Welle 17 befinden sich Lager 17a und 17b,
die eine Abstützung der Welle in radialer Richtung bewirken.
Am oberen Ende der Welle 17 befindet sich ein Kurbelzapfen 18,
dessen Achse parallel zur Welle 17 und versetzt zu dieser
orientiert ist. Wenn die Welle 17 sich dreht, dreht sich der
Kurbelzapfen 18 innerhalb eines Lagers 18a, was zur Folge hat,
daß ein Schwingglied 19, das dieses Lager aufweist, sich um
seine Achse dreht. Das Schwingglied 19 ist ein in radialer
Richtung sich hin- und herbewegendes Antriebselement, das
mit einem Zapfen 20 verbunden ist, der auf der Unterseite
einer Stirnplatte 25 sitzt. Dreht sich das Schwingglied 19,
beschreibt der Zapfen 20 eine Orbitalbewegung um die Achse
des Schwinggliedes 19 und dreht sich in dem Lager 20a. Das
Schwingglied 19 transformiert somit die Rotationsbewegung
der Welle 19 in eine Orbitalbewegung der Platte 25.
Die Fig. 1 und 3 zeigen, wie eine Wand 26, die sich spiral
förmig um eine Achse windet, die parallel zur Achse der Welle
17 verläuft und die Orbitalbewegung mit vollführt, auf der
Oberseite der Stirnplatte 25 angeordnet ist. Man erkennt,
daß die Wand 26 eine feste Wand 27 berührt, die ebenfalls eine
spiralige Form hat. Die Berührung erfolgt an verschiedenen
Punkten der Wände 26 und 27. Die Wand 27 ragt von einer festen
Stirnplatte 28 nach unten, die parallel zu der Platte 25 ist.
Die Wände 26 und 27 werden in einem festen Winkelverhältnis
zueinander durch Verwendung einer Oldham-Kupplung gehalten,
die aus einem Kreisring 29 besteht, an dem vier Gleitblöcke 30
mittels Schrauben 31 und Muttern drehbar sitzen. Die Blöcke 30
sitzen gleitend in Schlitzen 30a , die in dem Rahmen 14 diametral
einander gegenüberliegend angeordnet sind. Diese Blöcke sind
um 90° zueinander versetzt an der Platte 25 befestigt. Die
Platte 25 kann somit keine Winkelverdrehung, wohl aber eine
Orbitalbewegung, d. h. eine kreisförmige Translationsbewegung
vollführen. Der Orbitalradius ist variabel. Die feste Platte 28
wird durch mehrere Arme 32a-d gehalten, die an dem Rahmen 14
mittels Bolzen 33 befestigt sind. Die Platte 25 wird in axialer
Richtung durch ein kreisförmiges Drucklager 34 gehalten.
Die Schmierung der verschiedenen Lagerflächen wird durch eine
Ölpumpe 35 bewirkt, die am unteren Ende der Welle 17 sitzt und
in ein Ölreservoir 36 am Boden des Kompressors ragt. Die Öl
pumpe 35 ist eine Zentrifugalpumpe und arbeitet, wenn sich die
Welle 17 dreht. Sie treibt Öl durch eine nicht dargestellte
Bohrung in der Welle 17 nach oben. Dieses Öl schmiert dann
die verschiedenen Lager.
Die Fig. 3 zeigt, daß vom Punkt A im Gegenuhrzeigersinn eine
peripher verlaufende Wand 40 bis zum Punkt B geht und einen
ersten Einlaß 41 und einen zweiten Einlaß 42, die sich beide
in der festen Platte 28 befinden, umschließt. Die Wand 40 geht
von der festen Wand 27 aus und dichtet die Eingänge 41 und 42
ab, so daß das Fluid, das durch diese Eingänge in die Taschen
fließt, die von den Wänden 26 und 27 gebildet werden, gesteuert
werden kann. Die Eingänge 41, 42 sind durch eine elastische Trenn
wand 43 voneinander getrennt. Diese ist ein Federstahlstreifen,
dessen Breite dem Abstand der einander gegenüberliegenden
Flächen der beiden Platten 25 und 28 entspricht. Der Streifen
erstreckt sich von der Wand 40 zu der Wand 26. Die Trennwand
43 steht in Kontakt mit der Wand 26, und zwar jederzeit während
der Orbitalbewegung. Sie ist mittels einer Schraube 44 an der
Wand 40 befestigt.
