DE4294541C2 - Kühlgasleitungsmechanismus für einen Kolbenkompressor - Google Patents
Kühlgasleitungsmechanismus für einen KolbenkompressorInfo
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Description
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Kühlgas
leitungsmechanismus für einen Kolbenkompressor.
Für gewöhnlich ist ein Kolbenkompressor mit einer Mehrzahl
von Kolben ausgerüstet, von denen jeder sich entsprechend
der Drehbewegung einer Drehwelle hin- und herbewegt. Mit
der Hin- und Herbewegung wird Kühlgas in einen Kompressor
gesaugt und nach einer Kompression innerhalb des Kompres
sors nach außen befördert.
Für gewöhnlich hat ein Kolbenkompressor dieser Gattung ge
mäß Fig. 10 ein Gehäuse 52 in dem eine Ansaugkammer 50 und
eine Abgabekammer 51 ausgebildet sind. Eine Zylinderboh
rung 53 ist in einem Zylinderblock 54 ausgebildet. Eine
Ventilplatte 55 hat einen Ansauganschluß 55a und einen
Auslaßanschluß 55b darin ausgeformt. Eine Ansaugplatte 56
und eine Auslaßplatte 57 haben ein Ansaugventil 56a bzw.
ein Auslaßventil 57a. Die Ventilplatte 55 ist zwischen dem
Zylinderblock 54 und dem Gehäuse 52 angeordnet. Die An
saugplatte 56 und die Auslaßplatte 57 sind an sich gegen
überliegenden Seiten der Ventilplatte 55 angeordnet.
Wenn die Drehwelle 60 rotiert und ein Kolben 58 gemäß Fig.
10 nach links sich bewegt, wird das Ansaugventil 56a ela
stisch deformiert, wobei der Sauganschluß 55a geöffnet
wird, um ein Ansaugen von Kühlgas in der Ansaugkammer 50
über den Sauganschluß 55a in eine Arbeitskammer 59 in der
anschließenden Zylinderbohrung 53 zu erlauben. Verschiebt
sich der Kolben 58 nach Beendigung des Ansaugbetriebes
nach rechts, verschließt das Ansaugventil 56a den Ansaug
anschluß 55a. Steigt hierauf der Druck in der Arbeitskam
mer 59 auf oder über einen vorbestimmten Wert, deformiert
sich das Auslaßventil 57a elastisch, wobei der Auslaßan
schluß 55b geöffnet wird, um das komprimierte Kühlgas von
der Arbeitskammer 59 in die Auslaßkammer 51 über den Aus
laßanschluß 55b zu entlassen.
Ein Schmieröl ist für gewöhnlich mit dem Kühlgas gemischt,
welches an dem Ansaugventil 56a, etc. hängt. Wird dement
sprechend das Ansaugventil 56a elastisch deformiert, um
den Ansauganschluß 55a zu öffnen, kann das Öl verursachen,
daß das Ansaugventil 56a mit dem Ansauganschluß 55a ver
klebt, wodurch nachteilig die Ansaugreaktion beeinflußt
wird.
Das Ansaugventil ist dafür vorgesehen, den Ansauganschluß
entgegen der Elastizität des Ventils entsprechend einer
Änderung im Ansaugdruck des Kühlgases zu öffnen. Diese
Ausbildung erfordert, daß der Kühlgasdruck über die ela
stische Kraft des Ansaugventils ansteigt, was zu einer Er
höhung des Druckverlustes im Kompressor führt.
Da überdies die Ansaugkammer an die Auslaßkammer angrenzt,
läßt die Hitze des Gases mit hoher Temperatur innerhalb
der Auslaßkammer das Kühlgas in der Ansaugkammer expandie
ren. Eine Verringerung der Kühlgasdichte vor Eintritt in
die Arbeitskammer führt zu einem erheblichen Abfall des
Kompressionsvolumens in der Arbeitskammer, was zu einer
Reduktion der Volumeneffizienz des Kompressors führt.
Das Dokument DE 42 35 715 A1 offenbart einen
Kühlgasführungsmechanismus in einem Taumelscheibenkompressor,
der ein Rotationsventil aufweist, das mit der Drehwelle
gekoppelt ist und eine Führungsnut umfaßt, die eine Verbindung
zwischen jeder Zylinderbohrung und entweder der Ansaugkammer
oder der Auslaßkammer herstellt.
Das Dokument DE 42 29 978 A1 offenbart einen gattungsgemäßen
Kompressor mit einem Rotationsventil, das eine
Ventileinrichtung aufweist, mit deren Hilfe ein Totvolumen des
komprimierten Fluids in eine andere Zylinderbohrung ableitbar
ist, in der ein geringerer Druck herrscht. Diese
Ventileinrichtung besteht dabei beispielsweise aus einer radial
verlaufenden Bohrung in dem Rotationsventil oder einer an der
Mantelfläche des Rotationsventils ausgebildeten Umfangsnut.
Die vorliegende Erfindung wurde daher mit der Absicht aus
geführt, die vorstehend beschriebenen Probleme zu lösen,
wobei die Aufgabe der Erfindung darin besteht, einen Kühl
gasleitungsmechanismus für einen Kolbenkompressor mit ei
ner effizienten Abdichtung zu schaffen, der den Druckver
lust unterdrücken kann, welcher aus der Struktur des An
saugventiles resultiert und den volumetrischen Wirkungs
grad verbessert.
