DE4227332C2 - Schraubenverdichter - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Schraubenverdichter mit einem eine Arbeitskammer auf­ weisenden Gehäuse und mit einem ersten und einem zweiten in der Arbeitskammer angeordneten Schraubenrotor, wobei zur stufenlosen Steuerung der Leistung des Schraubenverdichters eine erste Entlastungsvorrichtung vorgesehen ist und die erste Entlastungsvorrichtung ein in einer Gehäusebohrung angeordnetes Entlastungsele­ ment aufweist.

Im allgemeinen werden Schraubenverdichter in Kälteanlagen zur Erhöhung des Druckes des Kältemittelgases von einem Ansaugdruck auf einen Auslaßdruck einge­ setzt, wodurch schließlich der Einsatz des Kältemittels zur Kühlung eines gewünsch­ ten Mediums möglich ist. Hierbei können mehrere Arten von Verdichtern, einschließ­ lich Schraubenverdichter, in solchen Kälteanlagen eingesetzt werden. Bei einem Schraubenverdichter befinden sich innerhalb einer Arbeitskammer (Verdichtungs­ raum) zwei komplementäre, ineinandergreifende drehbare Schraubenrotoren, wobei der eine Schraubenrotor im Sinne einer Matrize als aufnehmender Schraubenrotor, der andere Schraubenrotor im Sinne einer Patrize in den aufnehmenden Schraubenro­ tor einführbar ausgebildet ist.

Der im Sinne einer Patrize ausgebildete Schraubenrotor weist relativ dicke und abge­ stumpfte Rippen mit nach außen gewölbten Flankenflächen auf. Der im Sinne einer Matrize ausgebildete Schraubenrotor weist relativ schmale Rippen mit nach innen gewölbten Flankenflächen auf. Die Arbeitskammer bzw. der Verdichtungsraum läßt sich üblicherweise als ein Raum in Form zweier sich schneidenden, parallel verlaufen­ den Zylinder mit den darin ineinandergreifend angeordneten, komplementären dreh­ baren Schraubenrotoren beschreiben. Die Schraubenrotoren weisen gegenüber den zylindrischen Räumen (Bohrungen) nur geringes Spiel auf.

Weiterhin weist ein Schraubenverdichter ein Niederdruckende und ein Hochdruck­ ende mit einer Ansaug- und einer Auslaßöffnung auf, welche jeweils mit der Arbeits­ kammer des Schraubenverdichters strömungsverbunden ist. Unter Ansaugdruck ste­ hendes Kältemittelgas strömt durch die Ansaugöffnung aus einem Ansaugbereich des Niederdruckendes des Schraubenverdichters und tritt in eine sparrenähnliche Druck­ tasche ein, welche durch die ineinandergreifenden drehbaren Schraubenrotoren und die Wandung der Arbeitskammer gebildet wird. Solche Drucktaschen sind anfänglich zur Ansaugöffnung hin geöffnet und zur Auslaßöffnung hin geschlossen.

Bei der Rotation der Schraubenrotoren schließt sich die Drucktasche zur Ansaugöff­ nung hin und die Verdichtung des Gases beginnt, da das Volumen der Drucktasche sich beginnt zu verringern, wenn die Drucktasche entlang des Umfanges und axial zum Hochdruckende des Schraubenverdichters hin verlagert wird. Schließlich ist die Drucktasche so verlagert, daß diese mit der Auslaßöffnung strömungsverbunden ist, durch welche dann das verdichtete Kältemittelgas aus der Arbeitskammer entweicht.

Bei Schraubenverdichtern werden als Entlastungsvorrichtungen häufig Schieber­ ventil-Anordnungen, welche geeignet sind, die Leistung des Schraubenverdichters in einem zusammenhängenden Leistungsbereich zu steuern, verwendet. Eine solche Anordnung ist Gegenstand der US-A-4,662,190 oder der DE-C-36 29 065. Der Ventilbereich der Schieberventilanordnung steht in direktem Kontakt mit den Schraubenrotoren und bildet praktisch einen integralen Bestandteil der Arbeitskam­ mer, d. h. hierdurch wird die Arbeitskammer des Schraubenverdichters begrenzt.

Das Schieberventil ist axial innerhalb des Schraubenverdichters bewegbar, um einen Bereich der Arbeitskammer des Schraubenverdichters mit den darin angeordneten Schraubenrotoren dem Ansaugdruck auszusetzen. Arbeitet der Schraubenverdichter mit voller Leistung (bei geschlossenem Schieberventil), so ist der in Strömungsrich­ tung hinter der Ansaugöffnung liegende Bereich nicht dem Ansaugdruck ausgesetzt. Je mehr sich das Schieberventil öffnet, desto größer ist der Bereich der Arbeitskammer und der darin angeordneten Schraubenrotoren, welcher dann dem Ansaugdruck aus­ gesetzt ist. Hierdurch wird verhindert, daß der dem Ansaugdruck ausgesetzte Bereich der Arbeitskammer und der Schraubenrotoren in den Verdichtungsprozeß eingreift, da ansonsten - wäre dieser Bereich nicht dem Ansaugdruck ausgesetzt - sich hier ge­ schlossene Drucktaschen bilden würden, wodurch der Verdichtungsprozeß dann be­ einflußt wird. Im Endeffekt wird durch die Anwendung eines Schieberventils eine Leistungsverringerung durch eine Verringerung der wirksamen Länge der Schrau­ benrotoren erreicht. Wenn das Schieberventil geschlossen ist, arbeitet der Schrau­ benverdichter mit voller Leistung. Ist das Schieberventil vollständig geöffnet, dies ist der Fall, wenn der größtmögliche Bereich der Schraubenrotoren dem Ansaugdruck - also nicht nur über die Ansaugöffnung - ausgesetzt ist, so arbeitet der Schrauben­ verdichter in einem maximal möglichen Umfang entlastet. Die bestimmte Stellung des Schieberventils zwischen den extremen Stellungen, nämlich der vollen Belastungs- und Entlastungsstellung wird relativ einfach gesteuert. Hierdurch kann die Leistung des Schraubenverdichters und die der Kälteanlage, in welcher ein solcher Schrau­ benverdichter eingesetzt ist, auf eine geeignete Weise wirksam über einen großen und zusammenhängenden Leistungsbereich abgestimmt werden.

Bei dem Schraubenverdichter nach der DE-A-36 29 065 besteht die als Entlas­ tungsvorrichtung ausgeführte Schieberventil-Anordnung aus zwei Bestandteilen die direkt - nämlich über ein Federelement - gekoppelt sind, folglich nicht unabhängig voneinander betriebsfähig sind. Die so gebildete Schieberventil-Anordnung ist im wesentlichen in der Arbeitskammer angeordnet und steht in direktem Kontakt mit den entsprechenden Schraubenrotoren.

Es sollte bekannt sein, daß der Einsatz einer als Schieberventil ausgeführten Entlas­ tungsvorrichtung nicht die Erzeugung von rück-expandierenden Volumina zur Folge hat, da eine bestimmte Fläche des Schieberventils einen Teil der Wandung der Ar­ beitskammer bildet und sich präzise an die angrenzende äußere Kontur der Schrau­ benrotor-Anordnung anpaßt. Schieberventil-Anordnungen werden daher, ganz be­ sonders wegen ihrer Fähigkeit die Leistung anzupassen und wegen ihrer Fähigkeit eine stufenlose Änderung der Leistung zu ermöglichen, bevorzugt. Dennoch bringen Schieberventil-Anordnungen den Nachteil von ihnen eigenen Undichtigkeits-Strö­ mungswegen und ihnen eigenen Verlusten mit sich, weil ein Nachteil in der Art liegt, in welcher die Oberflächen des Schieberventils wirksam sind, um eine Wandung der Arbeitskammer des Schraubenverdichters zu begrenzen bzw. zu bilden. In dieser Hinsicht wirken solche Oberflächen mit den oberen Enden der Rippen der Schrau­ benrotoren zusammen, um die geschlossenen Drucktaschen zu begrenzen. Der Zwi­ schenraum zwischen den oberen Enden der Rippen der Schraubenrotoren und der Oberfläche des Schieberventiles bildet einen Undichtigkeits- Strömungsweg, welcher jeder Schieberventil-Anordnung zu eigen ist. Bei Schraubenverdichtern mit größerer Leistung, also bei teueren Schraubenverdichtern, welche in der Anwendung mit rela­ tiv teuren Kreiselverdichtern "konkurrieren", ist die Undichtigkeit zwischen der Schraubenrotor/Schieberventil-Schnittstelle von annähernd geringer Bedeutung. Weiterhin sind die mit einer Schieberventil-Anordnung verbundenen Kosten bei grö­ ßeren Systemen größer als durch die vielseitige Verwendung und den energetischen Wirkungsgrad, welche eine Anordnung eines Schieberventils zur genauen Abstim­ mung der Leistung des Schraubenverdichters an die Belastung eines Systems anbie­ tet, herausgeholt werden kann. Daher ist bei kleineren Schraubenverdichtern und Systemen, welche um die Anwendung mit weniger teureren Spiral- und Kolben­ verdichtern "konkurrieren", der Einsatz von Schieberventilen selten, da die mit den Schieberventilen einhergehende Undichtigkeit entsprechend und unakzeptabel hö­ her ist als die Kosten, welche mit ihrem Einsatz verbunden sind.

Es sind auch andere Anordnungen von Entlastungsvorrichtungen zur Steuerung der Leistung von Schraubenverdichtern bekannt. So werden in der US-A-3,108,740, der US-A-4,946,362 und der DE-A-37 02 432 als Entlastungsvorrichtungen sich senkrecht zur Arbeitskammer öffnende Schieber-Anordnungen beschrieben. Diese Druckschriften be­ schreiben verschiedene Arten von sich radial oder axial öffnenden Schieber- Entlastungselementen. Sind diese Entlastungselemente geöffnet, so gewährleisten sie, daß eine normalerweise geschlossene Drucktasche mit einem Bereich des Schrauben­ verdichters strömungsverbunden ist, in welchem Ansaugdruck herrscht. Hierdurch wird das Volumen der Drucktasche zurückgeführt, wodurch es dann für den Verdich­ tungsprozeß verlorengeht.

Dieser Vorgang wird im allgemeinen als eine Stufen-Entlastung bezeichnet, da durch das Öffnen oder Anheben eines solchen Stufen-Entlastungselementes eine Verringe­ rung der Leistung des Schraubenverdichters auf eine stufenweise Art erfolgt. Hier­ durch erfolgt nämlich eine sprunghafte, vorbestimmte und relativ große prozentuale Änderung der Leistung eines Schraubenverdichters. Solche Anordnungen gewähr­ leisten keine Leistungsanpassung des Schraubenverdichters über einen zusammen­ hängenden Leistungsbereich, nämlich keine stufenlose Leistungsanpassung. Die Anwendung von solchen Stufen-Entlastungselementen ist weniger kompliziert und nicht so teuer wie die Verwendung von Schieberventilen. Die Stufen-Entlastungs­ elemente ermöglichen nicht die Flexibilität oder den energetischen Wirkungsgrad, welche bzw. welcher mit einer Schieberventil-Anordnung erreichbar wäre.