Wie den Fig. 1 und 3 zu entnehmen ist, befindet sich ein Aus
gang 45 für komprimiertes Fluid im Zentralbereich der festen
Platte 28. Von diesem geht eine Leitung 46 radial nach außen
und dann nach unten durch den Rahmen 14 hindurch. Diese Leitung
steht in Verbindung mit der unteren Kammer 13. Ferner sitzen
an der festen Platte 28 ein erstes Ventil 47 und ein zweites
Ventil 48. Die Ventile 47 und 48 steuern den Fluß von der
Kammer 12 durch die ersten und zweiten Eingänge 41 und 42.
Diese Ventile können elektrische Solenoidventile sein. Sie
können beispielsweise die Eingänge 41 und 42 gänzlich öffnen
oder gänzlich schließen. Es können aber auch Proportional
ventile sein, wenn man den Fluß stetig steuern will. Die
Ventile 47 und 48 werden elektrisch über Leitungen 47a und
48a gesteuert, die mit Kontakten 53 verbunden sind, welche
durch das Gehäuse 11 abgedichtet hindurchragen. Die Kontakte
53 führen zu einem Kasten 54, der auf der Außenseite des
Gehäuses sitzt.
In der ersten Ausführungsform, die in den Fig. 1-4 dargestellt
ist, tritt das Fluid durch eine Saugleitung 49 in das Gehäuse 11
ein und fließt in die obere Kammer 12. Sie befindet sich auf
einem relativ niedrigen Druck. Wenn der Kompressor 10 mit voller
Kapazität arbeitet, sind beide Ventile 47 und 48 offen. Das
Fluid strömt dann durch die Leitungen 41 und 42 in die Taschen,
die zwischen der sich drehenden und der festen Wand 26 bzw. 27
gebildet werden. Der linienförmige und sich bewegende Kontakt
zwischen den Wänden 26, 27 definiert Taschen 50a, 50b und 50c
(s. Fig. 3). Indem sich die Taschen 50a und 50b zum Zentrum des
Kompressors hinbewegen, nimmt das Volumen des Fluids, das sich
in diesen Taschen befindet, ab, was zur Folge hat, daß der Druck
des Fluids entsprechend steigt.
In Strömungsrichtung hinter dem Ausgang 45 und oberhalb desselben
sitzt ein Absperrventil (in Fig. 6 im einzelnen dargestellt), das
eine flache Kreisplatte 51 aufweist, die durch eine Schrauben
feder 52 nach unten gedrückt wird und den Ausgang 45 verschließt.
Wenn der Druck des Fluids in der Tasche 50c im Bereich des Aus
gangs 45 größer ist als die Kraft der Feder 52 und des Druckes
in der Leitung 46, öffnet dieser Druck das Ventil mit der Folge,
daß das Fluid durch die Leitung 46 in die Kammer 13 strömt. Das
Fluid strömt durch die Leitung 55 in dem Rahmen 14, an dem Rotor 16
vorbei und verläßt den Kompressor 10 durch die Leitung 56.