Eine Vielzahl von Kolben in dem erfindungsgemäßen Kompres
sor sind in benachbarten Zylinderbohrungen vorgesehen, die
um die Drehwelle angeordnet sind. Jeder der Kolben bewegt
sich entsprechend der Rotation der Drehwelle hin und her,
um ein Ansaugen, Verdichten und Auslassen des Kühlgases
auszuführen. Eine Ventilkammer ist in der Nähe der Zylin
derbohrung angeordnet. Eine Vielzahl von Anschlüssen sind
vorgesehen, um die Ventilkammer mit den benachbarten Zy
linderbohrungen zu verbinden. Die Ventilkammer hat ein Ro
tationsventil, welches in Relation zu der Hin- und Herbe
wegung der Kolben rotiert. Im Rotationsventil ist ein An
saugkanal darin ausgebildet, welcher der Reihe nach mit
jedem der Anschlüsse synchron mit der Rotation des Rotati
onsventils verbunden wird, um das Kühlgas in jede der Zy
linderbohrungen einzulassen. Im Rotationsventil ist eine
Dichtzone darin eingeschlossen, welche der Reihe nach jede
der Anschlüsse synchron zu der Rotation des Rotationsven
tils blockiert bzw. verschließt. Überdies ist im Rotati
onsventil eine Rille oder Nut ausgebildet, die in der Lage
ist, Kühlgas zu leiten, das zwischen der Ventilkammer und
dem Rotationsventil eingetreten ist.
Die Erfindung wird nachstehend anhand von Ausführungsbei
spielen unter Bezugnahme auf die anliegenden Figuren näher
erläutert.
Fig. 1 zeigt eine Seitenschnittansicht ei
nes gesamten Kompressors gemäß einem ersten Ausführungs
beispiel der vorliegenden Erfindung;
Fig. 2 zeigt eine Querschnittsansicht ent
lang der Linie A-A gemäß Fig. 1;
Fig. 3 zeigt eine perspektivische Ansicht
eines Rotationsventils im Kompressor gemäß Fig. 1;
Fig. 4 zeigt einen Graphen, welcher die
Verschiebung im Querschnittsbereich eines Sauganschlusses
zeigt, durch den ein Kühlgas entsprechend dem Kolbenhub
des Kompressors gemäß Fig. 1 passiert;
Fig. 5 zeigt eine Längsschnittansicht, wel
che einen Taumelscheibenvariablen-Verschiebekompressor ge
mäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt;
Fig. 6 zeigt eine perspektivische Ansicht
eines Rotationsventils im Kompressor gemäß Fig. 5;
Fig. 7 zeigt eine transversale Quer
schnittsansicht, die das in den Kompressor eingesetzte Ro
tationsventil darstellt;
Fig. 8 zeigt Perspektivenansicht des Rota
tionsventils gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der
Erfindung;
Fig. 9 zeigt eine transversale Quer
schnittsansicht, die eine montierte Struktur des Rotati
onsventils im Kompressor gemäß Fig. 8 darstellt; und
Fig. 10 zeigt eine Teilschnittansicht, die
einen Kühlgasleitungsmechanismus in einem herkömmlichen
Kompressor darstellt.
Ein erstes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung
wie es bei einem taumelscheibenartigen variablen Verstell
kompressor verwendet wird, wird nunmehr mit Bezug auf die
Fig. 1 bis 4 beschrieben.
Ein vorderes Gehäuse 2 und ein hinteres Gehäuse 3 sind an
gegenüberliegenden Seiten eines Zylinderblocks 1 befe
stigt. Eine Drehwelle 4 ist innerhalb des Zylinderblocks 1
und des vorderen Gehäuses 2 durch ein Paar von Lagern 4b
drehbar gelagert. Eine Antriebsplatte oder Scheibe 5 ist
mit der Drehwelle 4 fest verbunden. Eine Drehplatte 6 wird
durch die Antriebsplatte 5 gelagert. Die Verbindung eines
Langlochs 5b in einem Arm 5a der Antriebsplatte 5 mit ei
nem Stift 7 erlaubt eine Veränderung des Neigungswinkels
der Rotationsplatte 6. Die Drehwelle 4 trägt verschiebbar
eine Führungshülse 8 mit Wellenstiften 8a, welche vorste
hend an entsprechenden Seiten ausgebildet sind. Diese Wel
lenstifte 8a tragen die Rotationsplatte 6 verschwenkbar
auf der Rotationswelle 4. Eine Taumelplatte oder -scheibe
9 ist an der Rotationsplatte 6 relativ zu dieser drehbar
abgestützt.
