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Gebiet der
Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung betrifft Maschinen vom Spiraltyp. Im Besonderen
betrifft die vorliegende Erfindung Spiralkompressoren, welche ein
einzigartiges Temperaturschutzsystem aufweisen, das die Spiralmaschine
vor dem Überhitzen
schützt.
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Hintergrund
und Kurzdarlegung der Erfindung
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Eine
typische Spiralmaschine weist ein kreisendes Spiralglied, welches
auf einer seiner Flächen einen
Spiralmantel aufweist, und ein nichtkreisendes Spiralglied, welches
auf einer seiner Flächen
einen Spiralmantel aufweist, auf. Die Spiralmäntel greifen ineinander, und
ein Mechanismus wurde bereitgestellt, um zu bewirken, dass das kreisende
Spiralglied in Bezug auf die nichtkreisende Spirale um eine Achse
kreist. Dieses Kreisen bewirkt, dass die Mäntel Taschen von progressiv
abnehmendem Volumen von einer Ansaugzone zu einer Auslasszone bilden.
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Ein
Problem, welches mit diesen Spiralmaschinen einhergeht, ist deren
Fähigkeit,
infolge verschiedener am Einsatzort angetroffener Probleme übermäßige Abgastemperaturen
zu erzeugen. Ein bekanntes Verfahren zum Lösen dieses Problems ist, ein
Auslecken des komprimierten Gases von der Hochdruckseite zur Niederdruckseite
herbeizuführen,
wenn diese übermäßigen Temperaturbedingungen
auftreten. Der Stand der Technik umfasst zahlreiche Systeme, welche
als Reaktion auf dieses festgestellte Problem entwickelt wurden.
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EP-A1-0,655,555 offenbart
eine Spiralmaschine gemäß dem Oberbegriff
von Anspruch 1.
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Eine
der Hauptaufgaben der vorliegenden Erfindung ist, ein verbessertes
Temperaturschutzsystem bereitzustellen. Das verbesserte System der
vorliegenden Erfindung ist ein einfaches auf Temperatur ansprechendes
Ventil, das seiner Bauform nach einfach ist, einfach einzubauen
und zu überprüfen ist und
das die gewünschte
Steuerung für
den Kompressor verbessert.
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Die
vorliegende Erfindung sieht eine Spiralmaschine vor, umfassend:
ein erstes Spiralglied, das einen ersten Spiralmantel aufweist,
welcher von einer ersten Endplatte nach außen vorragt; ein zweites Spiralglied,
das einen zweiten Spiralmantel aufweist, welcher von einer zweiten
Endplatte nach außen
vorragt; ein zweites Spiralglied, das einen zweiten Spiralmantel
aufweist, welcher von einer zweiten Endplatte nach außen vorragt;
ein Antriebsglied zum Bewirken, dass die Spiralglieder relativ zueinander
kreisen, wodurch die Spiralmäntel
Taschen von sich progressiv änderndem
Volumen zwischen einer Ansaugdruckzone und einer Auslassdruckzone
bilden; eine Kammer, die durch eines der Spiralglieder begrenzt wird;
Mittel zum Versorgen der Kammer mit einem mit Zwischendruck beaufschlagten
Fluid, wobei das mit Zwischendruck beaufschlagte Fluid auf einem
Fluiddruck steht, der größer als
der Fluiddruck in der Ansaugdruckzone und kleiner als der Fluiddruck
in der Auslassdruckzone ist; eine erste auf Temperatur ansprechende
Ventilbaugruppe zum Freigeben des mit Zwischendruck beaufschlagten
Fluids aus der Kammer in die Ansaugdruckzone nach Erfassen einer Temperatur,
die über
einem ersten vorgegebenen Wert liegt; dadurch gekennzeichnet, dass
das erste auf Temperatur ansprechende Ventil innerhalb eines Durchgangs
angeordnet ist, der sich zwischen der Kammer und der Ansaugdruckzone
erstreckt, derart, dass die erfasste Temperatur die Temperatur des
mit Zwischendruck beaufschlagten Fluids ist.
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Das
Ventil des Systems der vorliegenden Erfindung verbessert die Hochdruckentlastung
von komprimiertem Gas und demnach den Hochtemperaturschutz für diese
Maschinen.
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Das
System der vorliegenden Erfindung ist besonders wirksam bei Spiralmaschinen,
bei denen Sauggas verwendet wird, um den Motor, der das kreisende
Spiralglied antreibt, zu kühlen.
