DE3317330C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Rotationskolbenmaschine mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1, wie sie aus der FR-PS 23 21 613 bzw. der entsprechenden DE-OS 26 37 263 be­ kannt ist.

Bekanntlich besteht einer der Hauptnachteile von Schnecken­ verdichtern darin, daß sie ein volumetrisches Verhältnis bzw. Kompressionsverhältnis, wenn es sich bei der Maschine um einen Kompressor handelt, aufweisen, das fest ist und daher schlecht an variable Drücke angepaßt werden kann, wie sie bei Kühlmittelverdichtern oder Wärmepumpen angetroffen werden. Daraus ergeben sich dann hohe thermodynamische Verluste, wenn der Verdichter bei Verdichtungsverhältnissen arbeitet, die sehr verschieden von denen sind, für die er ausgelegt wurde.

Zum Beispiel hat eine Wärmepumpe, die für das Verdichtungs­ verhältnis 3 konstruiert ist, beim Verdichtungsverhältnis 6 einen um 10 bis 15% schlechteren Wirkungsgrad als wenn der Verdichter für den Betrieb bei diesem Kompressionsverhältnis ausgelegt worden wäre.

Es wurde bereits versucht, diesen Mängeln durch verschiedene Vorrichtungen abzuhelfen, jedoch arbeitet keine von diesen wirklich zufriedenstellend. Zum Beispiel ist in der FR-PS 21 77 171 eine Auslaßöffnung beschrieben, die aus Vielfachgruppen von Löchern gebildet ist, welche mit Verschlußelementen versehen sind, jedoch werden die erreichten Vorteile großenteils dadurch aufgehoben, daß das Löcher umgebende Metall den Durchgangsquerschnitt vermindert und folglich zu einem Druckverlust führt.

Eine weitere Maßnahme besteht darin, die in der FR-PS 23 21 613 bzw. der DE-OS 26 37 263 beschriebenen Schieber zu verwenden, ohne jedoch eine Öffnung auf der Niederdruckseite zu schaffen; es ist dann leicht möglich, den Ausstoßpunkt vorzuverlegen oder zu vergrößern und folglich das Verdichtungsverhältnis zu variieren, jedoch geht die Möglichkeit verloren, die Durchflußleistung zu variieren, was jedoch eine wesentliche Forderung bei Kühllagenverdichtern und Wärmepumpen ist.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine solche Rotationskolbenmaschine zu schaffen, die ohne großen Bauaufwand eine Einstellung sowohl der Durchflußleistung bzw. der Fördermenge als auch des Volumenverhältnisses bzw. des Ver­ dichtungsverhältnisses ermöglicht.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst mittels der kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1.

Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Unteran­ sprüchen.

Bei der erfindungsgemäßen Maschine wird der Schieber optimal ausgenutzt; wenn er zu der Niederdruckseite verschoben ist, kann er eingestellt werden, um das volumetrische Verhältnis zu variieren; wenn er zur Hochdruckseite verschoben ist, nimmt er eine solche Stellung ein, daß eine vorbestimmte Teildurchflußleistung gewährleistet ist.

In der Stellung für Teildurchflußleistung kann allerdings das volumetrische Verhältnis nicht verändert werden, jedoch sind die Folgen für den Wirkungsgrad sehr geringfügig, denn in diesem Teillastbereich ist die Leistung vermindert, und der Gewinn hinsichtlich der Optimierung des volumetrischen Verhältnisses ist wesentlich geringer.

Da ferner die Stellung für Teildurchflußleistung vorbestimmt ist, kann die feste Hochdrucköffnung so dimensioniert werden, daß das volumetrische Verhältnis ungefähr gleich dem Mittelwert der angetroffenen volumetrischen Verhältnisse ist, so daß die Verluste durch Abweichungen vom Verdichtungsverhältnis auf ein Minimum reduziert sind.

Wenn die Maschine z. B. ein Verdichter ist, der mit einem solchen Verdichtungsverhältnis arbeitet, daß er 15% Wirkungsgrad verlieren würde, wenn sein Verdichtungsverhältnis nicht angepaßt werden könnte, so werden diese 15% bei voller Betriebsleistung gewonnen; wenn nun einer der Schieber auf Teillast eingestellt ist und z. B. ein Viertel der Leistung verbraucht, so wird an diesem Viertel nichts gewonnen, jedoch werden an dem anderen Schieber 15% gewonnen, welcher für die Hälfte der Leistung verantwortlich ist, so daß 10% oder zwei Drittel dessen gewonnen werden, was erhalten würde, wenn die Verdichtungs­ verhältnisse jedes Halbverdichters optimiert werden könnten.