Eine Vielzahl von Zylinderbohrungen 1a (sechs Zylinderboh
rungen in diesem Ausführungsbeispiel) sind um die Dreh
welle 4 in gleichmäßigen Abständen angeordnet und erstrec
ken sich entlang der Achse der Rotationswelle 4. Jede Zy
linderbohrung 1a nimmt einen entsprechenden Kolben 10A1,
10A2, 10A3, 10A4, 10A5 oder 10A6 auf. Jeder Kolben 10Aj
(j = 1 bis 6) ist mit der Taumelscheibe 9 über eine kolben
stange 10a verbunden. Die Drehbewegung der Rotationswelle
4 wird mittels der Antriebsplatte 5 und der Rotations
platte 6 in eine Hin- und Herbewegung umgesetzt, wodurch
der Kolben 10Aj in der Zylinderbohrung 1a vorwärts und
rückwärts bewegt wird.
Eine Ventilplatte 11, eine Ventil ausbildende Platte 12
und eine eine Halterung ausbildende Platte 13 sind zwi
schen dem Zylinderblock 1 und dem hinteren Gehäuse 3 gela
gert. Eine Auslaßkammer 3a ist im hinteren Gehäuse 3 aus
gebildet. Arbeitskammern P1, P2, P3, P4, PS und P6, welche
innerhalb der Zylinderbohrungen 1a durch die Kolben 10Aj
ausgebildet werden, sind durch die Ventilplatte 11 von der
Auslaßkammer 3a getrennt. Ein Auslaßanschluß 11a ist in
der Ventilplatte 11 ausgebildet. Ein klappenartiges Aus
laßventil 12a und eine Halterung 13a sind in der Ventil
ausbildenden Platte 12 bzw. der eine Halterung ausbilden
den Platte 13 ausgebildet. Das Auslaßventil 12a führt ein
Öffnen und Schließen des Auslaßanschlusses 12a auf der
Seite der Auslaßkammer 3a aus, während der Halter 13a ein
Verbiegen des Auslaßventils 12a einschränkt.
Aussparungen bzw. Rücksprünge 1b und 3b sind im Zentrum
der sich gegenüberliegenden Enden des Zylinderblocks 1 und
des hinteren Gehäuses 3 ausgebildet. Das entfernte Ende
der Drehwelle 4 steht in diese Aussparung 1b vor. Diese
zwei Aussparungen 1b und 3b bilden eine zylindrische Ven
tilkammer 3A, welche zusammen mit der Drehwelle 4 eine ge
meinsame Achse hat. Ein Rotationsventil 14 ist drehbar in
der Ventilkammer 3A untergebracht. Ein Drucklager 15 ist
zwischen einer Grundfläche der Aussparung 3b und der End
fläche des Rotationsventils 14 eingesetzt. Eine Kupplung
16 ist fest in den Endabschnitt des Rotationsventils auf
seiten der Aussparung 1b eingesetzt. Ein Vorsprung 4a,
welcher in die Aussparung 1b vorsteht, ist in der Kupplung
16 befestigt. Das Rotationsventil 14 ist einheitlich mit
der Drehwelle 4 in der durch den Pfeil R angezeigten Rich
tung drehbar. Ein Drucklager 15 nimmt eine auf das Rotati
onsventil 14 einwirkende Druckkraft auf.
Im Rotationsventil 14 ist ein Ansaugkanal 17 darin ausge
formt, der sich axial von der Endfläche des Rotationsven
tils auf der Seite der Aussparung 3b sowie von nahezu dem
Zentrum des Ventils 14 aus radial erstreckt und sich zu
der peripheren Fläche des Ventils 14 hin öffnet. Im Zen
trum des hinteren Gehäuses 3 ist ein Einlaßanschluß 3c
ausgebildet, der mit der Aussparung 3b durch das Druckla
ger 15 gekoppelt und mit einem Einlaß 17a des Ansaugkanals
17 verbunden ist.
Der Zylinderblock 1 hat so viele Ansauganschlüsse 1cj (j = 1
bis 6) wie Arbeitskammern P1 bis P6. Jeder Ansauganschluß
1cj hat an seinem inneren Ende mit der Ventilkammer 3a
eine Verbindung und erstreckt sich von dieser in radialer
Richtung. Die Ansauganschlüsse 1cj sind in gleichen Win
kelabständen zueinander angeordnet. Das äußere Ende jedes
Ansauganschlusses 1cj hat mit jeder benachbarten Arbeits
kammer Pj (j = 1 bis 6) eine Verbindung. Jeder Ansaugan
schluß 1cj ist mit einem Auslaß 17b des Ansaugkanals 17
während der Ansaugphase des Kolbens gekoppelt.
Fig. 1 und 2 zeigen, daß der Kolben 10A1 im oberen Tot
punkt ist, wobei der Kolben 10A2 um 180° entfernt vom Kol
ben 10A1 am unteren Totpunkt plaziert ist. Der Auslaß 17b
wird unter dieser Bedingung nicht mit den Ansauganschluß
1c1 oder 1c4 verbunden. Bewegt sich der Kolben 10A1 in den
Ansaugzustand, d. h., vom oberen Totpunkt zum unteren Tot
punkt, hat der Ansaugkanal 17 des Rotationsventils 14 Ver
bindung mit der Arbeitskammer P1, wobei das Kühlgas, wel
ches durch den Einlaßanschluß 3c gefördert wird, in die
Arbeitskammer P1 über den Ansaugkanal 17 eingesaugt wird.