Weiterhin ist der Einsatz von sich öffnenden Schieber-Anordnungen als Stufen-Ent­ lastungselemente an der Auslaßendfläche des im Sinne einer Patrize ausgebildeten Schraubenrotors praktisch nicht durchführbar, weil das entsprechende Schrauben­ profil, nämlich die Rippen des als Patrize ausgebildeten Schraubenrotors ziemlich "dick" sind und ein nur relativ kleines Volumen zwischen diesen Rippen vorhanden ist. Hierbei ist nämlich die Größe der Öffnung, durch welche eine Entlastung stattfin­ den müßte, unzureichend, um das Entweichen des Kältemittelgases durch die Öffnung, während diese offen ist, zu gewährleisten, da die zur Verfügung stehende Größe der Öffnung nämlich durch die Dicke der Rippen und der Rotationsge­ schwindigkeit der Schraubenrotoren beeinflußt wird. Es ist bekannt, daß sich senkrecht zur Arbeitskammer öffnende Schieber, welche als Stufen-Entlastungselemente angeordnet sind, auch anderweitig als an der Stirnfläche des Schraubenrotors wirksam angeordnet werden. Die aber so, nämlich radial, angeordneten Stufen- Entlastungselemente weisen Nachteile auf. Sie sind nämlich nur viel kostenaufwen­ diger herzustellen. Die Endfläche dieser Stufen-Entlastungselemente muß mit gerin­ gen Toleranzen in bezug auf ihre Größe hergestellt werden. Die Endfläche dieses Stu­ fen-Entlastungselementes ist besser eine gekrümmte als eine ebene Fläche, da die An­ wendung einer ebenen Fläche bei einem solchen Stufen-Entlastungselement die Er­ zeugung eines rück-expandierenden Volumens zur Folge hat (d. h. Volumina, welche im Verdichtungsprozeß nicht benutzt werden).

Ferner ist aus der DE-C-30 22 661 ein eine mögliche Vorverdichtung aufweisender Schraubenverdichter mit nur einem Schraubenrotor bekannt. Mit Hilfe von zwei Rit­ zeln werden zwei Teilverdichter gebildet. Insbesondere zur stufenweisen Steuerung der Leistung dieses Schraubenverdichters muß ein gesamtes Ritzel angehoben wer­ den, so daß die zuvor von diesem Ritzel und dem einzigen Schraubenrotor begrenz­ ten Drucktaschen im Zeitpunkt des Anhebens des Ritzels nicht existieren.

Die Erfindung geht aus von dem Schraubenverdichter gemäß der US-A-4,565,508, wo eine Entlastungsvorrichtung zur stufenlosen Steuerung der Leistung des Schrau­ benverdichters vorgesehen ist, die ein als Entlastungskolben ausgebildetes Entlas­ tungselement aufweist, das in einer Gehäusebohrung angeordnet ist. Bei dieser Ent­ lastungskolben-Anordnung ist der Entlastungskolben in einer von der Arbeitskam­ mer entfernten zylindrischen Gehäusebohrung innerhalb des Schraubenverdichter­ gehäuses angeordnet. Hierbei ist die Gehäusebohrung mit der Arbeitskammer über eine Serie axial voneinander beabstandeter Öffnungen strömungsverbunden. Ebenso ist die Gehäusebohrung mit einem unter Ansaugdruck stehenden Bereich des Schraubenverdichters strömungsverbunden. Wenn der Entlastungskolben innerhalb der Gehäusebohrung so positioniert ist, daß vollständig die durch die Öffnungen her­ gestellte Strömungsverbindung zwischen der Gehäusebohrung und der Arbeitskam­ mer des Schraubenverdichters unterbrochen ist, so arbeitet der Schraubenverdichter völlig belastet, da die axial voneinander beabstandeten Öffnungen verschlossen sind und die Arbeitskammer - abgesehen von der Ansaugöffnung - nicht mit dem unter Ansaugdruck stehenden Bereich des Schraubenverdichters strömungsverbunden ist.

Der Entlastungskolben ist innerhalb der Gehäusebohrung axial bewegbar und in der Lage, die axial voneinander beabstandeten Öffnungen vollständig oder teilweise zu öffnen. Durch das wahlweise Aufdecken bzw. Öffnen der die Gehäusebohrung und die Arbeitskammer verbindenden Öffnungen wird eine Leistungsanpassung des Schraubenverdichters ermöglicht. Diese Art einer Entlastungskolben-Anordnung er­ möglicht eine stufenlose und präzisere Leistungssteuerung, ähnlich einem Schieber­ ventil, als die Anordnung eines Stufen-Entlastungselementes. Allerdings sind Entla­ stungskolben-Anordnungen teurer und schwieriger durchzuführen als die Anord­ nung von Stufen-Entlastungselementen. Weiterhin wird das zurück-expandierende Volumen, welches insbesondere durch die Entlastungs-Öffnungen einer solchen Entlastungskolben-Anordnung hervorgerufen wird, übermäßig groß, besonders wenn eine Leistungsanpassung des Schraubenverdichters über einen großen Leistungsbe­ reich gewünscht wird (dies wird im speziellen Teil der Beschreibung noch eingehen­ der erklärt). In dieser Hinsicht ist es bekannt, daß der Effekt und der Funktionsnach­ teil, welcher mit der Existenz solcher rück-expandierenden Volumina einhergeht, ent­ schieden deutlicher an dem Auslaßende des Schraubenverdichters ausgeprägt ist, wo der Druck in einer Drucktasche bedeutend erhöht wird.

Ebenso ist die Anwendung einer Entlastungskolben-Anordnung im bevorzugten vollständigen Leistungsbereich, insbesondere bei Schraubenverdichtern mit geringer Leistung, für Schraubenverdichter mit einem hohen Wirkungsgrad praktisch nicht durchführbar. Es wird - noch einmal - erwähnt, daß dies an der Beschaffenheit und Anzahl der Öffnungen liegt, welche die von der Arbeitskammer entfernte Gehäuse­ bohrung, in welcher der Entlastungskolben angeordnet ist, mit der Arbeitskammer zur Gewährleistung einer Strömung verbinden. Wenn solch eine Anordnung ausschließ­ lich über einen großen Leistungsbereich eines Schraubenverdichters mit geringer Lei­ stung vorgesehen ist, so können die durch die Öffnungen hervorgerufenen Druck­ verluste, welche im Endeffekt rück-expandierende Volumina sind (d. h. Volumina, welche im Verdichtungsprozeß nicht benutzt werden) unakzeptabel groß sein, insbe­ sondere wenn sie in einem Hochdruckbereich der Arbeitskammer auftreten, wo der Rück-Expansionseffekt entschieden deutlicher ausgeprägt ist.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, den Schraubenverdichter der in Rede stehenden Art, von dem die Erfindung ausgeht, so auszugestalten und weiter­ zubilden, daß dieser unter dem Gesichtspunkt des Betriebs verbessert und unter dem Gesichtspunkt der Herstellung relativ einfach und kostensparend ist.

Die Aufgabe ist nun dadurch gelöst, daß zur stufenweisen Steuerung der Leistung des Schraubenverdichters zusätzlich eine, von der ersten unabhängige, zweite Entla­ stungsvorrichtung vorgesehen ist. Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist somit eine Entlastungs-Anordnung für einen Schraubenverdichter, welche zwei voneinan­ der getrennte, verschiedene und unabhängige Entlastungsvorrichtungen aufweist, wobei die erste Entlastungsvorrichtung zur stufenlosen Steuerung der Leistung des Schraubenverdichters und die zweite Entlastungsvorrichtung zur stufenweisen Steuerung der Leistung des Schraubenverdichters vorgesehen ist. Hierbei ist jeweils eine Entlastungsvorrichtung jeweils einem Schraubenrotor zugeordnet. Die dem im Sinne einer Patrize ausgebildeten Schraubenrotor zugeordnete erste Entlastungsvor­ richtung weist ein in einer Gehäusebohrung axial angeordnetes Entlastungselement auf. Das axiale Entlastungselement ermöglicht die Steuerung der Leistung des Schraubenverdichters auf eine stufenlose Art in einem ersten Leistungsbereich. Die dem im Sinne einer Matrize ausgebildeten Schraubenrotor zugeordnete zweite Entla­ stungsvorrichtung weist einen Stufen-Entlastungskolben auf (vgl. Patentanspruch 2), welcher, wenn dieser geöffnet ist, den Schraubenverdichter in einem einzigen und relativ großen Schritt stufenweise in einem zweiten Leistungsbereich entlastet. Im Endeffekt wird bei dem erfindungsgemäßen Schraubenverdichter eine stufenlose Steuerung der Leistung in einem ersten Leistungsbereich und eine stufenweise Steuerung der Leistung in einem zweiten Leistungsbereich gewährleistet. Hierdurch nähert sich die Art der Steuerung der Leistung des erfindungsgemäßen Schrauben­ verdichters Schraubenverdichtern an, die mit einer Schieberventil-Anordnung be­ trieben werden. Der Effekt der rück-expandierenden Volumina ist nun mit Hilfe der zweiten Entlastungsvorrichtung minimiert. Aufgrund der zweiten Entlastungsvor­ richtung kann auch die axiale Gesamtlänge des Schraubenverdichters minimiert wer­ den, so daß - im Endeffekt - der erfindungsgemäße Schraubenverdichter unter dem Gesichtspunkt des Betriebs und der Herstellung relativ einfach und kostensparend ist. Weiterhin ist durch die Verringerung der rück-expandierenden Volumina der Wir­ kungsgrad des erfindungsgemäßen Schraubenverdichters erhöht, wobei der erfin­ dungsgemäße Schraubenverdichter eine hohe Flexibilität aufweist, so daß dieser mit Verdichtern, die mit Schieberventil-Anordnungen betrieben werden, "konkurriert". Im Ergebnis ist der erfindungsgemäße Schraubenverdichter daher vielseitiger, wirt­ schaftlicher und energetisch wirkungsvoller.

Weiterhin wird im Rahmen der Erfindung ein Verfahren zur Steuerung der Leistung des in einer Kälteanlage vorgesehenen erfindungsgemäßen Schraubenverdichters und ein Verfahren zur Steuerung einer Kälteanlage mit mindestens zwei erfindungs­ gemäßen Schraubenverdichtern beschrieben.

Es gibt nun verschiedene Möglichkeiten, die Lehre der vorliegenden Erfindung in vorteilhafter Weise auszugestalten und weiterzubilden. Dazu ist auf die dem Pa­ tentanspruch 1 nachgeordneten Patentansprüche und die nachfolgende Erläuterung eines Ausführungsbeispiels der Erfindung anhand der Zeichnung zu verweisen.

In der Zeichnung zeigt

Fig. 1 in einer Seitenansicht, teilweise geschnitten, den erfindungsgemäßen Schraubenverdichter mit der dem im Sinne einer Patrize ausgebildeten Schraubenrotor zugeordneten ersten Entlastungsvorrichtung, wobei das als Entlastungskolben ausgebildete Entlastungselement in der vollstän­ dig geöffneten Stellung ist,

Fig. 2 den erfindungsgemäßen Schraubenverdichter, teilweise geschnitten, von oben mit der dem im Sinne einer Matrize ausgebildeten Schraubenrotor zugeordneten zweiten Entlastungsvorrichtung in der offenen Stellung,

Fig. 3 den erfindungsgemäßen Schraubenverdichter ohne das Lagergehäuse im Schnitt entlang der Linie 3-3 der Fig. 1 und 2,

Fig. 4 in einer vergrößerten Darstellung, die dem im Sinne einer Matrize aus­ gebildeten Schraubenrotor zugeordnete zweite Entlastungsvorrichtung in der geschlossenen Stellung, im Schnitt entlang der Linie 4-4 in Fig. 3,

Fig. 5 in einer vergrößerten Darstellung, die dem im Sinne einer Patrize ausge­ bildeten Schraubenrotor zugeordnete erste Entlastungsvorrichtung des erfindungsgemäßen Schraubenverdichters mit dem Entlastungskolben in der vollständig geschlossenen Stellung, im Schnitt entlang der Linie 5-5 in Fig. 3,

Fig. 6 die schlitz-ähnlichen Entlastungs-Öffnungen der dem im Sinne einer Pa­ trize ausgebildeten Schraubenrotor zugeordneten ersten Entlastungs­ vorrichtung des erfindungsgemäßen Schraubenverdichters, im Schnitt entlang der Linie 6-6 in Fig. 3,

Fig. 6a, 6b die in Fig. 5 dargestellten Entlastungs-Öffnungen im Schnitt, wobei de­ ren Tauglichkeit in Verbindung mit dem im Sinne einer Patrize ausgebil­ deten Schraubenrotor und deren Untauglichkeit in Verbindung mit dem im Sinne einer Matrize ausgebildeten Schraubenrotor dargestellt ist,

Fig. 7 eine schematische Darstellung der Entlastungsvorrichtungen, wobei be­ stimmte Vorteile der Entlastungsvorrichtungen im Gegensatz zu früheren Entlastungsvorrichtungen dargestellt sind,

Fig. 8 eine graphische Darstellung der Art der Belastung (Steuerung der Lei­ tung) eines Schraubenverdichters mit den Entlastungsvorrichtungen,

Fig. 9 eine schematische Darstellung einer Kälteanlage mit zwei in den Fig. 1 bis 6 dargestellten Schraubenverdichtern und zwei voneinander unab­ hängigen Kühlkreisläufen und

Fig. 10 in einer graphischen Darstellung die Steuerung der Leistung des Schraubenverdichters bzw. der Schraubenverdichter in Verbindung mit der Steuerung einer Kälteanlage.