Nun wenn beide Schieber in Teillaststellung sind, wird nichts gewonnen. Dann ist jedoch die Leistung im Absolutwert im allgemeinen geringer als die Hälfte der Leistung bei Vollast, so daß die auf einem falschen Verdichtungs­ verhältnis beruhenden Verluste ohnehin gering sind.

Zwei bevorzugte Ausführungsformen sind besonders günstig. Bei der ersten Ausführungsform haben die beiden Schieber im Teillastbereich dieselbe Stellung, die z. B. einem Drittel der Durchflußleistung im Vollastbetrieb ent­ spricht; die Maschine kann also mit beiden Schiebern in der Stellung für Vollast, bei 66% mit einem Schieber in Stellung für Teillast und bei 33% mit beiden Schiebern in Teillaststellung arbeiten.

In der 100%-Stellung können die auf einem falschen volumetrischen Verhältnis beruhenden Verluste zum Verschwinden gebracht werden; in der 66%-Stellung können durch Justierung des mit 100% arbeitenden Schiebers etwa zwei Drittel der Verluste eliminiert werden, die auf dem falschen volumetrischen Verhältnis beruhen. In der 33%-Stellung ist keinerlei Justierung mehr möglich.

Bei einer zweiten Ausführungsform haben die Schieber unterschiedliche Stellungen für Teillast; es ist dann möglich, durch Verschiebung des einen oder anderen oder beider Schieber gleichzeitig drei Teillastbereiche zu erhalten, und für zwei von ihnen ist eine Optimierung des volumetrischen Verhältnisses weiterhin durch den Schieber möglich, der in der Stellung für volle Durch­ flußleistung belassen ist; es ist also auch möglich, Energie bei den Betriebsbereichen einzusparen, bei welchen die von der Maschine aufgenommene Leistung groß ist. Nur diejenige Stellung, in der für den Teillastbereich mit der geringsten Durchflußrate am wenigstens verbraucht wird, ermöglicht keinerlei Abgleich des volumetrischen Verhältnisses.

Die Maschine kann z. B. so ausgebildet werden, daß einer der Schieber eine Teillaststellung aufweist, die 50% der Durchflußleistung der von diesem Schieber gesteuerten halben Maschine beträgt, während der andere Schieber hingegen eine Durchflußleistung entsprechend 0 aufweist, wobei diese beiden Werte einen guten Wirkungsgrad jeder Halbmaschine ermöglichen.

Es können somit die Werte 75%, 50% und 25% erhalten werden, und die Justierung des volumetrischen Verhältnisses ist in vollem Umfange bei 100% möglich, teilweise für die Teillastbereiche 75% und 50% und bei 25% nicht mehr möglich.

Ein Vorteil der Erfindung besteht darin, daß sie zum einen diese neue Funktion der Justierung des volumetrischen Verhältnisses ohne Hinzufügung von zusätzlichen Teilen ermöglicht, nämlich einfach durch eine geschickte Anpassung der vorhandenen Mittel, und zum anderen die Verstellung der Schieber durch einfache Mittel ermöglicht, indem z. B. ein einziger Kolben die automatische Einstellung der Schieberstellung für das theoretische volumetrische Verhältnis und die Einstellung des Teillastbereichs gewährleistet, wie weiter unten ersichtlich wird.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist der Körper jedes Schiebers aus zwei Elementen gebildet, die transversal zur Schieberachse getrennt sind, wobei das auf der Niederdruckseite liegende Element Rückholmitteln zugeordnet ist, die es zur Hochdruckseite hin beaufschlagen, und mit einem Anschlag zur Begrenzung seines Verschiebungsweges nach der Hochdruckseite versehen ist.

Durch diese Ausbildung kann der Verschiebungsweg, der für die Einstellung auf Teildurchflußleistungen erforderlich ist, begrenzt werden, wobei die Veränderung des volumetrischen Verhältnisses im Vollastbereich möglich ist; hierdurch wird die Konstruktion des Schiebers wesentlich vereinfacht.

Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen und aus der Zeichnung, auf die Bezug genommen wird. In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 einen senkrecht zur Achse der Schnecke gelegten Schnitt eines erfindungsgemäßen Verdichters entlang der Linie I-I in Fig. 2;

Fig. 2 einen Teilschnitt längs Linie II-II in Fig. 1;

Fig. 3 eine Perspektivansicht eines Schiebers des in den Fig. 1 und 2 gezeigten Verdichters;

Fig. 4 eine Abwicklung der Schnecke, wobei die Stellung der Schieber dargestellt ist;

Fig. 5 bis 10 schematische Darstellungen der Schieberstellungen für verschiedene Lastbereiche;

Fig. 11 einen Schnitt ähnlich Fig. 2 einer anderen, bevorzugten Ausführungsform der Er­ findung; und

Fig. 12 einen Teilschnitt der in Fig. 11 gezeigten Aus­ führungsform entlang einer zur Schneckenachse senkrechten Ebene.

Bei der in den Fig. 1 und 2 gezeigten Ausführungsform umfaßt der Verdichter eine ein im wesentlichen zylindrisches Außenprofil aufweisende, mit Gewindezähnen 2 versehene Schnecke 1, die um eine Welle 4 in einem festen Gehäuse 3 drehbar gelagert ist. Die Schnecke wird in Richtung des Pfeiles 26 in Drehung versetzt und kämmt mit zwei Ritzeln 5, 6, deren Zähne 7 in die Hohlräume zwischen je zwei Gewindezähnen 2 eingreifen.

In einer insbesondere aus der FR-PS 23 21 613 bekannten Weise weist das Gehäuse 3 auf seiner Innenfläche zwei zur Welle 4 parallele Rillen 8 auf, die jeweils einem der Ritzel 5, 6 benachbart sind und in denen Schieber 10, 11 verschiebbar sind, die z. B. durch eine Stange 12 verschoben werden können, welche in einer Bohrung des Gehäuses 13 gleitet; das Gehäuse 13 weist hier eine Ringdichtung 14 zur Abdichtung nach außen auf.

Wie die Perspektivansicht der Fig. 3 zeigt, ist ein Schieber 10, 11 gebildet zwischen einer konkaven Zylinderfläche 15, die in einer Rille 8 gleitet, einer konkaven Fläche 16, die zur Innenseite des Gehäuses 3 gerichtet ist und an die zylindrische Außenform der Gewindezähne 2 der Schnecke 1 angeschmiegt ist, einem Rand 17, der ihn auf der Niederdruckseite begrenzt, und einem Rand 18, der ihn auf der Hochdruckseite begrenzt. Der Rand 17 ist geneigt dargestellt, mit einer Neigung, parallel zu derjenigen der Gewindezähne 2; gemäß einer anderen Ausführungsform ist dieser Rand gerade bzw. ohne Neigung ausgebildet.

Die Fig. 4 zeigt eine Abwicklung der Gewindezähne der Schnecke 1, wobei die Schieber 10, 11 schraffiert eingezeichnet sind.

In Fig. 1 ist ferner eine unveränderliche Hochdrucköffnung 19 gestrichelt dargestellt, die ein Volumen bildet, dessen mit 20 bezeichnete Einhüllende einen Teil der Rille 8 des Schiebers 10 umgibt und in dem Gehäuse 3 an der mit 21 bezeichneten Stelle in einer unveränderlichen Öffnung mündet, die in Fig. 4 dargestellt ist und zwischen der Rille 8 des Schiebers 10 und dem Ritzel 5 angeordnet ist.

Bei den in den Fig. 2 und 4 schraffiert dargestellten Schieberstellungen verbleibt zwischen dem Rand 18 und den Enden 22 der Gewindezähne 2 der Schnecke 1 eine variable Öffnung 23, die zur unveränderlichen Hochdruck­ öffnung 19 in Beziehung steht; zum anderen ragt der Rand 17 auf der Niederdruckseite über einen Strich 24 hinaus, der den Rand eines Gewindehohlraumes 25 darstellt, der von der Niederdruckseite gerade durch den Zahn des Ritzels 5 abgetrennt ist.

Somit kann der Schieber 10 verschoben werden, damit der Rand 18 in die Stellung 18a und der Rand 17 in die Stellung 17a gelangt (Fig. 4). In dieser neuen Stellung ist der Querschnitt der Öffnung 23 verändert, und der Zeitpunkt, zu dem der die Verdichtung bewirkende Gewindezahn gegenüber der variablen Öffnung 23 ausmündet, wird verzögert; damit ist das Volumen des Gewindezahns zum Zeitpunkt des Ausstoßvorgangs reduziert und folglich das Verdichtungsverhältnis vergrößert, wenn das verdrängte Volumen nicht verändert wurde; genau dies geschieht aber, da der Rand 17 nun in der Stellung 17a ist und der Schieber 10 weiterhin die Gesamtheit der Gewindehohlräume 25 während des Verdichtungsvorganges überdeckt.