Der Grund dafür
ist, da das Ventil in Bedingungen, in denen Abgas in der Hochdruckseite
eine erhöhte
Temperatur aufweist, ein Leck von der Hochdruckseite des Kompressors
zur Niederdruckseite des Kompressors herstellt. Das Austreten dieses
Hochtemperatur-Abgases
zum Ansaugbereich des Kompressors bewirkt, dass der Normmotorschutzschalter
für den
Motor auslöst
und den Betrieb der Spiralmaschine abschaltet.
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Daher
bietet die vorliegende Erfindung Schutz gegen übermäßige Auslasstemperaturen, welche
sich aus (a) einem Verlust an Arbeitsfluidfüllung; (b) einem Niederdruckzustand
oder einem Zustand blockierten Ansaugens; (c) einem blockierten Kondensatorventilator
in einem Kühlsystem;
oder (d) einem Zustand übermäßigen Auslassdrucks
unabhängig
von der Ursache ergeben könnten.
Alle diese unerwünschten
Zustände
bewirken, dass eine Spiralmaschine mit einem Druckverhältnis betrieben
wird, welches weit größer ist
als jenes, für
welches die Maschine ausgelegt ist, was ihr vorgegebenes festes Volumenverhältnis betrifft,
und dies wiederum verursacht übermäßige Auslasstemperaturen.
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Andere
Vorteile und Aufgaben der vorliegenden Erfindung sind für einschlägig versierte
Fachleute aus der nachfolgenden ausführlichen Beschreibung sowie
aus den beiliegenden Ansprüchen
und Zeichnungen ersichtlich.
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Kurze Beschreibung
der Zeichnungen
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In
den Zeichnungen, welche die beste gegenwärtig ersonnene Art zum Ausführen der
vorliegenden Erfindung veranschaulichen, zeigen:
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1 eine vertikale Querschnittsansicht durch
einen Spiralkompressor, welcher das einzigartige Temperaturschutzsystem
gemäß der vorliegenden
Erfindung umfasst;
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2 eine vergrößerte Querschnittsansicht des
oberen Abschnitts der in 1 dargestellten
Spiralmaschine, welcher das Temperaturregelsystem gemäß der vorliegenden
Erfindung umfasst;
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3 eine Draufsicht, teilweise
im Querschnitt, der in 1 und 2 dargestellten Spiralmaschine;
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4 eine vergrößerte Querschnittsansicht des
oberen Abschnitts einer Spiralmaschine, welcher ein Temperaturregelsystem
gemäß einer
anderen Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung umfasst;
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5 eine Draufsicht, teilweise im Querschnitt,
der in 4 dargestellten
Spiralmaschine;
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6 eine vergrößerte Querschnittsansicht des
oberen Abschnitts einer Spiralmaschine, welcher ein Temperaturregelsystem
gemäß einer
anderen Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung umfasst;
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7 eine Draufsicht, teilweise
im Querschnitt, der in 6 dargestellten
Spiralmaschine;
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8 eine vergrößerte Querschnittsansicht des
oberen Abschnitts einer Spiralmaschine, welcher ein Temperaturregelsystem
gemäß einer
anderen Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung umfasst;
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9 eine Draufsicht, teilweise
im Querschnitt, der in 8 dargestellten
Spiralmaschine;
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10 eine vergrößerte Querschnittsansicht des
oberen Abschnitts einer Spiralmaschine, welcher ein Temperaturregelsystem
gemäß einer
anderen Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung umfasst;
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11 eine Draufsicht, teilweise
im Querschnitt, der in 10 dargestellten
Spiralmaschine;
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12 eine vergrößerte Querschnittsansicht des
oberen Abschnitts einer Spiralmaschine, welcher ein Temperaturregelsystem
gemäß einer
anderen Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung umfasst; und
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13 eine Draufsicht, teilweise
im Querschnitt, der in 12 dargestellten
Spiralmaschine;
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14 eine vergrößerte Querschnittsansicht des
oberen Abschnitts einer Spiralmaschine, welcher ein Temperaturregelsystem
gemäß einer
anderen Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung umfasst; und
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15 eine Draufsicht, teilweise
im Querschnitt, der in 14 dargestellten
Spiralmaschine.