Das Ansaugen des Kühlgases wird gleichfalls in den anderen
Arbeitskammern P2 bis P6 durchgeführt.
Fig. 3 zeigt eine Leckgaseinfangnut 18, die an der peri
pheren Oberfläche des Rotationsventils 14 ausgebildet ist.
Die Leckgaseinfangnut 18 hat eine Auslaßnut 18a, die sich
parallel zur Achse des Rotationsventils 14 erstreckt und
ein Paar von Sammelnuten 18b und 18c, die sich in
Ringrichtung des Rotationsventils 14 erstrecken. Die Aus
laßnut 18a hat sequentiell Verbindung mit den Ansaugan
schlüssen 1cj, wenn das Rotationsventil 14 dreht. Eine
Dichtungszone H des Rotationsventils 14, welche durch die
Leckgaseinfangsnut 18 umschlossen ist, schließt sequenti
ell die Ansauganschlüsse 1cj entsprechend der Rotation des
Rotationsventils. Wird der Kolben 10a vom unteren Totpunkt
während seines Kompressionszustandes zum oberen Totpunkt
verschoben, ist die Verbindung zwischen dem Ansaugkanal 17
und der Arbeitskammer Pj unterbrochen.
Das Kühlgas, welches in die Arbeitskammer Pj eingesaugt
wird, wird in die Auslaßkammer 3a während dessen Kompres
sion abgegeben, wenn der Kolben vom unteren Totpunkt zum
oberen Totpunkt sich bewegt. Der Hub des Kolbens verändert
sich jedoch in diesem Ausführungsbeispiel entsprechend dem
Druckunterschied zwischen den Drücken innerhalb der Kur
belkammer 2a und der Arbeitskammer Pj. Demzufolge wird der
Neigungswinkel der Taumelscheibe 9 verändert, um das Kompressionsvolumen zu beeinflussen. Der Druck innerhalb der
Kurbelkammer 2a wird gesteuert durch Zuführen des Kühl
gases zu der Kurbelkammer 2a mit einem Druck, welcher dem
Auslaßdruck entspricht und durch Auslassen des Kühlgases
innerhalb der Kurbelkammer 2a mittels eines nicht gezeig
ten Kontrollventilmechanismus zu einem Bereich, welcher
mit dem Ansaugdruck beaufschlagt ist.
In einer herkömmlichen Einheit, welche ein klappenventil
artiges Ansaugventil verwendet, erhöht ein Schmiermittel
Anklebkräfte zwischen dem Ansaugventil und seiner Dicht
fläche, wodurch die Öffnungszeit des Ansaugventils verzö
gert wird. Diese Zeitverzögerung, dieser Ansaugwiderstand
durch das Ventil mit einer Elastizität, die gegen das
Kühlgas gerichtet ist, und diese thermische Expansion des
Kühlgases innerhalb der Ansaugkammer führen zu einem ver
schlechterten volumetrischen Wirkungsgrad des Kompressors.
In dem Ausführungsbeispiel, welches das gewaltsam sich
drehende Rotationsventil 14 benützt, bestehen jedoch keine
Probleme bezüglich der Klebekräfte, welche aus dem
Schmieröl oder dem Ansaugwiderstand im Ansaugventil resul
tieren. In dem Fall, wo ein Druck innerhalb der Arbeits
kammer Pj geringfügig kleiner wird als ein vorbestimmter
Druck, fließt das Kühlgas unmittelbar in die Arbeitskammer
Pj. Da überdies das Kühlgas, welches von einem externen
Kühlkreislauf in die Arbeitskammer fließt, durch den An
saugkanal innerhalb des Rotationsventils passiert, welcher
relativ weit entfernt von der Auslaßkammer 3 liegt, wird
die thermische Expansion des Kühlgases minimiert. Aus die
sem Grund wird der volumetrische Wirkungsgrad in diesem
Ausführungsbeispiel, welches das Rotationsventil 14 be
nutzt, wesentlich verbessert gegenüber dem herkömmlichen
Kompressor, welcher das klappenartige Ansaugventil verwen
det.
Eine Kurve C in einem Graphen in Fig. 4 zeigt eine Hubän
derung des Kolbens 10Aj, wobei eine Ordinate eine Größe
des Hubs Y ausdrückt. Eine Abszisse bezeichnet einen Rota
tionswinkel der Drehwelle 4. Wenn 0° oder 360° ist, be
findet sich der Kolben 10A1 an seinem oberen Totpunkt.
Wenn 180° ist, befindet sich der Kolben 10A1 an seinem
unteren Totpunkt. Der Hub Y wird bezeichnet als eine Di
stanz zwischen einer Endfläche der Ventilplatte 11 und ei
ner zur Endfläche der Ventilplatte 11 gegenüberliegenden
Endfläche des Kolbens 10Aj.