In den Fig. 1, 2 und 3 ist ein Schraubenverdichter 10 dargestellt. Der Schraubenver­ dichter 10 weist ein Rotorgehäuse 12 und ein Lagergehäuse 14 auf. Im Rotorgehäuse 12 ist ein Motor 16, ein im Sinne einer Patrize ausgebildeter Schraubenrotor 18 und ein im Sinne einer Matrize ausgebildeter Schraubenrotor 20 angeordnet. Auf einer sich von dem Schraubenrotor 18 aus erstreckender Welle 22 ist ein Rotor 24 befe­ stigt. Der Schraubenrotor 18 ist der "angetriebene" Schraubenrotor, welcher wie­ derum die Rotation des Schraubenrotors 20 verursacht, da die Schraubenrotoren 18 und 20 innerhalb des Rotorgehäuses 12 drehbar gelagert sind und miteinander in Eingriff stehen.

Unter Ansaugdruck stehendes Kältemittelgas tritt in das Rotorgehäuse 12 durch ein Gehäuseende 26 des Ansaugbereiches des Schraubenverdichters 10 ein und strömt durch einen nicht dargestellten Ansaugfilter bevor das Kältemittelgas durch und um den Motor 16 herum auf eine solche Art strömt, so daß der Motor 16 gekühlt wird. Das Kältemittelgas strömt durch einen Motor-Rotor-Gehäuse-Zwischenraum 28 und einen Rotor-Stator-Zwischenraum 30 in einen Ansaugbereich 32 innerhalb des Ro­ torgehäuses 12. Das Kältemittelgas strömt hiernach aus dem Ansaugbereich 32 durch eine Ansaugöffnung 34 und wird von einer (sparrenähnlichen) Drucktasche einge­ schlossen, welche durch die Wandung einer Arbeitskammer 36 und die Rippen der miteinander in Eingriff stehenden Schraubenmotoren 18 und 20 begrenzt wird.

Rotieren nun die Schraubenrotoren 18 und 20, so wird die Drucktasche, in welcher das unter Ansaugdruck stehende Kältemittelgas eingeschlossen ist, innerhalb der Ar­ beitskammer 36 so verlagert, daß die Drucktasche in bezug zur Ansaugöffnung 34 geschlossen ist. Dies erfolgt durch die miteinander in Eingriff stehenden Schrauben­ rotoren 18 und 20, da bei der Drehung der Schraubenrotoren 18 und 20 die gegen­ einander drehenden Rippen der Schraubenrotoren 18 und 20 die Drucktasche vor der Ansaugöffnung 34 verschließen. Die Drucktasche wird dann entlang des Umfan­ ges durch die Drehung der Schraubenmotoren 18 und 20 in Richtung auf eine Hoch­ druck-Endwandung 38 der Arbeitskammer 36 verlagert. Durch diese Verlagerung verringert sich das Volumen der Drucktasche, so daß das darin enthaltene Kältemit­ telgas bis zu dem Zeitpunkt verdichtet wird, bei dem sich die Drucktasche zu einer Auslaßöffnung 40 hin öffnet.

Es ist offensichtlich, daß bei fehlenden Elementen zur Steuerung der Leistung des Schraubenverdichters 10, unter Ansaugdruck stehendes Kältemittelgas in die Ar­ beitskammer 36 strömt und auf ein bestimmtes Volumen verdichtet und mit einem be­ stimmten Druck durch die Auslaßöffnung 40 ausgelassen wird. Weil die tatsächlichen von den Schraubenverdichtern oder Schraubenverdichter-Systemen aufzunehmen­ den Belastungen, insbesondere bei der Anordnung von Schraubenverdichtern in Käl­ teanlagen, normalerweise nicht so groß sind, daß ein Schraubenverdichter die ganze Zeit mit voller Leistung arbeitet und weil der Betrieb eines Schraubenverdichters bei voller Leistung energieverschwenderisch ist, wenn eine solche Leistung nicht nötig ist, müssen Vorrichtungen eine Anpassung der Leistung solcher Schraubenverdichter ermöglichen. Die Leistungsanpassung des Schraubenverdichters sollte so erfolgen, daß sich diese, so nah wie möglich, an den tatsächlichen Bedarf eines Systems nach verdichtetem Gas annähert, in welchem solche Schraubenverdichter eingesetzt werden.

So ist in dieser Hinsicht der Schraubenverdichter 10 mit einer Entlastungs-Anord­ nung versehen, welche zwei unabhängig und getrennt voneinander betriebsfähige Entlastungsvorrichtungen aufweist, wobei jeweils eine der Entlastungsvorrichtungen jeweils einem der Schraubenrotoren 18 und 20 zugeordnet ist. Es soll erwähnt wer­ den, daß mit dem Ausdruck, daß die jeweilige Entlastungsvorrichtung jeweils einem der Schraubenrotoren "zugeordnet" ist, nicht damit gemeint ist, daß der jeweilige zu­ geordnete Schraubenrotor entlastet wird, sondern daß damit gemeint ist, daß die Spar­ ren-ähnliche Drucktasche entlastet wird, welche durch die Arbeitskammer 36 und die miteinander in Eingriff stehenden Schraubenrotoren 18 und 20 begrenzt wird. So bezieht sich z. B. der Ausdruck "die Entlastungsvorrichtung ist dem als Matrize aus­ gebildeten Schraubenrotor zugeordnet" auf eine Entlastungsvorrichtung, welche in der Lage ist den Schraubenverdichter über einen unterbrechbaren Kanal zu entlas­ ten. Hierbei ist der Kanal dann zwischen dem Bereich der Arbeitskammer 36, in wel­ chem der im Sinne einer Matrize ausgebildete Schraubenrotor 20 angeordnet ist, und einem unter Ansaugdruck stehenden Bereich 32 des Schraubenverdichters 10 vorge­ sehen, wobei der Kanal diese beiden Bereiche zur Gewährleistung einer Strömung verbindet.

Die Fig. 2, 3 und 4 zeigen die dem Schraubenrotor 20 zugeordnete zweite Entla­ stungsvorrichtung, welche den Schraubenverdichter 10 auf eine stufenweise Art ent- bzw. belastet. Das Rotorgehäuse 12 begrenzt einen Kanal 42, welcher an seinem einen Ende mit der Ansaugöffnung 34 und an seinem anderen Ende mit einer Kam­ mer 44 strömungsverbunden ist. Die Kammer 44 wird durch das Lagergehäuse 14 begrenzt. Es soll erwähnt werden, daß der Kanal 42 auch mit jedem anderen Bereich des Schraubenverdichters 10, welcher unter Ansaugdruck steht, verbunden sein kann. Dies bedeutet, daß der Kanal 42 auch mit dem Ansaugbereich 32, aber auch mit einem anderen unter Ansaugdruck stehenden Bereich, strömungsverbunden werden kann.

Aufgrund des Aufbaues des Lagergehäuses 14 und des Rotorgehäuses 12 ist die Kammer 44 sowohl mit dem Kanal 42 als auch mit der Arbeitskammer 36 strömungs­ verbunden. In der Kammer 44 ist ein Stufen-Entlastungskolben 46 angeordnet, wel­ cher axial in eine offene oder geschlossene Position verstellbar ist. Der Kolben 46 wird hier als Stufen-Entlastungskolben bezeichnet, weil er ein Teil der zweiten Entla­ stungsvorrichtung ist, welche den Schraubenverdichter 10 auf eine stufenweise Art entlastet. Die Stellung des Stufen-Entlastungskolbens 46 wird mit Hilfe eines unter Druck stehenden Gases oder Fluids beeinflußt. Hierzu kann das Gas oder Fluid über einen Kanal 48 in die Kammer 44 sowie aus der Kammer 44 herausströmen. Der Kanal 48 wird, wie die Kammer 44, durch das Lagergehäuse 14 begrenzt und ermöglicht so die Verwirklichung des Merkmals einer stufenweisen, hier dem Schraubenrotor 20 zugeordneten Entlastung.

Ist nun der Stufen-Entlastungskolben 46 in der offenen Stellung, wie dies in Fig. 2 dargestellt ist, so wird eine bestimmte der in der Arbeitskammer 36 gebildeten Druck­ taschen mit einem unter Ansaugdruck stehenden Bereich "kurzgeschlossen". Hier ist die entsprechende Drucktasche mit der Ansaugöffnung 34 über die Kammer 44 und den Kanal 42 strömungsverbunden. Dies erfolgt nachdem durch die Drehung des Schraubenrotors 20 die Ansaugöffnung 34 zum Ansaugende der Arbeitskammer 36 hin verschlossen ist. In der bevorzugten Ausführungsform liegt die Drucktasche, wel­ che durch die Kammer 44 und den Kanal 42 entlastet wird, nahe an der Auslaßöff­ nung 40 der Arbeitskammer 36.

In seiner geschlossenen Stellung bildet der Stufen-Entlastungskolben 46, wie dies in Fig. 4 dargestellt ist, einen Teil der Hochdruck-Endwandung 38 der Arbeitskammer 36. Der Stufen-Entlastungskolben 46 stößt an das Rotorgehäuse 12. Die dem Ausla­ ßende der Arbeitskammer 36 zugewandte ebene Endfläche des Schraubenrotors 20 steht flächenweise nahezu in Kontakt mit dem Stufen-Entlastungskolben 46. In der geschlossenen Stellung verhindert der Stufen-Entlastungskolben 46 eine Strömung zwischen der Arbeitskammer 36 und dem Kanal 42. Hierbei erzeugt er kein rück-ex­ pandierendes Volumen, da die ebene Fläche des Stufen-Entlastungskolbens 46 sich nahezu in Kontakt mit der ebenen Endfläche des Schraubenrotors 20 befindet.

Die Fig. 1, 3, 5 und 6 zeigen die dem Schraubenrotor 18 zugeordnete erste Entla­ stungsvorrichtung. Das Rotorgehäuse 12 begrenzt eine zylindrische Gehäuseboh­ rung 50, welche - ähnlich wie der dem Schraubenrotor 20 zugeordnete Kanal 42 - mit der Ansaugöffnung 34 strömungsverbunden ist. Die zylindrische Gehäusebohrung 50 kann auch mit jedem anderen unter Ansaugdruck stehenden Bereich des Schrau­ benverdichters 10 verbunden sein. Das Rotorgehäuse 12 weist eine Serie von Öff­ nungen 52 auf, welche mit der Gehäusebohrung 50 und der Arbeitskammer 36 strö­ mungsverbunden sind. Innerhalb der Gehäusebohrung 50 ist ein Entlastungskolben 54 angeordnet. Der Kolben 54 wird hier als Entlastungskolben bezeichnet, weil er zu der ersten Entlastungskolbenvorrichtung gehört, welche dem im Sinne einer Patrize ausgebildeten Schraubenrotor 18 zugeordnet ist und den Schraubenverdichter auf eine stufenlose Art entlasten kann. Der Entlastungskolben 54 weist einen vergrößer­ ten Abschnitt 56, auf, welcher in einer Kammer 58 angeordnet ist. Die Kammer 58 wird durch das Lagergehäuse 14 begrenzt. Es wird später noch beschrieben, daß der Entlastungskolben 54 in der Gehäusebohrung 50 axial verstellbar ist. Die Versetzung des Entlastungskolbens 54 ist steuerbar und derart präzise möglich, daß keine oder jede der Öffnungen 52 verschlossen ist. Auch jede beliebige Stellung des Entla­ stungskolbens 54 zwischen diesen beiden Stellungen ist möglich, so daß nur be­ stimmte Öffnungen 52 (auch nur teilweise) offen und verschlossen sind.