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Ausführliche Beschreibung der bevorzugten
Ausführungsform
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Während sich
die vorliegende Erfindung zum Einbinden in viele verschiedene Arten
von Spiralmaschinen eignet, wird sie zu Beispielszwecken in diesem
Dokument in einem hermetischen Spiral-Kühlmittel-Motorkompressor vom "Niederdruckseiten"-Typ eingebunden
(d. h. bei dem der Motor und der Kompressor durch Sauggas in der
hermetischen Ummantelung gekühlt
werden, wie in der vertikalen Schnittdarstellung aus 1 veranschaulicht wird). Im
Allgemeinen umfasst der Kompressor eine zylindrische hermetische
Ummantelung 10, welche an ihrem oberen Ende eine daran
angeschweißte
Kappe 12 aufweist, die mit einer Kühlmittelauslassarmatur 14 versehen
ist, welche darin wahlweise das übliche Auslassventil
aufweist. Andere an der Ummantelung befestigte Elemente umfassen
eine sich quer erstreckende Trennwand 16, welche um ihren
Umfang herum an demselben Punkt, an dem die Kappe 12 an der
Ummantelung 10 angeschweißt ist, angeschweißt ist,
ein Hauptlagergehäuse 18,
welches an einer Mehrzahl von Punkten auf jedwede gewünschte Weise
an der Ummantelung 10 befestigt ist, und eine Sauggaseinlassarmatur 20,
welche einen Gasdeflektor 22 aufweist, der in Kommunikation
damit innerhalb der Ummantelung angeordnet ist.
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Ein
Motorstator 24, dessen Querschnitt im Allgemeinen quadratisch
ist, dessen Ecken jedoch abgerundet sind, ist in die Ummantelung 10 pressgepasst.
Die Flachstellen zwischen den abgerundeten Ecken auf dem Stator
sehen Durchgangswege zwischen dem Stator und der Ummantelung vor,
welche den Fluss von Schmiermittel vom oberen Ende der Ummantelung
zum Boden erleichtern. Eine Kurbelwelle 26, welche an ihrem
oberen Ende einen exzentrischen Hubzapfen 28 aufweist,
ist in einem Lager 30 im Hauptlagergehäuse 18 und in einem
zweiten Lager 32 in einem unteren Lagergehäuse 34 drehbar gelagert.
Die Kurbelwelle 26 weist am unteren Ende die übliche konzentrische Ölpumpbohrung 36 von
relativ großem
Durchmesser auf, welche mit einer radial nach außen geneigten Bohrung 38 von
kleinerem Durchmesser kommuniziert, die sich davon nach oben zum
oberen Ende der Kurbelwelle erstreckt. Der untere Abschnitt der
inneren Ummantelung 10 ist auf die übliche Weise mit Schmieröl befällt, und
die konzentrische Bohrung 36 am unteren Ende der Kurbelwelle ist
die primäre
Pumpe, welche mit der Bohrung 38, die als sekundäre Pumpe
agiert, zusammenwirkt, um Schmierfluid zu all den verschiedenen Abschnitten
des Kompressors, welche der Schmierung bedürfen, zu pumpen.
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Die
Kurbelwelle 26 wird durch einen Elektromotor drehend angetrieben,
der den Stator 24, welcher dort hindurch verlaufende Wicklungen 40 aufweist,
und einen Rotor 42, der auf die Kurbelwelle pressgepasst
ist und ein oder mehrere Gegengewichte 44 aufweist, umfasst.
Ein Motorschutzschalter 46 vom üblichen Typ ist in nächster Nähe der Motorwicklungen 40 vorgesehen,
so dass, wenn der Motor seinen normalen Temperaturbereich überschreitet, der
Schutzschalter den Motor abschaltet.
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Die
obere Oberfläche
des Hauptlagergehäuses
18 ist
mit einer ringförmigen
flachen Drucklageroberfläche
48 versehen,
auf welcher ein kreisendes Spiralglied
50 angeordnet ist,
umfassend eine Endplatte
52, die auf ihrer oberen Oberfläche den üblichen
Spiralflügel
oder -mantel
54 aufweist, eine ringförmige flache Druckoberfläche
56 auf
der unteren Oberfläche
und von dort nach unten vorragend eine zylindrische Nabe
58,
die ein Drehlager
60 darin aufweist und in welcher eine
Antriebsbuchse
62 drehend angeordnet ist, die eine innere
Bohrung aufweist, in welcher der Hubzapfen
28 antreibend
angeordnet ist. Der Hubzapfen
28 weist auf einer Oberfläche (nicht dargestellt)
eine Flachstelle auf, welche mit einer flachen Oberfläche in einem
Abschnitt der inneren Bohrung der Antriebsbuchse
62 antreibend
in Eingriff steht, um eine radial nachgiebige Antriebsanordnung vorzusehen,
wie in US-Patent Nr.
4,877,382 des Rechtsnachfolgers
dargestellt ist, dessen Offenbarung diesem Dokument durch Bezugnahme
einverleibt wird.