Eine Kurve E1 zeigt die Verschiebung im Querschnittsbe
reich, wo das Kühlgas durch den Ansauganschluß 1cj mit der
Verbindung des Ansauganschlusses 1j und des Auslasses 17b
des Ansaugkanals passiert. Eine Kurve E2 zeigt die Ver
schiebung im Querschnittsbereich, damit das Kühlgas durch
den Ansauganschluß 1cj strömen kann, wenn der Ansaugan
schluß 1cj eine Verbindung mit der Nut 18a hat. Die Ordi
nate zeigt des weiteren den Querschnittsbereich S durch
welchen das Kühlgas strömt. S1 ist ein Querschnittsbereich
des Ansauganschlusses 1cj, durch welchen das Kühlgas
strömt, S2 ist ein Querschnittsbereich für das Kühlgas für
den Fall, daß der Ansauganschluß 1cj und die Auslaßnut 18
sich vollständig überschneiden. Da die Breite der Auslaß
nut 18 schmäler ist als der Innendurchmesser des Ansaugan
schlusses 1cj, ist für den Fall, daß sich beide über
schneiden, der Querschnittsbereich S2 schmäler, als der
Querschnittsbereich S1 des Ansauganschlusses.
Der Drehwinkelbereich von 0° bis 180° bei der Drehwelle 4
entspricht dem Ansaughub mit Hinsicht auf die Arbeitskam
mer P1, während der Drehwinkelbereich von 180° bis 360°
dem Auslaßhub entspricht mit Hinsicht auf die Arbeitskam
mer P1. Hinsichtlich der Arbeitskammer P4, welche um 180°
abseits von der Arbeitskammer P1 liegt, entspricht der
Drehwinkelbereich von 0 bis 180° dem Auslaßhub, und der
Bereich von 180° bis 360° dem Ansaughub. Dementsprechend
befinden sich die Arbeitskammern P2 und P3 in einem Zu
stand gemäß Fig. 2 im Auslaßhub und auf der andere Seite
die Arbeitskammern PS und P6 im Ansaughub. Die Arbeitskam
mer P1 vervollständigt den Auslaßprozeß, während die Ar
beitskammer P4 den Ansaugprozeß vervollständigt.
Hierbei sollte die Aufmerksamkeit auf die Arbeitskammer P1
gerichtet werden, welche den Auslaßprozeß zu Ende geführt
hat. Wie in Fig. 2 und 4 zu sehen ist, haben der Auslaß
17a des Ansaugkanals 17 im Rotationsventil 14 und der An
sauganschluß 1c1 eine Verbindung, während der Kolben 10A1
benachbart zu der Arbeitskammer P1 vom oberen Totpunkt zum
unteren Totpunkt sich bewegt, wobei diese beiden ihre Ver
bindung zueinander nahezu während dieser Verschiebung auf
recht erhalten. Kurz nach dem der Kolben 20A1 seinen unte
ren Totpunkt erreicht, erhält die Auslaßnut 18a eine Ver
bindung mit dem Ansauganschluß 1c1.
Die Sammelnuten 18b und 18c erstrecken sich in Ringrich
tung des Rotationsventils 14 ausgehend von der Umgebung
eines Einleitungsabschnitts 17b1 des Auslasses 17b bis zur
Umgebung eines Abschlußabschnitts 17b2. Die Auslaßnut 18a
ist in der Umgebung des Abschlußabschnitts 17b2 positio
niert. Gemäß Fig. 2 bezeichnet W1 einen Winkel für den
Formungsbereich des Ansauganschlusses 1cj um die Drehachse
des Rotationsventils 14 (die Drehachse der Drehwelle 4),
wobei W2 einen Winkel zwischen der Auslaßnut 18a und dem
Abschlußbereich 17b2 darstellt. Der Winkel W2 ist derart
gewählt, daß er größer ist als der Winkel W1, so daß die
Auslaßnut 18a und der Auslaß 17b nicht zur gleichen Zeit
mit dem Ansauganschluß 1cj kommunizieren.
Die Ansauganschlüsse 1c2 und 103 der Arbeitskammern P2 und
P3 während des Ansaughubs wie gemäß dem Zustand in Fig. 2
werden durch den Dichtungsbereich H des Rotationsventils
14 gesperrt. Ein angemessener Zwischenraum ist zwischen
der Innenwand der Aussparung 1b und 3b sowie der periphe
ren Oberfläche des Rotationsventils 14 gewährleistet, daß
das Rotationsventil 14 in den Aussparungen 1b und 3b sau
ber rotiert. Das Kühlgas mit einem hohen Druck wird durch
diesen Zwischenraum in die Aussparungen 1b und 3b abflie
ßen. Das meiste des Kühlgases jedoch, welches aus dem Zwi
schenraum ausleckt, geht in diesem Ausführungsbeispiel in
die Sammelnuten 18b, 18c und die Auslaßnut 18a, um sicher
durch diese Nuten eingefangen zu werden, wenn jeder An
sauganschluß geschlossen wird.