Um die Förderkapazität des Kompressors 10 auf 50% seines Maxi
malausstosses zu drosseln, wird das Ventil 48 geschlossen, was
zur Folge hat, daß Fluid nicht durch den zweiten Eingang 42
eintreten kann. Das Fluid tritt jedoch weiterhin durch den
Eingang 41 ein. Es kann nicht um die äußere Flanke der Wand
26 herum zum zweiten Eingang 42 strömen, weil es daran die
Dichtung 43 hindert. Das durch den Eingang 41 eintretende Fluid
wird komprimiert, indem die Wand 26 um die Wand 27 herumläuft. Da
das Ventil 48 geschlossen ist, fällt der Druck in der zweiten
Leitung 42 auf ein niedriges Niveau ab, während der Kompressor
10 arbeitet. Die Tasche 50a enthält komprimiertes Fluid und
die Tasche 50b enthält einen niedrigen Druck. Da diese beiden
Taschen sich am Ausgang 45 zu einer gemeinsamen Tasche 50c ver
einigen, führt das zu einem Druckabfall. Bei Fortführung der
Drehung der Wand 26 steigt der Druck wieder an, bis er ein
Gleichgewicht einnimmt mit dem Druck in der Leitung 46. Das
Ausgangsventil 51 verhindert den Rückfluß des Fluids in den
Ausgang 45. Das Fluid fließt nur an der Ventilplatte 51 vorbei
und durch die Leitung 45, wenn der Druck in der Leitung 46
geringer ist als der im Ausgang 45. Da der Ausgang 45 nur 50% des
Druckes erhält, der bei voller Tätigkeit des Kompressors wirk
sam ist, ist die Ausgangsmenge des Kompressors auf ungefähr 50%
reduziert.
Um den Kompressor 10 vollständig abzuschalten, werden beide Ven
tile 47 und 48 geschlossen.
Werden Ventile 47 und 48 benutzt, die sich allmählich verändern
lassen, kann die Förderleistung des Kompressors 10 auf jeden
Wert zwischen 0 und 100% gesteuert werden. Wenn beide Ventile 47
und 48 teilweise geschlossen sind, fließt Fluid durch beide Lei
tungen 41 und 42 in entsprechend reduzierter Form, und der
Massenfluß durch den Kompressor ist reduziert. Andererseits kann
das zweite Ventil 48 teilweise geschlossen werden, und das
erste Ventil 47 ist völlig offen. Das führt zu einer Durch
flußmenge im Bereich zwischen 50 und 100%. Es ist darauf
hinzuweisen, daß das erste Ventil 47 nicht mehr geschlossen
werden kann als das zweite Ventil 48, ohne daß das Fluid die
Trennwand 43 umströmt. Diese dichtet nur, wenn der Druck in
der ersten Leitung 41 gleich oder größer als der Druck in der
zweiten Leitung ist. Wenn also die Durchflußmenge des Kom
pressors reduziert werden soll, ist es notwendig, das zweite
Ventil 48 mehr zu schließen als das erste 47 oder beide Ven
tile um gleiche Beträge zu schließen.
Die Fig. 5 und 6 zeigen eine weitere Ausführungsform der Er
findung. Bei dieser ist die Abdichtung zwischen dem ersten Ein
gang und dem zweiten Eingang 42 derart ausgebildet, daß ein
Schieber 57 gegen die äußere Flanke der Wand 26 von einer
Schraubenfeder 58 gedrückt wird. Die Elemente 57 und 58 sitzen
abgedichtet in einem Gehäuse 58a außerhalb einer Wand 59.
Die Wände 59 und 40 sind im übrigen gleich ausgebildet, mit
Ausnahme der Tatsache, daß die Wand 59 einen Schlitz aufweist,
durch welchen der Schieber 57 abgedichtet hindurchragt. Der
Schieber 57 befindet sich zwischen der Platte 25 und der Platte
28. Er verhindert den Fluß um die Peripherie der Wand 26 herum
zwischen dem ersten Eingang 41 und dem zweiten Eingang 42. Der
Vorteil des Schiebers 57 gegenüber dem Trennelement 43 besteht
darin, daß er unabhängig von dem Druck in den Leitungen 41 und
42 arbeitet. Es kann also entweder das Ventil 47 oder das
Ventil 48 völlig oder teilweise geschlossen werden.
Fig. 7 zeigt eine andere Ausführungsform des erfindungsgemäßen
Kompressors. Dieser ist mit 65 bezeichnet. Die Teile, die beim
Kompressor 65 den Teilen beim Kompressor 10 entsprechen, sind
mit den gleichen Bezugsziffern versehen. Auch der Kompressor 65
weist ein dichtes Gehäuse 66 auf, das einen Elektromotor 15
beherbergt. Ein Rahmen 67 dichtet nicht den oberen Teil von
dem unteren Teil des Gesamtvolumens innerhalb des Gehäuses 66
ab. Er ist jedoch Träger für den Motor 15 und andere Elemente,
wie zum Beispiel die Arme 32a bis d, welche sich von einer
festen Platte 68 erstrecken und gleiche Abstände voneinander
haben.