Für die Reihe von Stellungen, wie sie in der Zeichnung durch die Bezugszeichen 17, 18, 17a und 18a angedeutet sind, ist es somit möglich, das Verdichtungsverhältnis zu verändern, ohne die Durchflußleistung zu verändern.

Diese Reihe von Stellungen ist in einem bestimmten Intervall enthalten, da der Rand 18 in der äußersten Stellung nicht über die Stellung hinaus angehoben werden kann, die durch den Rand 24 dargestellt ist und dem Verdichtungs­ verhältnis 1 entspricht, und sich in der Praxis jenseits von den Stellungen befindet, die Verdichtungs­ verhältnissen von größer als 2 oder 2,5 entsprechen; zum anderen ist es nutzlos, diesen Rand die mit Kreuzen bezeichnete Linie 27 überschreiten zu lassen, da jenseits von dieser der durch die unveränderliche Öffnung 21 bestimmte Ausstoßpunkt nicht weiter verändert wird; das zwischen den Linien 24 und 27 liegende Intervall bildet somit das maximale Intervall, in welchem der Rand 28 bewegbar ist, wenn der Verdichter mit voller Durchflußleistung arbeitet. Selbst wenn der Rand 18 an der mit 27 bezeichneten Stelle ankommt, ist der Schieber 10 jedoch noch ausreichend lang, um die Linie 24 zu erreichen oder in deren Nähe zu gelangen, so daß das verdrängte Volumen sich nicht oder nur wenig ändert.

Wenn der Schieber nun wesentlich weiter zur Hochdruckseite in die mit 17b, 18b bezeichnete Stellung geschoben wird, so legt der niederdruckseitige Rand 17b die Gewindehohlräume 25 frei, und die Verdichtung kann erst beginnen, nachdem durch die Drehung der Schnecke der Rand 24 den Rand 17b erreicht hat, wobei das zuvor durch den Zahn 5 verdrängte Gas über die Rille 8 zur Niederdruckseite zurückströmt.

Daraus ergibt sich, daß das verdrängte Volumen verkleinert wird. Zwar ist die Anzahl von Stellungen, die der Schieberkörper für volle Durchflußleistung einnehmen kann, z. B. die Stellungen 17 oder 17a, unendlich, da diese innerhalb eines relativ großen Intervalls beliebig gewählt werden können, jedoch ist nur eine Teillaststellung vorgesehen, die durch 17b, 18b dargestellt ist.

In dieser Teillaststellung ist also das Verdichtungsverhältnis unveränderlich und wird durch das Verhältnis zwischen dem Gewindevolumen im Zeitpunkt, wo der Rand 24 den Rand 17b erreicht, und dem Gewindevolumen in dem Zeitpunkt bestimmt, wo er in die unveränderliche Öffnung 21 einmündet. Diese durch 17b bezeichnete Stellung sowie die Abmessungen der Öffnung 21 können auch so gewählt werden, daß das erhaltene Verdichtungsverhältnis im Bereich des Mittelwertes der Verdichtungsverhältnisse liegt, die von diesem Verdichter verlangt werden.

Dies wäre nicht möglich, wenn die Durchflußleistung kontinuierlich verändert würde, indem eine Mehrzahl von Stellungen für Teildurchflußleistungen vorhanden wären.

Eine weitere Stellung, die thermodynamisch günstig ist, weil sie gute Werte für den Wirkungsgrad liefert, besteht darin, den Schieber weit genug zur Hochdruckseite zu verschieben, damit alle Gewindehohlräume in Verbindung mit der Niederdruckseite bleiben und nicht mehr komprimieren; die Durchflußleistung ist dann gleich Null, jedoch ist die aufgenommene Leistung abgesehen von mechanischer oder innerer Gasreibung vernachlässigbar.

Mit einer einzigen Verstelleinrichtung, beispielsweise mit der in Fig. 2 gezeigten Stange 12, kann also das Verdichtungsverhältnis für volle Durchflußleistung in einer ersten Reihe von Stellungen variiert werden, während in einer zweiten Stellung ein Teillastbetrieb erreicht werden kann.