Die Auslaßnut 18a des Rotationsventils 14 wird sequentiell
mit jedem Ansauganschluß 1cj verbunden. Der Zeitpunkt für
diesen Anschluß kommt unmittelbar nachdem der Auslaßhub
beginnt, in anderen Worten direkt nachdem der Kolben sei
nen unteren Totpunkt passiert hat. Die Auslaßnut 18a in
der Stellung gemäß Fig. 2 ist gerade vor dem Ansaugan
schluß 1c4 positioniert, welcher eine Verbindung mit der
Arbeitskammer P4 hat, die gerade ihren Arbeitshub begonnen
hat. Der Druck innerhalb der Arbeitskammer P4 gerade nach
dem Beginn des Auslaßhubs ist so niedrig wie der Ansaug
druck. Hat dementsprechend die Auslaßnut 18a eine Verbin
dung mit dem Ansauganschluß 1c4, fließt das Kühlgas, wel
ches aus der Arbeitskammer P2, P3 in die Leckgasauffangnut
18 ausleckt, in die Arbeitskammer P4. Das Kühlgas, welches
aus der Nut 18 in die Arbeitskammer P4 eingeflossen ist,
wird zusammen mit dem Kühlgas, das durch den Ansaugkanal
17 angesaugt wurde, aus der Arbeitskammer P4 ausgelassen.
Wie vorstehend beschrieben, wird das durch die Leckgasauf
fangnut 18 aufgefangene Kühlgas sequentiell in die Ar
beitskammer Pj entsprechend der Rotation des Rotationsven
tils 14 eingelassen. Dies verhindert, daß das Kühlgas über
die Unterbringungsaussparungen 1b, 3b in den Bereich wie
z. B. den Einleitungsanschluß 3c zurückströmt und zwar mit
einem Druck, welcher nahezu dem Ansaugdruck entspricht,
was zu einer Verringerung der Leckgasmenge im Vergleich zu
dem Kompressor ohne eine Leckgasauffangnut 18 führt, wobei
eine vorbestimmte Menge an Kühlgas, das aus der Arbeits
kammer Pf ausströmt gewährleistet wird und die Arbeitsef
fizienz des Kompressors verbessert wird.
Das zweite Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung
wird nunmehr anhand der Fig. 5 bis 7 mit besonderem Augen
merk hauptsächlich auf die Unterschiede zwischen dem er
sten und dem zweiten Ausführungsbeispiel beschrieben. Fünf
Bohrungszylinder 1a sind im zweiten Ausführungsbeispiel
eingerichtet, wobei jeder den zugehörigen Kolben Aj (j = 1
bis 5) aufnimmt. Ansauganschlüsse 1cj (j = 1 bis 5) sind im
Anschluß an jeden Bohrungszylinder 1a vorgesehen, während
eine Verbindungsöffnung 32 im vorderen Ende eines Rotati
onsventils 31 ausgebildet ist, das in einer Ventilkammer
3a vorgesehen ist. Ein Verbindungsvorsprung 33, der am
hinteren Ende der Drehwelle 4 ausgeformt ist, ist in die
Verbindungsöffnung 32 eingesetzt. Ein Keil verbindet die
Drehwelle 4 und das Rotationsventil 31 derart, daß beide
einheitlich miteinander rotieren. Ein Absatz 35, der an
der Innenwand der Ventilkammer 3a ausgebildet ist, be
schränkt die Rückwärtsbewegung des Rotationsventils 31.
Ein Ansaugkanal 36, der mit dem Anschluß 3c verbunden ist,
ist im Rotationsventil 31 ausgebildet. Dieser Ansaugkanal
36 ist mit einem Einlaß 36a versehen, der in einem Mittel
abschnitt des Rotationsventils 36 ausgebildet ist. Dieser
Ansaugkanal 36 hat immer eine Verbindung mit einem inneren
Ende des Einlasses 36a, öffnet sich an der äußeren peri
pheren Fläche des Ventils 31, und umfaßt eine Ansaugfüh
rungsnut 37, die mit der Vielzahl von Ansauganschlüssen
1cj im Ansaughub verbindbar ist.
Wenn die Drehwelle 4 gedreht wird, wird die Taumelscheibe
über die Antriebsplatte 5, den Stift 7 und die Rotations
glatte 6 hin- und hergeschwenkt, um die Vielzahl von Kol
ben 10Aj zu unterschiedlichen Zeitpunkten mittels der Kol
benstange 10a hin und her zu bewegen. Der Ansaugabschnitt
37a der Ansaugführungsnut 37, welcher in Rotationsrichtung
des Ventiles vorgelagert ist, streicht auf der anderen
Seite gemäß Fig. 7 vorbei, um die Ansauganschlüsse 1cj zu
öffnen, wenn das Rotationventil durch die Welle 4 gedreht
wird, um den Kolben 10Aj in den Ansaughub zu bewegen.
Folglich wird das Kühlgas in die Arbeitskammern Pj über
den Einlaß 3c durch den Ansauganschluß 36 des Rotations
ventils und die Ansauganschlüsse 1cj in die Arbeitskammern
Pj angesaugt.
Bei Beendigung des Ansaughubs streicht der Abschlußab
schnitt 37a der Ansaugführungsnut 37, welcher in Rotati
onsrichtung des Ventiles 8 gelagert ist, vorbei, um die
Ansauganschlüsse 1cj zu schließen, wobei das Ansaugen von
Kühlgas in die Arbeitskammern Pj gestoppt wird. Die Dreh
welle 4 und das Rotationsventil 31 rotieren sequentiell,
um die Kolben 10Aj in deren jeweiligen Auslaßhub zu ver
schieben. Das Kühlgas wird innerhalb der Arbeitskammern Pj
komprimiert, während die Ansauganschlüsse 1cj mit der äu
ßeren peripheren Fläche des Rotationsventils 31 in ge
schlossenem Zustand gehalten wird. Das Kühlgas betätigt
das Auslaßventil 12a derart, daß der Auslaßanschluß 11a
geöffnet wird, um dann hiervon zu der Auslaßkammer 9a aus
zuströmen.