Die feste Platte 68 weist ein erstes Ventil 47 und ein zweites
Ventil 48 auf, die zu der festen Wand 27 und der sich drehenden
Wand 26 in gleicher Weise angeordnet sind wie beim Kompressor
10. Beim Kompressor 65 ist das Volumen, das von dem Gehäuse 66
eingeschlossen wird, auf einem Druck, der im wesentlichen dem
Ausgangsdruck entspricht. Das Saugfluid zu dem ersten und zweiten
Ventil 47 und 48 wird über eine Leitung 69 herangeführt. Diese
verbindet das in Strömungsrichtung vordere Ende der Ventile 47
und 48 mit einer Saugmündung 69a. Von diesen Ventilen strömt
das Fluid dann zu den Eingängen 41 und 42.
Das Fluid, welches zwischen den Kontaktlinien zwischen den
Wänden 26 und 27 komprimiert ist, strömt schließlich durch den
Ausgang 45 in der festen Platte 68 immer dann, wenn der Druck
in dem Ausgang 45 größer ist als in dem Gehäuse 66. Das Ventil
51 verhindert einen Rückfluß des Fluids von dem Raum innerhalb
des Gehäuses 66 in den Eingang 45. Schließlich strömt das Fluid
durch eine Leitung 55 in den Raum des Rotors 16, wobei der Motor
15 gekühlt wird, und dann schließlich aus der Öffnung 56 nach
draußen.
Fig. 8 zeigt eine weitere Ausführungsform der Erfindung. Bei
dieser ist der Kompressor mit der Bezugsziffer 70 bezeichnet.
Auch bei dieser Ausführungsform sind diejenigen Teile, die mit
den Teilen der übrigen Ausführungsformen übereinstimmten, mit
den gleichen Bezugszeichen versehen. Der Kompressor 70 unter
scheidet sich von den Kompressoren 10 und 65 in dreierlei Hin
sicht: 1.) herrscht innerhalb des Gehäuses 66 Saugdruck. Am un
teren Ende befindet sich eine Saugöffnung 71, und am oberen Ende
befindet sich eine Ausströmöffnung 72. 2.) wird der Motor 15
durch die angesaugte Flüssigkeit gekühlt, die durch die Öffnung
71 eintritt und den Rotor 16 umspült. Anschließend strömt das
Fluid zum oberen Teil des Raumes innerhalb des Gehäuses 66 durch
die Leitung 55.
Der dritte und wesentlichste Unterschied besteht im ersten Ventil
74 und zweiten Ventil 75. Diese Ventile enthalten Kolben 74a und
75a und Schraubenfedern 74b und 75b. Wenn die Ventile 74 und 75
offen sind, sind die Kolben 74a und 75a durch die Federn 74b und
75b nach oben gedrückt. Das hat zur Folge, daß das Fluid durch
die ersten und zweiten Eingänge 76 und 77 strömen kann. Der
obere Teil dieser Ventile ist mit ersten und zweiten Solenoid
ventilen 74c und 75c über Leitungen 78a und 78b verbunden. Die
Solenoidventile 74c und 75c sind über ein T-Stück 73 miteinander
verbunden, über das Fluid aus dem Kompressor 70 ausfließen
kann. Das Fluid wird unter Entladungsdruck entweder zum Kolben
74a oder zum Kolben 75a gedrückt, je nachdem, ob das Ventil
74c oder 75c offen ist. Das hat zur Folge, daß entweder die
erste oder die zweite Eingangsleitung 76 bzw. 77 geschlossen
wird.
Nachdem entweder das Ventil 74c oder 75c geschlossen hat und
Fluid nicht mehr zu den Kolben 74a oder 75a strömen kann,
leckt Fluid innerhalb der Ventile 74 und 75 an den Kolben vor
bei, was zur Folge hat, daß diese sich unter dem Einfluß der
Federn 74b und 75b öffnen.