Die Öffnungen 52 sind in den Fig. 5 und 6 anschaulicher dargestellt. Die Öffnungen 52 sind im allgemeinen als verlängerte axial verlaufende krummlinige Schlitze ausge­ führt, welche durch die Wandung der Arbeitskammer 36 begrenzt werden. Die Öff­ nungen 52 sind so angeordnet, daß sie sich - in axialer Richtung gesehen - wirksam überlappen. Hierbei ist wichtig, daß so ein zusammenhängender Entlastungs-Strö­ mungsweg aus dem Bereich des Schraubenrotors 18 der Arbeitskammer 36 in die Ge­ häusebohrung 50 gebildet wird. Hierdurch ist eine stufenlose Steuerung der Leistung des Schraubenverdichters 10 entlang dieses Entlastungs-Strömungsweges gewährlei­ stet. Dies ist für eine stufenlose Entlastung (Leistungsanpassung) des Schraubenver­ dichters 10 wesentlich. Die Länge dieses Entlastungs-Strömungsweges wird durch die Stellung des Entlastungskolbens 54 innerhalb der Gehäusebohrung 50 bestimmt, wodurch dann folglich die Leistung des Schraubenverdichters 10 ebenso festgelegt ist.

In der bevorzugten Ausführungsform ist nun die dem Schraubenrotor 20 zugeord­ nete zweite Entlastungsvorrichtung zusätzlich zu der dem Schraubenrotor 18 zuge­ ordneten ersten Entlastungsvorrichtung angeordnet. Hierdurch werden in der bevor­ zugten Ausführungsform nur drei Öffnungen 52 benötigt, wodurch in vorteilhafter Weise das rück-expandierende Volumen verringert ist, welches mit der dem Schrau­ benrotor 18 zugeordneten ersten Entlastungsvorrichtung, welche den Schrauben­ verdichter stufenlos entlastet, einhergeht.

Aus den Fig. 6, 6a und 6b werden die Vorteile deutlich, wenn die den axialen Entla­ stungskolben 54 aufweisende erste Entlastungsvorrichtung nur dem Schraubenrotor 18 zugeordnet ist. Wie schon erwähnt, weist der im Sinne einer Patrize ausgebildete Schraubenrotor 18 relativ dicke und stumpfe Rippen auf, wohingegen der im Sinne einer Matrize ausgebildete Schraubenrotor 20, im Vergleich zum Schraubenrotor 18, nur relativ dünne und schmale Rippen aufweist. Fig. 6a zeigt deutlich, daß die relativ dicke und stumpfe Rippe 60 des Schraubenrotors 18 nur eine geringe Möglichkeit für eine Undichtigkeit zwischen den in der Arbeitskammer 36 benachbarten Druckta­ schen 36a und 36b zuläßt, wenn die Rippe 60 die Öffnung 52 überstreicht. Der Nachteil, die einen axialen Entlastungskolben 54 aufweisende erste Entlastungsvor­ richtung dem Schraubenrotor 20 zuzuordnen, ist in Fig. 6b dargestellt. Fig. 6b zeigt deutlich, daß aufgrund der schmalen Rippen des Schraubenrotors 20 die deutlich größere Möglichkeit gegeben ist, daß Gas aufgrund einer Undichtigkeit aus der Drucktasche 36b in die Drucktasche 36a entweichen kann, wenn eine schmale Rippe des Schraubenrotors 20 die Öffnung 52 überstreicht.

Durch die Fig. 7 und 8 werden die durch die Entlastungs-Anordnung erzielten Vor­ teile noch näher verdeutlicht. Fig. 7 zeigt schematisch die Entlastungsvorrichtungen und verdeutlicht die Unterschiede zwischen den Entlastungsvorrichtungen des Schraubenverdichters nach der Lehre der Erfindung und früheren Schraubenverdich­ tern, welche ausschließlich axiale Entlastungskolben-Anordnungen aufweisen. Es ist zu erkennen, daß die Sparren-ähnlichen Drucktaschen 36a, 36b und 36c über die Öffnungen 52 entlastet werden, welche zum Bereich der Arbeitskammer 36 hin offen sind, in welchem der Schraubenrotor 18 angeordnet ist. Die Drucktasche 36d wird über den Kanal 42 durch den in der offenen Stellung stehenden Stufen-Entlastungs­ kolben 46 in dem Bereich der Arbeitskammer entlastet, in welchem der Schraubenro­ tor 20 angeordnet ist. Die Drucktasche 36d ist näher an dem Auslaßende des Schrau­ benverdichters als die übrigen Drucktaschen 36a, 36b und 36c. Folglich ist das Vo­ lumen in der Drucktasche 36d bedeutend geringer und der Druck bedeutend höher als in den Drucktaschen 36a, 36b und 36c.

Aus Fig. 8 ist ersichtlich, daß wenn der Schraubenverdichter 10 mit größter Leistung arbeitet, der Verdichtungsprozeß im Punkt A beginnt, nämlich wenn die entspre­ chende Drucktasche ein maximales Volumen aufweist, d. h. wenn die Drucktasche 36a sich in der Stellung befindet, die in Fig. 7 dargestellt ist. Befindet sich der dem Schraubenrotor 18 zugeordnete Entlastungskolben 54 in der vollständigen Entla­ stungs-Stellung, so sind alle Öffnungen 52 geöffnet und der Bereich der Arbeitskam­ mer 36, mit welchem die Öffnungen 52 strömungsverbunden sind, wird über die Ge­ häusebohrung 50 mit dem Ansaugbereich 32 strömungsverbunden oder "kurzge­ schlossen". Der Verdichtungsprozeß beginnt nicht vor dem Punkt B. Im Punkt B ist die Drucktasche zum Auslaßende des Schraubenverdichters hin verlagert und das Volumen der Drucktasche ist deutlich verringert. Dies ist der Fall, wenn die Tasche sich in der Stellung befindet, welche durch die Drucktasche 36d in Fig. 7 dargestellt ist. Der Verdichtungsvorgang verläuft dann vom Punkt B entlang der Leistungs­ kurve, welche schematisch in Fig. 8 dargestellt ist.

Es ist ersichtlich, daß die Leistungsanpassung des Schraubenverdichters auf eine stu­ fenlose Art zwischen den Punkten A und B durch die Verstellung des Entlastungs­ kolbens 54 gesteuert werden kann. Auf eine stufenlose Art bedeutet hier, daß der Verdichtungsprozeß an jeder Stelle/bei jedem Volumen (zwischen den Punkten A und B) beginnen kann. Die Leistungsanpassung des Schraubenverdichters kann dann den Anforderungen entsprechend dadurch abgestimmt werden, daß der Beginn des Verdichtungsprozesses zwischen den Punkten A und B entsprechend gewählt wird. Um den Schraubenverdichter 10 vollständig zu entlasten, wird der Stufen-Ent­ lastungskolben 46 geöffnet, so daß die Drucktasche 36d mit dem Ansaugbereich 32 über den Kanal 42 strömungsverbunden ist und der Verdichtungsprozeß nicht vor dem Punkt C beginnt. Eine Verdichtung tritt dann nur noch innerhalb der Druckta­ sche 36e auf, welche im Vergleich zu den anderen Drucktaschen ein relativ kleines Volumen aufweist und in welcher der Druck bedeutend höher ist.

Frühere Schraubenverdichter weisen Entlastungs-Anordnungen auf, wobei hier axiale Entlastungskolben und eine Serie von Entlastungs-Öffnungen dem Gegen­ stand der Erfindung ähneln. Bei den früheren Anordnungen ist im allgemeinen für jede Drucktasche mindestens eine Entlastungs-Öffnung vorgesehen, um diese Druck­ tasche zu entlasten. Die erfindungsgemäße Anordnung weist hingegen nur drei sol­ cher Öffnungen auf, wobei diese Öffnungen den näher zur Ansaugseite der Arbeits­ kammer 36 liegenden Drucktaschen zugeordnet sind (eine Öffnung 52 ist jeweils ei­ ner der Drucktaschen 36a, 36b und 36c zugeordnet, vgl. Fig. 7).

Aus Fig. 8 ist ersichtlich, daß bei Beginn des Verdichtungsprozesses der Druck in ei­ ner Drucktasche bei einer relativ großen Verringerung des Volumens nur leicht steigt. Der entscheidende große Druckanstieg tritt an einem Punkt auf, an dem die Druckta­ sche (schon nahe) zu dem Auslaßende der Arbeitskammer hin verlagert worden ist. Da der Druck innerhalb einer Drucktasche nur sehr stark ansteigt, wenn sich die Drucktasche kurz vor der Auslaßöffnung befindet, ist es ersichtlich, daß die Existenz einer Entlastungs-Öffnung 52a, welche mit der Drucktasche 36d, wie in Fig. 7 darge­ stellt, strömungsverbunden ist - wie dies bei früheren Anordnungen im allgemeinen der Fall war -, Nachteile mit sich bringt. Hierdurch wird nämlich ein rück-expandieren­ des Volumen erzeugt, wodurch sich der Wirkungsgrad des Schraubenverdichters verringert. Dieser Rück-Expansionseffekt ist bei der Entlastungs-Öffnung 52a deutli­ cher ausgeprägt als bei den Entlastungs-Öffnungen, welche nicht so nahe an dem Auslaßende der Arbeitskammer angeordnet sind.

Die nicht so nahe an der Auslaßöffnung der Arbeitskammer angeordneten Entla­ stungs-Öffnungen weisen relativ kleine Rück-Expansionseffekte auf, d. h. hier ent­ stehen geringe rück-expandierende Volumina und dadurch bedingt eine nur geringe Verringerung des Wirkungsgrades des Schraubenverdichters. Dies liegt daran, weil die nicht so nahe an dem Auslaßende der Arbeitskammer angeordneten Öffnungen mit Drucktaschen strömungsverbunden sind, welche einen relativ geringeren Druck und ein größeres Volumen aufweisen. Dadurch, daß die dem Auslaßende der Arbeits­ kammer nächstliegende Entlastungs-Öffnung oder die nächstliegenden Entlastungs- Öffnungen, die bei früheren axialen Entlastungskolben-Anordnungen üblich waren, insbesondere durch die Anordnung eines Stufen-Entlastungskolbens eliminiert wird bzw. werden, wird das Entstehen der sehr kritischen rück-expandierenden Volumina bei dem Gegenstand der Erfindung verhindert. Diese bei früheren Entlastungskolben- Anordnungen üblichen rück-expandierenden Volumina bringen eine Verringerung des Wirkungsgrades von näherungsweise 5% mit sich, wobei im Endeffekt diese Ver­ ringerung des Wirkungsgrades durch die dem Auslaßende der Arbeitskammer nahe­ liegende Entlastungs-Öffnung bzw. naheliegenden Entlastungs-Öffnungen, wie sie bei früheren Anordnungen üblich waren, verursacht wird.