Ein Paar von Speichernuten 38, 39 sind an beiden Seiten
der Ansaugführungsnut 37 ausgebildet, welche sich entlang
der gesamten äußeren peripheren Fläche erstrecken. Während
der Drehung des Rotationsventils 31, durchfließt aus die
sem Grunde Öl, welches in dem Kühlgas, das vom Eintritts
anschluß 3c einströmt oder in dem Kühlgas enthalten, das
durch einen Zwischenraum bezüglich der Lagerung 4b von dem
Kurbelgehäuse 2a zur Ventilkammer 3A einströmt, durch den
Zwischenraum zwischen der äußeren peripheren Oberfläche
und der Innenwand der Ventilkammer 3A, und geht weiter in
die Aufnahmenut 38 und 39, worin das Öl gespeichert wird.
Dementsprechend wird zusammen mit der Verbesserung der
Schmierung zwischen dem Rotationsventil 31 und der Ventil
kammer 3A das Rotationsventil 31 vor Einbrennungen während
der Kompressor bei hoher Geschwindigkeit betrieben wird,
geschützt.
Überdies schützt das Öl innerhalb der Aufnahmenut 38, 39
das Kühlgas vor dem Auslaufen durch den Zwischenraum zwi
schen dem Rotationsventil 31 und der Ventilkammer 3A von
einem Hochdruckraum zu einem Niederdruckraum im Kompres
sor, wodurch eine effiziente Dichtung zwischen beiden 31
und 3A geschaffen wird.
Ein drittes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung
wird nunmehr anhand der Fig. 8 und 9 beschrieben.
Die zwei Aufnahmenuten 38 und 39 des zweiten Ausführungs
beispiels haben miteinander eine Verbindung durch eins
Verbindungsnut 41 in diesem Ausführungsbeispiel. Diese
Verbindungsnut 41 ist in der Umgebung des Anfangsab
schnitts 37b der Ansaugführungsnut 37 ausgebildet. Die üb
rige Konstruktion ist die gleiche wie die des zweiten Aus
führungsbeispiels.
Wenn demnach das Rotationsventil dreht, wird in diesem
Ausführungsbeispiel das Kühlgas mit höherem Druck als der
Ansaugdruck über jeden Anschluß 1cj in die Verbindungsnut
41 von jeder solchen Arbeitskammer Pj eingelassen, die den
Ansaughub beendet hat, und den Auslaßhub ausführt. Der
Strom von diesem Kühlgas in diese zwei Aufnahmenuten 38
und 39 preßt das Kühlgas und das Öl, welche vorher dorthin
gespeichert waren aus und leiten dieses Fluid zu der ge
genüberliegenden Seite der Verbindungsnut 41. Das Fluid
druckbeaufschlagt einen Teil der äußeren peripheren Ober
fläche des Rotationsventils 31, sogar wenn der Teil einem
der Ansauganschlüsse 1cj im Ansaughub gegenüberliegt, wo
bei der Teil den Fluiddruck in einer Richtung aufnimmt, wo
er abseits der inneren Wand der Ventilkammer ist. Auf der
anderen Seite wird ein hoher Druck auf die äußere Wand des
Rotationsventils 31 über die Ansauganschlüsse 1cj ange
legt, welche mit der Arbeitskammer Pj im Kompressionshub
verbunden sind. Diese zwei unterschiedlichen Drücke heben
sich gegenseitig auf, da sie gegen die äußere periphere
Oberfläche des Rotationsventils 31 in entgegengesetzten
Richtungen einwirken. Aus diesem Grund erfährt das Rotati
onsventil keine lokalen Belastungen, wodurch dessen loka
ler Verschleiß minimiert wird.
Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die vorstehend be
schriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt, sondern es
sollte für einen Fachmann klar sein, daß die vorliegende
Erfindung auch auf die folgenden Weisen ausgeführt werden
kann:
- 1. Die Breite der Aufnahmenut 38 oder 39 kann auf ein größeres Maß geändert werden, so daß sie näher an die Pe ripherie des Rotationsventils 31 herankommt, an der die Ansaugführungsnut ausgebildet ist. Folglich wird während der Kolben sich in dem Ansaughub befindet, der Druck, wel cher die äußere Fläche des Rotationsventiles weit entfernt von der Innenwand der Ventilkammer 3A hält, erhöht, so daß die Kraft, die an das Rotationsventil angelegt ist, noch mehr ausgeglichen wird.
- 2. Die Aufnahmenuten 38, 39 können in unterbrochener Weise ausgebildet sein, oder es kann eine Vielzahl von un abhängigen Verbindungsnuten 41 vorgesehen werden.
- 3. Die Ventilkammer 3A kann entweder nur in dem Zylinder block 1 oder allein im hinteren Gehäuse 3 ausgebildet sein.