Dieses Ergebnis ist zwar günstig, jedoch oft noch unzureichend, da eine Einstellung der Durchflußleistung auf zwei verschiedene Werte im allgemeinen bei Verdichtern für Kältemaschinen oder Klimaanlagen unzureichend ist, die an der Welle mehr als 20 kW aufnehmen, wobei ab einer solchen Leistung Schneckenverdichter einen guten thermo- dynamischen Wirkungsgrad aufweisen.

Dieser Mangel kann durch eine Ausführungsform behoben werden, bei der der Verdichter aus zwei Halbverdichtern gebildet ist und die Einstellung der Durchflußleitung auf drei oder vier verschiedene Werte erfolgen kann, die im allgemeinen bei Maschinen von 20 bis 100 kW verlangt werden; wie dies geschieht, ist in den Fig. 5 bis 10 dargestellt.

In diesen Figuren sind die Schieber 10 und 11 zu erkennen, die schematisch auf der Abwicklung der Schnecke 1 ähnlich wie in Fig. 4 gezeigt sind.

Die Fig. 5 und 6 zeigen eine Einstellung mit drei Werten. Fig. 5 zeigt die beiden Schieber 10, 11 in der Stellung für volle Durchflußleistung. In Fig. 6 befindet sich der Schieber 10 in einer Stellung für Teildurchflußleistung, so daß z. B. die entsprechende Verdichterhälfte nur noch 16% der gesamten Förderleistung des Verdichters liefert, anstelle von 50%, so daß die gesamte Durchflußleistung also 66% der vollen Durchflußleistung beträgt.

In Fig. 7 sind die beiden Schieber in der 16%-Stellung gezeigt, so daß die Durchflußleistung 32% des Wertes bei Vollast beträgt.

Die Fig. 8, 9 und 10 zeigen eine Einstellung auf vier verschiedene Werte. Bei dieser Ausführungsform entspricht die Stellung für Teildurchflußleistung bei dem Schieber 10 dem Wert 25% von der vollen Durchflußleistung des Verdichters, während die Stellung des Schiebers 11 dem Wert Null entspricht.

Die Stellung für Vollastbetrieb ist dieselbe wie in Fig. 5 gezeigt.

Indem der Schieber 10 in die Stellung für Teildurchflußleistung und der Schieber 11 in die Stellung für volle Durchflußleistung gebracht wird, wird eine Gesamtdurchflußrate von 75% erreicht (Fig. 8).

Wenn hingegen der Schieber 11 in die Stellung für Teil­ durchflußleistung und der Schieber 10 in die Stellung für volle Durchflußleistung gebracht wird, wird eine Gesamtdurchflußleistung von 50% eingestellt (Fig. 9).

Wenn sich beide Schieber in den Stellungen für Teildurchflußleistung befinden, beträgt die gesamte Durchflußleistung nur noch 25% (Fig. 10).

Bei den durch die Fig. 7 und 10 veranschaulichten Stellungen können zwar die Verdichtungsverhältnisse durch Verschiebung der Schieber nicht eingestellt werden, wohl jedoch bei den in den Fig. 6 und 8 gezeigten Stellungen, die Stellungen für einen ersten Teillastbereich nahe bei Vollast sind, ebenso wie auch bei der in Fig. 9 gezeigten Stellung für einen zweiten Teil­ lastbereich.

In diesen Stellungen bleibt nämlich wenigstens ein Schieber in der Stellung für Vollast, so daß also sein Ver­ dichtungsverhältnis verändert werden kann, ohne die Durchflußleistung des Verdichters zu verändern.

Wie eingangs bereits angegeben wurde, wird durch diese Maßnahmen in dem ersten Teillastbereich der überwiegende Teil der sich durch die Veränderung des Verdichtungs­ verhältnisses ergebenden Vorteile bewahrt, da diese Veränderung bei demjenigen Halbverdichter möglich bleibt, der die größte Leistung verbraucht, und nur bei demjenigen Halbverdichter unmöglich wird, der am wenigsten bzw. bei dem in Fig. 9 dargestellten Fall praktisch keine Leistung verbraucht.

Bei der in den Fig. 1 bis 10 dargestellten Ausführungsform wird die Stellung der Schieber manuell gesteuert. Es kann jedoch zweckmäßig sein, diese Steuerung automatisch vorzunehmen. Fig. 11 zeigt eine Ausführungsform mit automatischer Steuerung.