Die Anordnung nach der Lehre der Erfindung gewährleistet eine stufenlose Lei­ stungsanpassung des Schraubenverdichters in einem ersten großen und sehr kriti­ schen Leistungsbereich und eine stufenweise Leistungsanpassung in einem zweiten Leistungsbereich seines gesamten Leistungsbereiches. Es ist vorteilhaft, daß die Ent­ lastungselemente einen im allgemeinen zylindrischen Aufbau aufweisen und inner­ halb zylindrischer Bohrungen bewegbar sind, welche axial verlaufen. Hierdurch können die Entlastungselemente selber sehr einfach und billig hergestellt werden, wie auch die Herstellung der axial verlaufenden zylindrischen Kanäle und Bohrungen einfach zu bewerkstelligen ist, in welchen sich die Entlastungselemente zur Erfüllung ihrer Funktion bewegen.

Zusätzlich entfällt für die voneinander getrennten Entlastungsvorrichtungen (für den Stufen-Entlastungskolben 46 und den Entlastungskolben 54) die Herstellung einer gekrümmten Oberfläche, wie dies bei früheren Anordnungen nötig war. Die dem Schraubenrotor 20 zugeordnete zweite Entlastungsvorrichtung weist nämlich einen Stufen-Entlastungskolben 46 mit einer ebenen Endfläche auf. Ist der Stufen-Entla­ stungskolben 46 in der geschlossenen Stellung, so steht diese ebene Fläche des Stu­ fen-Entlastungskolbens 46 nahezu in Kontakt mit der ebenen Endfläche des Schrau­ benrotors 20. Die dem Schraubenrotor 18 zugeordnete erste Entlastungsvorrichtung weist einen zylindrischen Entlastungskolben 54 auf, welcher innerhalb einer von den Schraubenrotoren 18, 20 entfernten zylindrischen Gehäusebohrung 50 bewegbar ist. Es ist bekannt, daß Schieberventil-Anordnungen und bestimmte Arten von Stufen- Entlastungselementen die Herstellung einer gekrümmten Oberfläche zur Folge hat, welche nur sehr geringe Toleranzen zu dem äußeren Profil der Schraubenrotoren aufweisen darf. Wird dennoch ein Stufen-Entlastungselement mit ebenen Flächen eingesetzt, so führt dies zur Erzeugung eines rück-expandierenden Volumens und/oder eines Undichtigkeits-Strömungsweges, wodurch der Wirkungsgrad des Schraubenverdichters herabgesetzt wird. In diesem Fall steht dann das Stufen-Entla­ stungselement flächenweise nicht nahezu in Kontakt mit dem entsprechenden Schraubenrotor. Im Ergebnis führt die gemischte Entlastungs-Anordnung nach der Lehre der Erfindung zu einem Wirkungsgrad und einer Flexibilität, welche bisher bei Schraubenverdichtern mit geringer Leistung nicht bekannt war, insbesondere nicht bei zwei oder mehr in einem System mit geringer Leistung angeordneten Schrauben­ verdichtern.

Es ist schon erwähnt worden, daß durch die Stellung des Entlastungskolbens 54 die Anzahl und die Größe der verschlossenen Entlastungs-Öffnungen 52 bestimmt wird. Hierdurch wird die Größe des Bereiches der Arbeitskammer 36, in welchem der Schraubenrotor 18 angeordnet ist, welcher mit der Ansaugöffnung 34 über die Ge­ häusebohrung 50 strömungsverbunden ist, festgelegt. Der dem Schraubenrotor 18 zugeordnete Entlastungskolben 54 wird vorzugsweise hydraulisch betätigt. Denkbar sind aber auch andere geeignete Arten der Betätigung oder der Steuerung des Entla­ stungskolben 54.

In der bevorzugten Ausführungsform ist die im Lagergehäuse 14 angeordnete Kam­ mer 58 über einen Kanal 62 mit einer hydraulischen Energiequelle verbunden. In die­ sem Fall wird mit unter Druck stehendem Öl gearbeitet. Im Kanal 62 ist ein Magnet­ ventil 64 angeordnet. Ebenso ist die Kammer 58 mit einem Kanal 66, in welchem ein Magnetventil 68 angeordnet ist, strömungsverbunden. Strömt nun unter Druck ste­ hendes Öl durch das Magnetventil 64, während das Magnetventil 68 geschlossen ist, so verursacht dies eine Bewegung des Entlastungskolbens 54 in Richtung auf das Ansaugende 26 des Schraubenverdichters 10. Hierdurch werden zusätzlich Ent­ lastungs-Öffnungen 52 verschlossen, wodurch der Schraubenverdichter 10 belastet wird (nämlich die Leistung des Schraubenverdichters 10 erhöht wird).

Bei der Bewegung des Entlastungskolbens 54 entgegengesetzt zum Ansaugende 26 des Schraubenverdichters 10, wird der Schraubenverdichter 10 entlastet (nämlich die Leistung des Schraubenverdichters 10 reduziert). Hierzu ist die Kam­ mer 58 mit einem unter Auslaßdruck stehenden Bereich des Schraubenverdichters 10 strömungsverbunden. Diese Strömungsverbindung wird in der bevorzugten Aus­ führungsform mit Hilfe eines Kanals 70 ermöglicht. Der Kanal 70 verbindet einen Be­ reich der Auslaßöffnung 40 mit dem Bereich der Kammer 58, welcher der hydraulisch betriebenen Seite des vergrößerten Abschnittes 56 des Entlastungskolbens 54 ge­ genüberliegt.

Da nun die Seite des vergrößerten Abschnittes 56 des Entlastungskolbens 54, welche der hydraulisch betätigten Seite gegenüberliegt, dem Auslaßdruck ausgesetzt ist, kann im Betrieb des Schraubenverdichters 10 der Entlastungskolben 54 wie folgt ge­ steuert werden. Ist das Magnetventil 64 geschlossen und das Magnetventil 68 ge­ öffnet, so wird der Entlastungskolben 54 aufgrund des unter Auslaßdruck stehenden durch den Kanal 70 strömenden Gases so bewegt (in Fig. 5 nach rechts), daß hier­ durch der Schraubenverdichter 10 entlastet wird. Ist das Magnetventil 68 offen, so wird der Schraubenverdichter 10 dadurch entlastet, daß ein Teilbereich der Arbeits­ kammer 36 zu einem unter Ansaugdruck stehenden Bereich hin entlüftet wird. Es ist auch denkbar, daß der Entlastungskolben 54 durch einen elektrischen Schrittmotor angetrieben wird. Der Einsatz eines Schrittmotors kann im Gegensatz zu einem hydraulischen Antrieb dann vorteilhaft sein, wenn eine exakte Steuerung und Be­ stimmung der Position notwendig ist. Dies ist abhängig von dem zum Einsatz kom­ menden Steuerungsmechanismus, bzw. Steuerelementen.

In ähnlicher Weise wird die dem Schraubenrotor 20 zugeordnete zweite Entla­ stungsvorrichtung gesteuert. Hierzu wird auf die Fig. 2, 3 und 4 verwiesen. Der Stu­ fen-Entlastungskolben 46 steht hier in der geschlossenen Stellung (vgl. Fig. 4). In dieser Stellung wird er mit Hilfe vom unter Auslaßdruck stehenden Gas positioniert, welches durch den Kanal 48 in die Kammer 44 gelangt. Zur Steuerung des Gasstro­ mes ist hier ein Magnetventil 72 vorgesehen. Ist das Magnetventil 72 geöffnet, so wird die Kammer 44 über den Kanal 48 und einen Kanal 74, welcher mit dem An­ saugbereich des Schraubenverdichters 10 strömungsverbunden ist, entlüftet. Hier­ durch gelangt dann der Stufen-Entlastungskolben 46 in die offene Stellung. In der bevorzugten Ausführungsform ist der Kanal 74 sowohl durch das Rotorgehäuse 12 als auch durch das Lagergehäuse 14 begrenzt.

Bei Betrieb des Schraubenverdichters 10 wirkt nun das sich im Bereich des Schrau­ benrotors 20 befindende Gas der Arbeitskammer 36 auf den Stufen-Entlastungskol­ ben 46 und drückt diesen in die offene Stellung, wenn der Kanal 48 mit Hilfe des Ka­ nales 74 zum Ansaugbereich hin entlüftet wird. Das Magnetventil 72 ist so ausge­ führt, daß wenn der Kanal 48 über den Kanal 74 mit dem Ansaugbereich strömungs­ verbunden ist, ein Kanal 76 verschlossen ist. Über dem Kanal 76 kann der Kammer 44 unter Auslaßdruck stehendes Gas zugeführt werden, um den Stufen-Entlastungskol­ ben 46 in die geschlossene Stellung zu verbringen. In dieser Ausführungsform ist das Magnetventil 72 als ein Drei-Wege-Ventil ausgeführt. Denkbar ist auch eine Anord­ nung von einem Zwei-Wege-Ventil oder mehreren Zwei-Wege-Ventilen und einer entsprechenden Anordnung von Kanälen im Rotorgehäuse.

Fig. 9 zeigt die schematische Darstellung einer Kälteanlage 100, in welcher zwei Schraubenverdichter 102 und 104 nach der Lehre der Erfindung angeordnet sind. Jeder der beiden Schraubenverdichter 102 und 104 betreibt hier jeweils einen Kühl­ kreislauf. Aus den Schraubenverdichtern 102 und 104 strömt auf Auslaßdruck ver­ dichtetes Kältemittelgas, in welchem Öl enthalten ist, in entsprechende Ölabscheider 106 und 108. Von hieraus strömt dann das verdichtete Kältemittelgas, welches vom Öl befreit ist, in die entsprechenden Verflüssiger 110 und 112. Hiernach wird das nun verflüssigte Kältemittel entsprechenden Expansionsventilen 114 und 116 zugeführt bevor es dann in den Verdampfer 118 gelangt. Hier erfährt das Kältemittel dann einen Wärmeaustausch mit einem Arbeitsmedium. Dies kann z. B. Wasser sein, welches ge­ kühlt werden muß, um ein Gebäude zu klimatisieren oder welches in einem Industrie­ prozeß benötigt wird.

Das Wasser strömt in den Verdampfer 118 durch eine Rohrleitung 120 und verläßt den Verdampfer 118 durch eine Rohrleitung 122. Das durch die Rohrleitung 122 den Verdampfer 118 verlassende Wasser ist, aufgrund des stattfindenden Wärmeaustau­ sches mit dem Kältemittel, gekühlt. Nachdem der im Verdampfer 118 stattfindende Wärmeaustausch zwischen dem Wasser und dem Kältemittel stattgefunden hat, wird das Kältemittel in den Kühlkreisläufen 124 und 126 über Rohrleitungen 128 und 130 dem Ansaugende der entsprechenden Schraubenverdichter zugeführt. Wie schon erwähnt, kühlt das Kältemittel dann die Motoren der Schraubenverdichter. Obwohl hier zwei voneinander unabhängige Kühlkreisläufe 124 und 126 dargestellt sind, ist es offensichtlich, daß mehrere Schraubenverdichter in einer Kälteanlage angeordnet sein können, welche nur einen einzigen Kühlkreislauf aufweist. Denkbar wäre also auch die Anordnung von einem Schraubenverdichter oder mehreren Schraubenver­ dichtern nach der Lehre der Erfindung in einer Kälteanlage mit nur einem Kühlkreis­ lauf.

Um die gewünschte Temperatur des den Verdampfer 118 durch die Rohrleitung 1 22 verlassenden Wassers aufrechtzuerhalten, muß die Leistung der Schraubenverdichter 102 und 104 entsprechend der Kühlbelastung gesteuert werden, welcher das Wasser und folglich die Kälteanlage 100 ausgesetzt sind. Unter dem Gesichtspunkt der Ge­ währleistung einer präzisen Steuerung der Temperatur des den Verdampfer 118 ver­ lassenden Wassers und unter dem Gesichtspunkt der Kühlung des Wassers auf eine energiesparende Weise muß die Leistungsanpassung der Schraubenverdichter 102 und 104 entsprechend der auf die Kälteanlage 100 tatsächlich wirkenden Kühlbela­ stung entsprechend gesteuert werden. Dies bedeutet, daß die Schraubenverdichter 102 und 104 nur in einem wirklich benötigten Umfang belastet werden. Dadurch, daß die Schraubenverdichter 102 und 104 nicht mehr im vollen Umfang, sondern nur noch entsprechend der auf die Kälteanlage 100 wirkenden tatsächlichen Kühlbela­ stung belastet werden, wird der von den Motoren benötigte elektrische Strom, wel­ che die Schraubenverdichter 102 und 104 antreiben, minimiert. Hierdurch wird nicht nur der Steuerungsprozeß für den das gekühlte Wasser benötigenden Endverbrau­ cher erleichtert, sondern auch der gesamte energetische Wirkungsgrad des Systems bzw. der Kälteanlage verbessert.