Wie vorstehend beschrieben, minimiert der Kühlgasleitungs
mechanismus eines Kolbenkompressors gemäß der vorliegenden
Erfindung Druckverluste, welche von der Konstruktion bzw.
Struktur des Ansaugventils resultieren, er verbessert den
voluminären Wirkungsgrad des Kompressors und hat eine hohe
Dichtungsfähigkeit. Aus diesem Grund kann er bei Klimaan
lagen für Fahrzeuge oder Kühlschränken verwendet werden.
Eine Vielzahl von Kolben sind demnach in benachbarten Zy
linderbohrungen vorgesehen, welche um eine Drehwelle herum
angeordnet sind. Jeder Kolben führt eine Hin- und Herbewe
gung entsprechend der Drehung der Drehwelle aus, um ein
Ansaugen, Komprimieren und Auslassen von Kühlgas auszufüh
ren. Eine Ventilkammer ist in der Umgebung der Zylinder
bohrung angeordnet. Eine Vielzahl von Anschlüssen sind
vorgesehen, um die Ventilkammer mit den benachbarten Zy
linderbohrungen zu verbinden. Die Ventilkammer hat ein Ro
tationsventil, welches entsprechend der Hin- und Herbewe
gung der Kolben rotiert. Ein Ansaugkanal ist im Rotations
ventil ausgebildet, um sequentiell mit jedem der An
schlüsse im Gleichgang mit der Rotation des Rotationsven
tils verbunden zu werden, um das Kühlgas in jede der Zy
linderbohrungen einzulassen. Das Rotationsventil hat eine
Dichtungszone, welche sequentiell jeden Anschluß im
Gleichgang mit der Rotation des Rotationsventiles ver
sperrt. Eine Nut ist im Rotationsventil ausgebildet, die
in der Lage ist, das Kühlgas zu führen, welches zwischen
der Ventilkammer und dem Rotationsventil eintritt.
Claims (7)
1. Kolbenkompressor mit einer Anzahl von
Kolben/Zylindereinheiten, die um eine Drehwelle (4) herum
angeordnet sind, mit einer Anzahl von Anschlüssen (1cj) für eine
Verbindung einer Ventilkammer (3A) mit jeder der
Zylinderbohrungen (1a) und einem Rotationsventil (14; 36), das
in der Ventilkammer untergebracht ist und synchron zu der Hin-
und Herbewegung der Kolben (10Aj) einen Ansauganschluß (1cj)
zwischen der Ventilkammer und den jeweiligen Zylinderbohrungen
mittels eines in dem Rotationsventil sich radial erstreckenden
Ansaugkanals (17b; 37) öffnet und schließt, gekennzeichnet durch
ein Paar Leckagenuten (18b, 18c; 38, 39) am Umfang des
Rotationsventils, die sich über zumindest einen Teil des Umfangs
des Rotationsventils erstrecken und in Axialrichtung des
Rotationsventils gesehen zu beiden Seiten des radial sich
erstreckenden Ansaugkanals (17b; 37) fluidgetrennt von jeweils
solchen sich im Komprimierhub befindlichen
Kolben/Zylindereinheiten angeordnet sind, welche bereits einen
Komprimierdruck aufweisen, der größer als der Ansaugdruck ist.
2. Kolbenkompressor nach Anspruch 1, wobei die Drehwelle und das
Rotationsventil koaxial zueinander angeordnet sind, wobei ihre
gegenüberliegenden Enden miteinander verbunden sind, so daß sie
einheitlich rotieren.
3. Kolbenkompressor nach Anspruch 1, wobei der Ansaugkanal einen
ersten Abschnitt (17a; 36a) aufweist, welcher sich längs von
einer Endfläche des Rotationsventils in Richtung des Zentrums
erstreckt, und einen zweiten Abschnitt (17b; 37) aufweist, der
mit dem ersten Abschnitt kommuniziert, sich radial erstreckt und
sich zu einer äußeren Peripherie des Rotationsventils hin
öffnet.
4. Kolbenkompressor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß
eine Dichtzone im Rotationsventil vorgesehen ist, die an einer
äußeren Peripherie des Rotationsventils an einer zum zweiten
Abschnitt des Ansaugkanals gegenüberliegenden Seite ausgebildet
ist, so daß die Dichtzone die im Komprimierhub befindlichen
Kolben-/Zylindereinheiten verschließt.
5. Kolbenkompressor nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch
gekennzeichnet, daß die Leckagenuten (18b, 18c; 38, 39) mittels
einer in Achsrichtung verlaufenden Auslaßnut (18a; 41)
miteinander verbunden sind, welche eine Verbindung mit einer im
Komprimierhub befindlichen Kolben-/Zylindereinheit schafft,
deren Komprimierdruck gerade noch so niedrig wie der Ansaugdruck
ist.
6. Kolbenkompressor nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß
die Leckagenuten (38, 39) über die gesamte äußere Peripherie des
Rotionsventils angeordnet sind.
7. Kolbenkompressor nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß
die Leckagenuten (18b, 18c; 38, 39) an sich gegenüberliegenden
Seiten bezüglich der Dichtzone ausgebildet sind.
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