Bei dieser Ausführungsform weist der Schieber 10 eine Öffnung 30 auf, die eine Entnahme des Gases aus dem Gewinde während des Kompressionsvorganges ermöglicht, um dieses durch eine Leitung 31 zu schicken, die axial in der Stange 12 angeordnet ist, welche am Rand 18 des Schiebers befestigt ist und sich parallel zur Rille 8 erstreckt. An ihrem von dem Schieber 10 abgewandten Ende trägt die Stange 12 einen Druckvergleichskolben 32, der verschiebbar in einer Bohrung 33 des Gehäuses montiert ist. Der Druckvergleichskolben 32 begrenzt in der Bohrung 33 mit seiner Stirnfläche 39, die von der Stange 12 abgewandt ist, eine Druckkammer 36. Die Leitung 31 durchquert den Druckvergleichskolben 32 und mündet in der Druckkammer 36. Eine Öffnung 34 und ein Ventil 35 ermöglichen bei offener Ventilstellung die Verbindung der Druckkammer 36 mit dem Ansaugdruck. Ein Verschlußelement 37 ist am Boden 46 der Bohrung 33 in der Druckkammer 36 befestigt. Das Verschlußelement 37 dringt in die Leitung 31 ein und verschließt sie, wenn der Schieber 10 sich in der Teillaststellung befindet, und öffnet die Leitung 31, wenn der Schieber 10 sich in der Stellung für volle Durchflußleistung befindet.

Die Arbeitsweise ist folgende:

Bei Vollast des Halbverdichters, der dem betrachteten Schieber entspricht, ist das Ventil 35 geschlossen. Der sich in der Druckkammer 36 aufbauende Druck ist im wesentlichen der mittlere Druck PM, der gegenüber der Öffnung 30 vorhanden ist.

Es ist nun bekannt, daß zwischen einem Druck, der auf diese Weise zwischen einem Punkt eines Schiebers abgegriffen wird, und dem Druck im Gewinde zum Zeitpunkt des Ausstoßes ein Verhältnis r besteht, das zwar nicht vollkommen konstant ist, jedoch bei einer Verstellung des Schiebers nur wenig variiert.

Ferner ist an der aus dem Druckvergleichskolben 32 und dem Schieber 10 gebildeten Gesamtheit aufgrund des hohen Druckes PH ein an der Fläche 18 angreifender Druck wirksam, der bestrebt ist, diese zur Niederdruckseite zu verschieben, jedoch ist ein Gegendruck auf der Fläche 38 des Druckvergleichskolbens 32 wirksam, die dem Schieber 10 zugewandt ist. In der Gesamt­ wirkung ergibt sich eine durch den hohen Druck bewirkte Schubkraft, die an einer Differenzfläche s zwischen den Oberflächen 38 und 18 angreift, wobei die Oberfläche 38 die größere ist. Auf die Stirnfläche 39 des Druckvergleichskolbens 32 ist ferner der Druck PM wirksam.

Die Stirnfläche 39 von der Größe S und die Lage der Öffnung 30 werden so gewählt, daß das Verhältnis S/s im wesentlichen gleich r ist; der Kolben ist nämlich im Gleichgewicht, wenn S · PM = s · PH, und daraus ergibt sich, daß er sich im wesentlichen in eine solche Stellung bringt, daß gilt:

wodurch also die angestrebte Gleichheit zwischen dem Verdichtungsverhältnis im Zeitpunkt des Ausmündens des Gewindes und dem Verhältnis zwischen hohem und niedrigem Druck gewährleistet ist.

Wenn das Ventil 35 geöffnet wird, wird die Druckkammer 36 entleert, und der Druckvergleichskolben 32 wird verschoben, bis die Stirnfläche 39 den Boden 46 der Bohrung 33 erreicht hat, womit die Stellung des Schiebers 10 für Teildurchfluß­ leistung definiert ist. In dieser Stellung ist die Leitung 31 durch das Verschlußelement 37 verschlossen.

Wenn das Ventil 35 erneut geschlossen wird, führen die zwischen dem Druckvergleichskolben 32 und der Bohrung 33 auftretenden Leckströmungen zu einem Ansteigen des Druckes in der Druckkammer 36, wodurch der Druckvergleichskolben 32 verschoben wird, bis das Verschlußelement 37 aus der Öffnung 31 austritt. Die Länge des Verschlußelementes ist so bemessen, daß der Schieber 10 zu diesem Zeitpunkt in die Stellung für volle Durchflußleistung zurückgestellt ist und die Anordnung dann in der zuvor beschriebenen Weise als Regler des Verdichtungsverhältnisses arbeiten kann.