Aus Fig. 10 ist die Anpassungsfähigkeit von Schraubenverdichtern, welche die erfin­ dungsgemäße Entlastungs-Anordnung aufweisen ersichtlich. Fig. 10 verdeutlicht nun die Anpassungsfähigkeit von zwei in einer Kälteanlage, so wie diese in Fig. 9 darge­ stellt ist, angeordneten erfindungsgemäßen Schraubenverdichtern.

So lange nicht die Notwendigkeit zur Kühlung eines Gebäudes oder eines Industrie­ prozesses besteht und daher die Kälteanlage 100 keine Kühlleistung erbringen muß, so lange werden die Kälteanlage 100 und die Schraubenverdichter 102 und 104 nicht betrieben. Dies ist in Fig. 10 durch die zwischen den Zeitpunkten T₀ und T₁ be­ grenzte Zeitspanne dargestellt. Ist nun eine Kühlung erforderlich, so wird der erste Schraubenverdichter in der Kälteanlage 100 angetrieben. Hierbei ist die den Stufen- Entlastungskolben 46 aufweisende zweite Entlastungsvorrichtung und die den Ent­ lastungskolben 54 aufweisende erste Entlastungsvorrichtung vollständig geöffnet. Der erste Schraubenverdichter wird daher anfänglich in einem für ihn größtmöglichen Umfang entlastet betrieben.

An dieser Stelle muß erwähnt werden, daß Schraubenverdichter, auch wenn sie voll­ ständig durch eine Entlastungsvorrichtung entlastet sind, eine geringe bestimmte Verdichtungsleistung erzeugen. Dies ist im allgemeinen bei dem Antrieb von Schrau­ benverdichtern, welche entlastet werden können, der Fall. Folglich wird, wenn einer der in der in Fig. 9 dargestellten Kälteanlage angeordneten Schraubenverdichter 102, 104 angetrieben wird, auch wenn der Schraubenverdichter vollständig entlastet ist, eine geringe bestimmte Kühlleistung durch die Kälteanlage 100 erzeugt.

Die Kälteanlage 100 weist eine System-Steuereinheit 128 auf, welche jeweils mit dem Magnetventil 64 und dem Magnetventil 68 der entsprechenden Schraubenverdichter 102 und 104 verbunden ist (vgl. Fig. 9). Das Magnetventil 64 und das Magnetventil 68 sind jeweils der ersten Entlastungsvorrichtung zugeordnet, welche jeweils dem im Sinne einer Patrize ausgebildeten Schraubenrotor der entsprechenden Schrauben­ verdichter 102 und 104 zugeordnet ist und den entsprechenden Schraubenverdichter auf eine stufenlose Art entlasten kann. Zusätzlich ist die System-Steuereinheit 128 mit jeweils einem Magnetventil 72 der entsprechenden Schraubenverdichter 102 und 104 verbunden. Das Magnetventil 72 ist jeweils der dem im Sinne einer Matrize aus­ gebildeten Schraubenrotor zugeordneten zweiten Entlastungsvorrichtung der ent­ sprechenden Schraubenverdichter 102 und 104 zugeordnet, welche den entspre­ chenden Schraubenverdichter auf eine stufenweise Art entlasten kann. Durch die Sy­ stem-Steuereinheit 128 kann die Steuerung der Entlastungsvorrichtungen der ent­ sprechenden Schraubenverdichter durchgeführt werden.

Es ist wichtig zu erwähnen, daß die in Fig. 10 dargestellten ablaufenden Verfahrens­ schritte zur Steuerung der Leistung einer Kälteanlage nur näherungsweise und bei­ spielhaft dargestellt sind. Diese können entsprechend der spezifischen Ausgestaltung eines Schraubenverdichters, der in einem solchen System eingesetzt ist, variieren. Ebenso beziehen sich die in Fig. 10 dargestellten Verfahrensschritte auf den Einsatz von zwei Schraubenverdichtern mit gleicher Leistungskapazität. Es ist offensichtlich, daß auch Schraubenverdichter mit ungleicher Leistungskapazität in einer solchen Anlage eingesetzt werden können, so daß dann bei der Leistungsanpassung dieser Schraubenverdichter Verfahrensschritte erfolgen, welche sich von den in Fig. 10 dar­ gestellten Verfahrensschritten unterscheiden. Natürlich ist die Darstellung in Fig. 10 hier nur beispielhaft und es können in einer Kälteanlage auch mehr als zwei Schrau­ benverdichter eingesetzt werden.

Zur Erklärung der Fig. 10 wird nun auf alle Zeichnungen Bezug genommen. Zusätz­ lich wird angenommen, daß die Schraubenverdichter 102 und 104 näherungsweise bei deren Antrieb eine Minimalleistung (Teillast) von 1/3 ihrer Gesamtleistung aufwei­ sen. Weiterhin wird angenommen, daß die Entlastungsvorrichtungen, welche den entsprechenden Schraubenrotoren zugeordnet sind, zusätzlich eine Leistungsanpas­ sung (Entlastung oder Belastung) der entsprechenden Schraubenverdichter um je­ weils ein Drittel ihrer Leistungskapazität gewährleisten. Folglich ist ein erster der Schraubenverdichter 102 und 104 bei Aufnahme des Betriebes näherungsweise zu einem Drittel belastet. Folglich erreicht die Kühlleistung der Kälteanlage näherungs­ weise ein Sechstel ihrer Gesamtleistung.

Steigt nun die Kühlbelastung der Anlage und kann diese nicht mehr von dem voll­ ständig entlasteten Schraubenverdichter gedeckt werden, dargestellt durch den Zeit­ punkt T₂, so wird die den Stufen-Entlastungskolben 46 aufweisende zweite Entla­ stungsvorrichtung, welche dem im Sinne einer Matrize ausgebildeten Schraubenrotor des ersten angetriebenen Schraubenverdichters zugeordnet ist, geschlossen. Zum Zeitpunkt T₂ arbeitet dann der erste angetriebene Schraubenverdichter mit einer Lei­ stung die zwei Drittel seiner Gesamtleistung entspricht. Folglich arbeitet die Kältean­ lage 100 mit einer Leistung von einem Drittel ihrer möglichen Gesamtleistung.

Wenn nun die Kühlbelastung der Kälteanlage weiter ansteigt, wenn also die Kältean­ lage eine größere Kühlleistung erbringen muß (hier dargestellt durch den Anstieg zwischen den Zeitpunkten T₂ und T₃), so belastet die den Entlastungskolben 54 aufweisende und dem im Sinne einer Patrize ausgebildeten Schraubenrotor zugeord­ nete erste Entlastungsvorrichtung den Schraubenverdichter auf eine stufenlose Art und Weise, wenn es erforderlich ist, bis zum Zeitpunkt T₃. Zum Zeitpunkt T₃ arbeitet der erste angetriebene Schraubenverdichter voll belastet. Folglich erzeugt die Käl­ teanlage eine Kühlleistung von 50%. Die den Entlastungskolben 54 aufweisende er­ ste Entlastungsvorrichtung ist so einstellbar, daß die Kälteanlage jede beliebige zwi­ schen den Zeitpunkten T₂ und T₃ dargestellte erforderliche Kühlleistung erbringen kann.

Steigt die Kühlbelastung der Kälteanlage 100 weiter an, so wird der zweite der Schraubenverdichter 102 und 104 angetrieben. Wie schon erwähnt - wie schon für den ersten angetriebenen Schraubenverdichter anhand der Fig. 9 und 10 erklärt -, ar­ beitet der zweite angetriebene Schraubenverdichter mit einer Leistung von einem Drittel seiner Gesamtleistung. Wird nun der zweite Schraubenverdichter zwischen den Zeitpunkten T₃ und T₄ angetrieben und arbeitet mit einem Drittel seiner Gesamt­ leistung, so wird die den Entlastungskolben 54 aufweisende und dem im Sinne einer Patrize ausgebildeten Schraubenrotor zugeordnete erste Entlastungsvorrichtung des ersten angetriebenen Schraubenverdichters in ihre vollständige Entlastungs- Stellung bewegt, wodurch keine Änderung der Gesamt-Kühlleistung der Anlage auftritt.

Zum Zeitpunkt T₄ werden folglich zwei Schraubenverdichter angetrieben. Der an­ fänglich zuerst angetriebene Schraubenverdichter arbeitet mit einer Leistung von zwei Drittel seiner Gesamtleistung und die dem im Sinne einer Patrize ausgebildeten Schraubenrotor zugeordnete erste Entlastungsvorrichtung steht in der vollständig entlasteten oder offenen Stellung. Der zweite angetriebene Schraubenverdichter ar­ beitet völlig entlastet mit einer Leistung von einem Drittel seiner Gesamtleistung. Um einen Anstieg der Temperatur des gekühlten Wassers zu verhindern, wird der erste Schraubenverdichter nach dem Antrieb des zweiten Schraubenverdichters entlastet. Dies erfolgt auf eine sich so überlappende Art und Weise, daß ein kurzer Leistungsab­ fall der Anlage als Ergebnis der Entlastung des ersten und des Antriebs des zweiten Schraubenverdichters nicht auftritt.

Im allgemeinen steigt die Kühlleistung der Anlage nach Antrieb des zweiten Schrau­ benverdichters weiter an. In diesem Fall wird der zuerst angetriebene Schraubenver­ dichter vollständig belastet. Dies ist in Fig. 10 durch den stetigen Anstieg der Kühllei­ stung der Anlage zwischen den Zeitpunkten T₄ und T₅ dargestellt. Hierbei bewegt sich die den Entlastungskolben 54 aufweisende und dem im Sinne einer Patrize aus­ gebildeten Schraubenrotoren zugeordnete erste Entlastungsvorrichtung des zuerst angetriebenen Schraubenverdichters aus der vollständig offenen in die vollständig geschlossene Stellung. Beim Zeitpunkt T₅ arbeitet der zuerst angetriebene Schrau­ benverdichter vollständig belastet und der zweite angetriebene Schraubenverdichter vollständig entlastet.

Steigt nun die Kühlbelastung der Anlage weiter an, so wird die den Stufen-Entla­ stungskolben 46 aufweisende und dem im Sinne einer Matrize ausgebildeten Schraubenrotor zugeordnete zweite Entlastungsvorrichtung des zweiten angetriebe­ nen Schraubenverdichters geschlossen, wodurch der zweite angetriebene Schrau­ benverdichter belastet wird. Gleichzeitig wird die den Entlastungskolben 54 aufwei­ sende und dem im Sinne einer Patrize ausgebildeten Schraubenrotor zugeordnete er­ ste Entlastungsvorrichtung des ersten angetriebenen Schraubenverdichters voll­ ständig geöffnet, so daß der erste angetriebene Schraubenverdichter entlastet wird. Diese beiden Vorgänge erfolgen in einer sich überlappenden Art und Weise, um einen kurzen Leistungsabfall der Kälteanlage zu verhindern. Zum Zeitpunkt T₆ arbeiten folglich beide Schraubenverdichter mit einer Leistung von zwei Drittel ihrer Gesamt­ leistung. Hierbei stehen die den Entlastungskolben 54 aufweisenden und den im Sinne einer Patrize ausgebildeten Schraubenrotoren zugeordneten ersten Entla­ stungsvorrichtungen der entsprechenden Schraubenverdichter in der vollständig entlasteten oder offenen Stellung. Mit Hilfe der dem im Sinne einer Patrize ausgebil­ deten Schraubenrotoren zugeordneten ersten Entlastungsvorrichtungen der Schrau­ benverdichter kann nun die Kühlleistung der Anlage innerhalb der Zeitspannen T₆ bis T₇ und T₇ bis T₈ auf eine stufenlose Art von zwei Drittel auf die Gesamtleistung gesteigert werden. Hierdurch ist es nun möglich, die Leistung der Kälteanlage 100 auf eine stufenlose Art von näherungsweise einem Drittel ihrer Gesamtleistung bis hin zur Gesamtleistung abzustimmen (vgl. Fig. 10).