Die ersten und zweiten Ventile 74 und 75 können durch einfache
elektrische Solenoidventile oder durch proportional arbeitende
Ventile ähnlich den Ventilen 47 und 48 ersetzt werden.
Im übrigen arbeitet der Kompressor 70 im wesentlichen in
der gleichen Art und Weise wie die Kompressoren 10 und 65.
Wenn die Steuerung der Fördermenge durch nur einen Eingang
des Kompressors 10, 65 bzw. 70 ausreicht, ist es sinnvoll,
nur ein Ventil 47, 48 oder 74, 75 vorzusehen. Wenn die Stahl
federanordnung 43 vorgesehen wird, muß das Ventil 48 oder 75
am zweiten Eingang 42 oder 77 vorgesehen werden. Wenn die
Schieberordnung 57 verwendet wird, ist es gleichgültig, in
welchem Eingang das Steuerventil angeordnet ist. Ein einziges
Ventil kann natürlich nur die Fördermenge des Kompressors 10,
65 oder 70 im Bereich von 50% bis 100% der Gesamtfördermenge
steuern.
Claims (8)
1. Spiralkompressor zum Fördern und Komprimieren eines Fluids
mit einem feststehenden und einem umlaufenden Spiralelement,
die parallel angeordnete Stirnplatten und auf einander zuge
wandten Flächen der Stirnplatten ineinandergreifende Spiral
wände aufweisen, wobei das umlaufende Spiralelement über eine
Welle durch einen Elektromotor angetrieben wird und eine Um
laufbewegung ohne Eigenrotation ausführt, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Spiralwand (26) des umlaufenden
Spiralelements von einer Gehäusewand (40, 59) vollständig um
geben wird, die mit einem äußeren Ende der Spiralwand (27)
des feststehenden Spiralelements verbunden ist, daß in einen
von der Gehäusewand (40, 59) und den Spiralwänden (26, 27) be
grenzten Raum zwei Einlaßleitungen münden, daß sich in dem
Raum eine die Mündungen (41, 42; 76,77) der Einlaßleitungen von
einander absperrende Trennwand (43, 57) befindet und daß min
destens in einer der Einlaßleitungen ein Steuerventil (47, 48;
74, 75) angeordnet ist.
2. Spiralkompressor nach Anspruch 1, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Trennwand als Schieber (57) aus
gebildet ist, der durch eine Feder (58) radial gegen die
Außenfläche der Spiralwand (26) des umlaufenden Spiralelements
gedrückt wird.
3. Spiralkompressor nach Anspruch 1, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Trennwand als Blattfeder (43)
vorzugsweise aus Federstahl ausgebildet ist, die tangential
an der Innenfläche der Gehäusewand (40) und an der Außen
fläche der Spiralwand (26) des umlaufenden Spiralelements
anliegt.
4. Spiralkompressor nach einem oder mehreren der Ansprüche
1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Mün
dungen (41, 42; 76, 77) der Einlaßleitungen diametral einander
gegenüber angeordnet sind.
5. Spiralkompressor nach einem oder mehreren der Ansprüche
1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die
Mündungen (41, 42; 76, 77) der Einlaßleitungen der Innenfläche
der Gehäusewand (40, 59) benachbart sind.
6. Spiralkompressor nach einem oder mehreren der Ansprüche
1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die
Trennwand (43; 57) an den beiden Stirnplatten (25, 28) dich
tend anliegt.
7. Spiralkompressor nach einem oder mehreren der Ansprüche
1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Aus
laßdruck zur Betätigung der Steuerventile (74, 75) mitbenutzt
wird.
8. Spiralkompressor nach einem oder mehreren der Ansprüche
1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Gehäusewand
(40, 59) von dort, wo sich die Eingangsöffnung (42) befindet,
etwa radial nach außen läuft, dann in einem Bogen zur anderen
Eingangsöffnung (41) läuft, dann diese etwa radial nach innen um
läuft, dann in einem Bogen zum ersten Eingang (42) zurück
läuft und sich dort mit sich selbst vereinigt.
Applications Claiming Priority (1)
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