In Fig. 11 ist eine weitere Verbesserung ersichtlich. Die Notwendigkeit, daß der Schieber im Vollastbereich verstellt werden muß, ohne die Gewindezähne im Verlauf des Verdichtungsvorganges bloßzulegen, während sie im Teillastbereich teilweise oder vollständig bloßgelegt werden müssen, führt zu sehr langen Verschiebewegen.

Es ist zweckmäßig, diese zu vermeiden, indem ein Schieber aus zwei Elementen 40 und 41 gebildet wird.

Das Element 41 wird zu dem Hochdruckende der Schnecke 1 hin gedrückt und im Vollastbereich gegen das Element 40 durch Rückholmittel, wie eine Druckfeder 42, angedrückt, die zwischen dem Gehäuse 3 und dem dem Element 40 gegenüber­ liegenden Ende des Elementes 41 angeordnet ist. Das Element 41 folgt also dem Element 40, wenn die Stellung des letzteren verändert wird, um das Verdichtungsverhältnis zu ändern.

Im Teillastbereich wird das Element 40 zur Hochdruckseite hin gezogen; das Element 41 weist einen Anschlag 43 auf, der an einer Kante 44 des Gehäuses 3 zur Anlage kommt, welche den Verschiebungsweg des Elementes 41 zur Hochdruckseite hin begrenzt. Die Elemente 40 und 41 werden also voneinander entfernt, und das Gas kann zu Beginn des Verdichtungsvorgangs in an sich bekannter Weise zur Niederdruckseite über eine Öffnung 45 abströmen, die in Fig. 12 am Boden der Rille 8 gegenüber dem Zwischenraum zwischen den Elementen 40 und 41 gezeigt ist.

Da sich das Element 41 zu Beginn des Verdichtungsvorgangs den Gewindezähnen gegenüber befindet, kann es zum leichteren Verschieben desselben mit einem größeren Spiel als das Element 40 ausgebildet werden, denn die Leckströmungen haben aufgrund der niedrigen Drücke einen vernachlässigbaren Einfluß auf den Wirkungsgrad.

Bei der beschriebenen Ausführungsform ist die Maschine ein Verdichter. Sie kann aber auch eine Expansionsmaschine sein, in welcher der Drehsinn entgegengesetzt dem Pfeil 26 in Fig. 1 ist.

Die Erfindung ist auch auf einen Verdichter anwendbar, dessen Schnecke beispielsweise mit drei Ritzeln zusammenarbeitet, wovon zwei oder drei mit Schiebern versehen sind. Wenn drei Schieber vorgesehen sind, kann die Anzahl von Kombinationen im Teillastbereich vergrößert werden.

Claims (8)

1. Rotationskolbenmaschine, insbesondere Verdichter oder Ex­ pansionsmaschine, die in Kombination miteinander eine ein zylindrisches Außenprofil und mehrere Gewindegänge aufweisende Schnecke (1), die drehbar im Inneren eines festen Gehäuses (3) gelagert ist, und mit einem Ritzel (5, 6) in Eingriff ist, und wenigstens einen Schieber (10, 11) umfaßt, der verschiebbar in der Nähe des Ritzels (5, 6) in einer Rille (8) angeordnet ist, die in dem Gehäuse (3) parallel zur Achse der Schnecke gebildet ist, wobei der Schieber eine konkave, an die zylindrische Fläche der Schnecke (1) angeschmiegte Fläche und zwei Endflächen aufweist, von denen eine (17) auf der Niederdruckseite und die andere (18) auf der Hochdruckseite liegt, wobei eine unveränderliche Hochdrucköffnung (19) in dem Gehäuse (3) zwischen dem Schieber (10, 11) und dem Ritzel (5, 6) angeordnet ist, wobei der Schieber (10, 11) in eine Stellung für Teildurchflußleistung bewegbar ist, in welcher der Schieber (10, 11) im Abstand von seiner hochdruckseitigen Endfläche (18) wenigstens einen Teil der Gewindegänge (25) bloßlegt, die mit den Zähnen (7) des Ritzels (5, 6) in Eingriff sind, und eine variable Öffnung (23) im wesentlichen verschließt, die in Verbindung mit der Hochdruckseite steht, dadurch gekennzeichnet, daß der Schieber (10, 11) außerdem durch eine Reihe von Stellungen für volle Durchflußleistung beweglich ist, in denen der Schieber (10, 11) in dem Gehäuse jenseits von der hochdruckseitigen Endfläche (18) die variable Öffnung (23) freilegt, wobei der Schieber (10, 11), die unveränderliche Öffnung (19) und die variable Öffnung (23) gemeinsam im wesentlichen die Gewindegänge (25) abdecken, die mit dem Ritzel (5, 6) in Eingriff sind und nicht mit der unveränderlichen Öffnung (19) und/oder der variablen Öffnung (23) in Verbindung stehen.

2. Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dem Schieber (10, 11) ein Druckvergleichskolben (32) zugeordnet ist, der in der Stellung des Schiebers (10, 11) für volle Durchflußleistung wirksam ist, um den Druck in den Gewindegängen (25) vor dem Ausstoß zu messen, ihn mit dem hohen Druck zu vergleichen und eine Steuervorrichtung (12) zur Steuerung des Schiebers (10) bei vorhandener Abweichung zu betätigen.

3. Maschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuervorrichtung aus einer hohlen Stange (12) gebildet ist, die einerseits an dem Schieber (10) auf der Hochdruckseite und andererseits an dem Druckvergleichskolben (32) befestigt ist, daß der Hohlraum (31) der Stange (12) auf einer Seite mit einem Loch (30) im Körper des Schiebers (10) auf der Seite der Schnecke (1) und auf der anderen Seite mit dem Volumen einer Druckkammer (36) in Verbindung ist, in welcher der Druckvergleichskolben (32) verschiebbar ist, und ein Ventil (35) vorgesehen ist, um das genannte Volumen selektiv mit der Niederdruckseite in Verbindung zu bringen, wodurch der Druck­ vergleichskolben (32) dann in eine Teildurchflußstellung bewegt wird, in welcher ein Verschlußelement (37) den Hohlraum (31) der Stange (12) verschließt.

4. Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Schieber (10) zwei transversal zur Achse des Schiebers voneinander getrennte Elemente (40, 41) umfaßt, von denen das sich auf der Niederdruckseite befindende Ele­ ment (41) Rückholmitteln (47) zugeordnet ist, die es in Richtung zur Hochdruckseite hin beaufschlagen, und mit einem Anschlag (43) zur Begrenzung seines Verschiebeweges zur Hochdruckseite hin versehen ist.

5. Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Schieber (10, 11) als ein einziger Block ausgebildet ist.

6. Rotationskolbenmaschine, die in Kombination miteinander eine ein zylindrisches Außenprofil aufweisende, mit mehreren Gewindegängen versehene Schnecke (1), die drehbar im Inneren eines festen Gehäuses (3) gelagert ist, und wenigstens zwei Ritzel (5, 6) aufweist, mit denen sie in Eingriff ist, so daß zwei Teilmaschinen nach einem der Ansprüche 1 bis 5 gebildet sind, dadurch gekennzeichnet, daß die unveränderlichen Öffnungen (19) und die Stellungen für Teildurchflußleistungen für beide Schieber (10, 11) gleich sind und daß beide Schieber (10, 11) getrennt einstellbar sind.

7. Rotationskolbenmaschine, die in Kombination miteinander eine ein zylindrisches Außenprofil aufweisende, mit mehreren Gewindegängen versehene Schnecke (1), die drehbar im Inneren eines festen Gehäuses (3) gelagert ist, und wenigstens zwei mit ihr kämmende Ritzel (5, 6) aufweist, so daß zwei Teilmaschinen gebildet sind, die jeweils einem der Ansprüche 1 bis 5 entsprechen, dadurch gekennzeichnet, daß die Teildurchflußstellungen beider Schieber (10, 11) verschieden sind und daß beide Schieber getrennt einstellbar sind.

8. Maschine nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Gesamtheit der Gewindegänge, die mit einem der Ritzel (5, 6) in Eingriff sind, durch den benachbarten Schieber oder durch die unveränderliche Öffnung (19) freigelegt sind, wenn der Schieber in seiner Stellung für Teildurchflußleitung ist, während nur ein Teil der mit dem anderen Ritzel (5, 6) in Eingriff stehenden Gewindegänge (25) durch den anderen Schieber (10, 11) freigelegt ist, wenn letzterer sich in einer Stellung für Teildurchflußleistung befindet.