Es muß noch einmal hervorgehoben werden, daß die Darstellung in Fig. 10 hier nur beispielhaft ist. So ist eine unzählige Menge von Steuerungsschemata durch die ge­ mischte erfindungsgemäße Anordnung der Entlastungsvorrichtungen durch den Ein­ satz von zwei erfindungsgemäßen Schraubenverdichtern denkbar. Natürlich schwankt im allgemeinen die Kühlbelastung einer Kälteanlage und steigt im allgemei­ nen nicht gleichmäßig an, wie dies in Fig. 10 dargestellt ist. Durch diese Schwankun­ gen verändern sich folglich die Zeitspannen.

Es ist ersichtlich, daß die in einem Schraubenverdichter vorgesehene erfindungsge­ mäße Entlastungs-Anordnung eine größere Flexibilität des Schraubenverdichters ge­ währleistet. Der erfindungsgemäße Schraubenverdichter kann ohne eine bedeutsame mechanische Umgestaltung auch auf eine stufenweise Art mit zwei scharf getrennten "Leistungsstufen oder Leistungsschritten" entlastet (bzw. belastet) werden. Der er­ findungsgemäße Schraubenverdichter eignet sich daher zum Einsatz in Anlagen, wo die Kombination einer stufenlosen Entlastung und einer stufenweisen Entlastung vorteilhaft ist, oder zum Einsatz in Anlagen, wo nur eine zweistufige Entlastung er­ forderlich ist.

An dieser Stelle wird noch einmal darauf hingewiesen, daß der Entlastungskolben 54 durch die Anordnung von geeigneten Steuereinheiten und Sensoren in die vollstän­ dig belastete (geschlossene) und vollständig entlastete (offene) Stellung mit Hilfe ei­ ner geeigneten Steuerung der Ventile 64 und 68 bewegt werden kann (Fig. 5). Hier­ durch ist eine präzise und stufenlose Leistungssteuerung im oberen Leistungsbereich des Schraubenverdichters möglich. Es ist ersichtlich, daß die Steuerung der Ventile 64 und 68, um eine präzise Stellung des Entlastungskolbens 54 zu gewährleisten, die Anordnung von relativ komplexen und teuren Steuereinheiten erforderlich macht. Zusätzlich sind genaue Führungsgrößen und eine relativ komplexe Steuerungsstra­ tegie notwendig. Wie schon erwähnt, ist eine solche präzise Steuerung vorteilhaft und bei bestimmten Anwendungen sogar vorgeschrieben.

Bei anderen Anwendungen kann eine weniger ausgeklügelte Steuerung ausreichend sein. Es ist aber auch möglich, daß die Vorteile einer stufenlosen Leistungssteuerung im oberen Leistungsbereich des Schraubenverdichters nicht hinreichend groß genug sind, um die mit der Steuerung der Leistung des Schraubenverdichters auf eine stu­ fenlose Art verbundenen Kosten auszugleichen, so daß eine Leistungsanpassung des Schraubenverdichters auf eine zweistufige Art die bessere Lösung darstellt. Aber auch für solch eine Steuerung ist der Entlastungskolben 54 geeignet. Durch den Ge­ brauch einer relativ einfachen Steuerungsstrategie und weniger komplexen Steue­ rungskomponenten und Führungsgrößen kann der Entlastungskolben 54 dann nur in die vollständig belastete oder vollständig entlastete Stellung und in keine Stellung zwischen diesen beiden Stellungen bewegt werden. Bei der Anwendung solch einer Steuerungsstrategie wird aus dem Entlastungskolben 54 der dem im Sinne einer Pa­ trize ausgebildeten Schraubenrotor 18 zugeordneten ersten Entlastungsvorrichtung ein Stufen-Entlastungselement, ähnlich wie der dem im Sinne einer Matrize ausgebil­ deten Schraubenrotor 20 zugeordnete Stufen-Entlastungskolben 46. Hierdurch ist der Schraubenverdichter so gestaltet, daß eine Leistungsanpassung in zwei stufen­ weisen/sprunghaften Schritten möglich ist.

Diese Anpassungsfähigkeit bringt für den den Schraubenverdichter benutzenden Endverbraucher Vorteile mit sich. Dieser hat nun die Wahl zwischen verschiedenen Steuerungsschemata. Bei der Anwendung von zwei Schraubenverdichtern der glei­ chen Art ist die Anwendung von unterschiedlichen Steuerungsschemata für die Schraubenverdichter entsprechend einer bestimmten Situation möglich. Entspre­ chend der Situation kann nun ein entsprechendes Steuerungsschema und eine ent­ sprechende Anordnung der Schraubenverdichter gewählt werden. Der Endverbrau­ cher kann folglich Schraubenverdichter einsetzen, welche nur einen bestimmten me­ chanischen Aufbau aufweisen. Hierdurch reduziert sich die Lagerung von Ersatztei­ len für Schraubenverdichter unterschiedlicher Art und die Notwendigkeit der Samm­ lung von Erfahrungen für Schraubenverdichter unterschiedlicher Art.

Die Anwendung von Schraubenverdichtern der gleichen Art in unterschiedlichen Anwendungsbereichen bringt für den Hersteller entscheidende Vorteile mit sich. Hierdurch werden unter anderem die Kosten für den Lagerbestand, die Herstellung und die Dokumentation zur Anordnung solcher Schraubenverdichter verringert. Der erfindungsgemäße Schraubenverdichter bringt daher sowohl für den Hersteller als auch für den Benutzer entscheidende Vorteile mit sich. Die erfindungsgemäßen Schraubenverdichter weisen daher eine Anpassungsfähigkeit auf, welche im allge­ meinen nur durch wesentlich teurere und kompliziertere Schieberventilanordnungen, welche die Leistung eines Systems steuern, erreicht wird. Diese im allgemeinen bei Verdichtern verwendeten Schieberventil-Anordnungen können unter dem Gesichts­ punkt des Kostenfaktors mit der erfindungsgemäßen Entlastungs-Anordnung, insbe­ sondere zum Einsatz bei Schraubenverdichtern mit geringer Leistung, nicht konkur­ rieren.

Ein zusätzlicher Vorteil der erfindungsgemäßen Entlastungs-Anordnung ist in der den Entlastungskolben 54 aufweisenden ersten Entlastungsvorrichtung zu sehen. Hier­ durch kann die Gesamtlänge des Schraubenverdichters mit Entlastungsvorrichtungen früherer Schraubenverdichter verglichen, erheblich verringert werden. Aus den Fig. 5 und 7 geht deutlich hervor, daß die Entlastungs-Öffnungen 52 der den Entlastungs­ kolben 54 aufweisenden ersten Entlastungsvorrichtung axial und radial versetzt sind, wie bei dem aus der US 45 65 508 bekannten Schraubenverdichter. Die in Fig. 7 dargestellten Pfeile 200 zeigen die Versetzung der Entlastungs-Öffnun­ gen 52 in bezug zu den entsprechenden Drucktaschen, welche sie entlasten, im Ver­ gleich zu der früheren Anordnung von Entlastungs-Öffnungen. Die im Vergleich zu früheren Anordnungen versetzten Entlastungs-Öffnungen 52 haben unverändert die gleiche Wirkungsweise in einem Verdichtungsprozeß wie die frühere Anordnung von Entlastungs-Öffnungen.

Es ist ersichtlich, daß durch die Versetzung der Entlastungs-Öffnungen 52 die Länge des Entlastungskolbens 54 im Vergleich zu früheren Anordnungen verringert werden kann. Bei den früheren Anordnungen waren die Entlastungs-Öffnungen im allgemei­ nen zwischen den Schraubenrotoren angeordnet und/oder waren entlang der ge­ samten Länge und/oder am Ansaugende der Arbeitskammer verteilt. Dies bedeutet, daß in früheren einen axialen Entlastungskolben aufweisenden Entlastungsvorrich­ tungen der Entlastungskolben eine im wesentlichen gleiche Länge wie die Arbeits­ kammer aufweist.

Um eine Entlastung des Schraubenverdichters in einem maximalen Umfang zu er­ möglichen, muß der Entlastungskolben, welcher die Entlastung des Schraubenver­ dichters auf eine stufenlose Art gewährleistet, vollständig eingezogen werden, so daß hierdurch die Gesamtlänge des Schraubenverdichters bestimmt wird. Durch die erfin­ dungsgemäße Anordnung der Entlastungs-Öffnungen 52 ist nun eine Verringerung der Länge dieses Entlastungskolbens möglich, so daß hierdurch die gesamte Länge des Schraubenverdichters 10 ebenfalls verringert werden kann.

Die Verringerung der Länge des Entlastungskolbens 54 ist von weit aus größerer Be­ deutung als es vielleicht anfänglich erscheint. Zunächst bedeutet eine Verringerung der Länge des Entlastungskolbens 54 eine bedeutsame Einsparung an Material. Hierdurch verringert sich das Gewicht des Schraubenverdichters 10. Von Bedeutung ist auch, daß der Schraubenverdichter 10 zum Austausch mit in existierenden Anla­ gen angeordneten Verdichtern besonders gut geeignet ist, da er auch bei begrenzten Raumverhältnissen aufgestellt werden kann. Die relativ geringen Abmessungen des erfindungsgemäßen Schraubenverdichters, welche durch die Anordnung der Entla­ stungsvorrichtungen hervorgerufen werden, stellen einen besonderen Vorteil dar, insbesondere dann, wenn ein Verdichter in einer existierenden Anlage ausgetauscht werden muß oder bei der Anwendung von neuen Kühlsystemen, welche existierende Systeme oder Anlagen ersetzen.

Zusätzlich bringt die erfindungsgemäße Entlastungs-Anordnung einen weiteren Vor­ teil mit sich. Bei Schieberventil-Anordnungen betragen die Abstände zwischen den Schraubenrotoren und der gekrümmten Oberfläche des Schieberventils, welche mit den Schraubenrotoren zusammenwirkt, im allgemeinen ca. 0,127 mm. Dies stellt einen re­ lativ großen Undichtigkeits-Strömungsweg zwischen angrenzenden Drucktaschen dar. Dieser Abstand ist unabhängig von der Leistung eines Verdichters einer Schie­ berventil-Anordnung zu eigen. Es ist verständlich, daß der Funktionsnachteil, wel­ cher mit einem solchen Undichtigkeits-Strömungsweg verbunden ist, bei Verdichtern mit geringerer Leistung mehr zum Tragen kommt als bei Verdichtern mit größerer Lei­ stung.

Der Gegenstand der Erfindung zeigt die Möglichkeit auf, einen Schraubenverdichter auf eine stufenlose Art zu entlasten und dadurch die Leistung des Schraubenverdich­ ters zu steuern, ohne daß eine Schieberventil-Anordnung vorgesehen ist. So weisen die erfindungsgemäßen Schraubenverdichter ähnliche Vorteile wie Verdichter mit Schieberventil-Anordnungen auf und eliminieren zusätzlich die mit Schieberventil- Anordnungen einhergehenden nachteiligen Undichtigkeits-Strömungswege, welche Schieberventil-Anordnungen zu eigen sind. Hierzu wird noch einmal ausdrücklich auf den vorhergehenden Absatz verwiesen. Bei den erfindungsgemäßen Schrauben­ verdichtern können die zwischen den Schraubenrotoren und den Oberflächen der Arbeitskammer bestehenden Abstände auf ca. 0,0254 mm reduziert werden. Hier­ durch steigt die Leistungsfähigkeit solcher Schraubenverdichter, insbesondere von Schraubenverdichtern mit einer relativ geringen Gesamtleistung.

Claims (26)

1. Schraubenverdichter (10) mit einem eine Arbeitskammer (36) aufweisenden Ge­ häuse (12, 14) und mit einem ersten und einem zweiten in der Arbeitskammer (36) an­ geordneten Schraubenrotor (18, 20), wobei zur stufenlosen Steuerung der Leistung des Schraubenverdichters (10) eine erste Entlastungsvorrichtung vorgesehen ist und die erste Entlastungsvorrichtung ein in einer Gehäusebohrung (50) angeordnetes Entlastungselement aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß zur stufenweisen Steue­ rung der Leistung des Schraubenverdichters (10) zusätzlich eine, von der ersten un­ abhängige, zweite Entlastungsvorrichtung vorgesehen ist.

2. Schraubenverdichter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Entla­ stungselement der ersten Entlastungsvorrichtung als Entlastungskolben (54) ausge­ bildet ist und die zweite Entlastungsvorrichtung einen Stufen-Entlastungskolben (46) aufweist.

3. Schraubenverdichter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Schraubenrotor (18) im Sinne einer Patrize und der zweite Schraubenrotor (20) im Sinne einer Matrize ausgebildet ist und daß der Entlastungskolben (54) dem ersten Schraubenrotor (18) und der Stufen-Entlastungskolben (46) dem zweiten Schrauben­ rotor (20) zugeordnet ist.

4. Schraubenverdichter nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Schraubenverdichter (10) einen Ansaugbereich (32) und eine Auslaßöffnung (40) aufweist, daß der Entlastungskolben (54) axial bewegbar ist, daß die Gehäuseboh­ rung (50) sowohl mit dem Ansaugbereich (32) als auch über eine Mehrzahl von Öff­ nungen (52) mit der Arbeitskammer (36) strömungsverbunden ist, daß der Stufen- Entlastungskolben (46) in einer Kammer (44) angeordnet ist und daß die Kammer (44) sowohl mit dem Ansaugbereich (32) als auch mit der Arbeitskammer (36) strö­ mungsverbunden ist und daß die Strömung durch die Gehäusebohrung (50) bzw. durch die Kammer (44) wahlweise entsprechend durch den Entlastungskolben (54) bzw. den Stufen-Entlastungskolben (46) unterbrechbar ist.

5. Schraubenverdichter nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß Steuerelemente (64, 68) zur Positionierung des Entlastungskolbens (54) in der Gehäusebohrung (50), nämlich in einer offenen Stellung, in einer geschlossenen Stellung und in jeder beliebigen Stellung zwischen der offenen und geschlossenen Stellung, vorgesehen sind.

6. Schraubenverdichter nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß bei der offe­ nen Stellung alle Öffnungen (52) mit der Gehäusebohrung (50) strömungsverbunden sind und daß bei geschlossener Stellung keine Öffnung (52) mit der Gehäusebohrung (50) strömungsverbunden ist.

7. Schraubenverdichter nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Stufen-Entlastungskolben (46) in eine offene und eine geschlossene Stellung verstellbar ist und in der geschlossenen Stellung mit der Hochdruck-Endwandung (38) der Arbeitskammer (36) bündig abschließt.

8. Schraubenverdichter nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzahl der Öffnungen (52) zur Verbindung der Gehäusebohrung (50) und der Arbeitskammer (36) geringer als vier ist.

10. Schraubenverdichter nach einem der Ansprüche 2 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Entlastungskolben (54) hydraulisch betätigbar ist.

9. Schraubenverdichter nach einem der Ansprüche 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß jede der Öffnungen (52) eine sich in die Arbeitskammer (36) öffnende Vertiefung aufweist, daß die Vertiefung einer dieser Öffnungen (52) eine andere benachbarte Vertiefung dieser Öffnungen (52) wirkungsmäßig überlappt, so daß durch die Öff­ nungen (52) ein zusammenhängender Strömungsweg von der Arbeitskammer (36) zu der Gehäusebohrung (50) zur stufenlosen Steuerung der Leistung des Schrauben­ verdichters (10) gegeben ist.

11. Schraubenverdichter nach einem der Ansprüche 2 bis 10, dadurch gekennzeich­ net, daß der Stufen-Entlastungskolben (46) pneumatisch betätigbar ist.

12. Schraubenverdichter nach einem der Ansprüche 2 bis 11, dadurch gekennzeich­ net, daß die erste Entlastungsvorrichtung den Schraubenverdichter (10) in einem er­ sten (oberen) Leistungsbereich und die zweite Entlastungsvorrichtung den Schrau­ benverdichter (10) in einem vom ersten Leistungsbereich verschiedenen zweiten (unteren) Leistungsbereich ent- bzw. belastet und daß die Entlastungsvorrichtungen so zusammenwirken, daß eine Steuerung der Leistung des Schraubenverdichters (10) über den durch den ersten und den zweiten Leistungsbereich gebildeten gesamten Leistungsbereich gewährleistet ist.

13. Schraubenverdichter nach einem der Ansprüche 2 bis 12, dadurch gekennzeich­ net, daß ein Steuerelement (72) zur Positionierung des Stufen-Entlastungskolbens (46) vorgesehen ist.

14. Schraubenverdichter nach einem der Ansprüche 2 bis 13, dadurch gekennzeich­ net, daß die Schraubenrotoren (18, 20) und die Arbeitskammer (36) zusammenwirken und eine Mehrzahl von Drucktaschen (36a-36e) begrenzen, daß die erste Entla­ stungsvorrichtung betriebsfähig ist, eine Mehrzahl der Drucktaschen (36a-36c) zu entlasten, daß die zweite Entlastungsvorrichtung betriebsfähig ist, eine der Druckta­ schen (36d) zu entlasten und daß der Druck in der einen Drucktasche (36d) im Be­ trieb höher ist als der Druck in den anderen Drucktaschen (36a-36c).

15. Schraubenverdichter nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeich­ net, daß die erste Entlastungsvorrichtung ein Steuerelement zur alternativen Steue­ rung der Leistung des Schraubenverdichters (10) in dem ersten (oberen) Leistungsbe­ reich auf eine stufenlose oder eine stufenweise Art aufweist.

16. Schraubenverdichter nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß der Entla­ stungskolben (54) ausschließlich in eine offene oder in eine geschlossene Stellung und in keine Stellung zwischen der offenen und der geschlossenen Stellung verstell­ bar ist, daß bei der offenen Stellung alle Öffnungen (52) mit der Gehäusebohrung (50) strömungsverbunden sind und bei der geschlossenen Stellung keine Öffnung (52) mit der Gehäusebohrung (50) strömungsverbunden ist, so daß die erste Entlastungsvor­ richtung betriebsfähig ist, den Schraubenverdichter (10) im ersten (oberen) Lei­ stungsbereich ausschließlich auf eine stufenweise Art zu entlasten.

17. Schraubenverdichter nach einem der Ansprüche 2 bis 16, dadurch gekennzeich­ net, daß der Entlastungskolben (54) und der Stufen-Entlastungskolben (46) im we­ sentlichen parallel zur Arbeitskammer (36) axial bewegbar sind.

18. Schraubenverdichter nach einem der Ansprüche 4 bis 17, dadurch gekennzeich­ net, daß die Mehrheit der Öffnungen (52) näher am Auslaßende als am Ansaugende der Arbeitskammer (36) angeordnet sind.

19. Schraubenverdichter nach einem der Ansprüche 2 bis 18, dadurch gekennzeich­ net, daß der Entlastungskolben (54) durch einen Schrittmotor antreibbar ist.

20. Schraubenverdichter nach einem der Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeich­ net, daß der Schraubenverdichter (10) in einer Kälteanlage angeordnet ist.

21. Verfahren zur Steuerung der Leistung eines in einer Kälteanlage vorgesehenen Schraubenverdichters nach einem der Ansprüche 1 bis 19, gekennzeichnet durch fol­ gende Verfahrensschritte:

• - Stufenweise Erhöhung der Leistung des Schraubenverdichters (10) im unteren Leistungsbereich des Schraubenverdichters (10), wenn die Belastung der Käl­ teanlage und folglich für den Schraubenverdichter (10) zunimmt;
• - stufenlose Erhöhung der Leistung des Schraubenverdichters (10) im oberen - vom unteren Leistungsbereich verschiedenen - Leistungsbereich des Schrau­ benverdichters (10), wenn die Belastung der Kälteanlage und folglich für den Schraubenverdichter (10) weiter zunimmt;
• - stufenlose Reduzierung der Leistung des Schraubenverdichters (10) im oberen Leistungsbereich des Schraubenverdichters (10), wenn die Belastung der Käl­ teanlage und folglich für den Schraubenverdichter (10) zunimmt; und
• - stufenweise Reduzierung der Leistung des Schraubenverdichters (10) im unte­ ren Leistungsbereich des Schraubenverdichters (10), wenn die Belastung der Kälteanlage und folglich für den Schraubenverdichter (10) weiter abnimmt.

22. Verfahren nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß die Verfahrensschritte zur stufenlosen Erhöhung und stufenlosen Reduzierung der Leistung des Schrau­ benverdichters (10) jeweils den Schritt der entsprechenden Positionierung des Entla­ stungskolbens (54) in der von der Arbeitskammer (36) des Schraubenverdichters (10) entfernten Gehäusebohrung (50) aufweisen.

23. Verfahren nach Anspruch 21 oder 22, dadurch gekennzeichnet, daß die Verfah­ rensschritte zur stufenweisen Erhöhung und zur stufenweisen Reduzierung der Lei­ stung des Schraubenverdichters (10) jeweils den Schritt der entsprechenden Positio­ nierung des Stufen-Entlastungskolbens (46) aufweisen, nämlich in die geschlossene Stellung bei der Erhöhung der Leistung des Schraubenverdichters (10) und in die of­ fene Stellung bei Reduzierung der Leistung des Schraubenverdichters (10).

24. Verfahren zur Steuerung einer Kälteanlage (100) mit mindestens zwei Schrauben­ verdichtern nach einem der Ansprüche 1 bis 19, gekennzeichnet durch die folgenden Verfahrensschritte:

• - Antreiben eines ersten der Schraubenverdichter (102, 104);
• - Abstimmung der Leistung des ersten der Schraubenverdichter (102, 104) auf eine stufenweise und eine stufenlose Art entsprechend der Belastung der Käl­ teanlage (100);
• - Antreiben eines zweiten der Schraubenverdichter (102, 104); und
• - Abstimmung der Leistungen beider Schraubenverdichter (102, 104) auf eine stu­ fenweise und eine stufenlose Art entsprechend der Belastung der Kälteanlage (100).

25. Verfahren nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, daß der Verfahrensschritt der Abstimmung der Leistung des ersten Schraubenverdichters (102 bzw. 104) als er­ sten Schritt den Schritt der stufenweisen Leistungsanpassung des ersten Schrauben­ verdichters (102 bzw. 104) aufweist.

26. Verfahren nach Anspruch 24 oder 25, dadurch gekennzeichnet, daß der Verfah­ rensschritt der Abstimmung der Leistung beider Schraubenverdichter (102, 104) nach der stufenweisen Leistungsanpassung des ersten Schraubenverdichters (102 bzw. 104) den Schritt der Leistungsanpassung des ersten und des zweiten Schrau­ benverdichters (102, 104) aufweist, so daß eine Belastung der Kälteanlage auf eine stufenlose Art bis zur möglichen Gesamtleistung der Kälteanlage gewährleistet ist.