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Der
Mantel
54 kämmt
mit einem nichtkreisenden Spiralmantel
64, welcher einen
Teil des nichtkreisenden Spiralglieds
66 bildet, welches
am Hauptlagergehäuse
18 auf
eine beliebige gewünschte
Art, die für
eine begrenzte axiale Bewegung des Spiralglieds
66 sorgt,
angebracht ist. Die spezifische Art einer derartigen Anbringung
ist für
die vorliegenden Erfindungen nicht relevant, jedoch weist bei der
vorliegenden Ausführungsform
das nichtkreisende Spiralglied
66 zu Beispielszwecken eine
Mehrzahl von um den Umfang beabstandeten Montagemuffen auf, von denen
jede eine flache obere Oberfläche
und eine axiale Bohrung aufweist, in der eine Hülse gleitend angeordnet ist,
welche am Hauptlagergehäuse
18 durch
einen Bolzen wie im Stand der Technik bekannt angebolzt ist. Der
Bolzen weist einen vergrößerten Kopf
auf, der eine flache untere Oberfläche aufweist, welche mit der
oberen Oberfläche
des nichtkreisenden Spiralglieds
66 in Eingriff steht,
um die axial obere oder trennende Bewegung des nichtkreisenden Spiralglieds
66 zu
begrenzen. Eine Bewegung in die entgegengesetzte Richtung wird durch
den axialen Eingriff der Oberfläche
der unteren Spitze des Mantels
64 und der flachen oberen
Oberfläche
des kreisenden Spiralglieds
50 begrenzt. Eine ausführlichere Beschreibung
des nichtkreisenden Spiralaufhängungssystems
geht aus dem US-Patent Nr.
5,055,010 des Rechtsnachfolgers
hervor, dessen Offenbarung diesem Dokument hiermit durch Bezugnahme
einverleibt wird.
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Das
nichtkreisende Spiralglied
66 weist einen mittig angeordneten
Auslassdurchgangsweg auf, der mit einer nach oben offenen Ausnehmung
72 kommuniziert,
die über
eine Öffnung
74 in
der Trennwand
16 in Fluidkommunikation mit einer Auslassschalldämpferkammer
76 steht,
welche durch die Kappe
12 und die Trennwand
16 begrenzt
ist. Ein Zwischendruckentlastungsventil
78 ist zwischen
der Auslassschalldämpferkammer
76 und
dem Inneren der Ummantelung
10 angeordnet. Das Zwischendruckentlastungsventil
78 öffnet sich
bei einem vorgegebenen Differenzdruck zwischen dem Auslass- und dem
Ansaugdruck, um Druckgas aus der Auslassschalldämpferkammer
76 auszulassen.
Das nichtkreisende Spiralglied
66 weist in seiner oberen
Oberfläche
eine ringförmige
Ausnehmung
80 mit parallelen koaxialen Seitenwänden auf,
in welchen für
relative axiale Bewegung eine ringförmige Gleitflächendichtung
82 dichtend
angeordnet ist, welche dazu dient, den Boden der Ausnehmung
80 von
der Gegenwart von Gas unter Ansaug- und Auslassdruck zu trennen,
so dass er mittels eines Durchgangswegs
84 in Fluidkommunikation
mit einer Quelle von Zwischenfluiddruck gesetzt werden kann. Das
nichtkreisende Spiralglied
66 wird somit durch die Kräfte, welche
durch den Auslassdruck, der auf den mittigen Abschnitt des Spiralglieds
66 wirkt,
erzeugt werden, und durch jene, welche durch den Zwischenfluiddruck, der
auf den Boden der Ausnehmung
80 wirkt, erzeugt werden,
axial gegen das kreisende Spiralglied vorbelastet. Diese axiale
Druckvorbelastung sowie verschiedene Methoden zum Lagern des Spiralglieds
66 für eine begrenzte
axiale Bewegung werden im oben genannten US-Patent Nr.
4,877,382 des
Rechtsnachfolgers weitaus ausführlicher
offenbart.
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Eine
relative Drehung der Spiralglieder wird durch die übliche Olham-Kupplung
verhindert, welche einen Ring 86 umfasst, der ein erstes
Paar von Federn 88 (von denen eine dargestellt ist) aufweist, welche
gleitend in diametral entgegengesetzten Nuten 90 (von denen
eine dargestellt ist) im Spiralglied 66 angeordnet sind,
und ein zweites Paar von Federn (nicht dargestellt), welche gleitend
in diametral entgegengesetzten Nuten im Spiralglied 50 angeordnet sind.
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Nunmehr
nehmen wir auf 2 Bezug. Wenngleich
die Konstruktionsdetails der Gleitflächendichtung 82 nicht
Teil der vorliegenden Erfindung sind, ist zu Beispielszwecken die
Dichtung 82 von einer koaxialen Sandwich-Bauform und umfasst eine
ringförmige
Basisplatte 100, welche eine Mehrzahl gleich beabstandeter
aufrechter einstöckiger Vorsprünge 102 aufweist.
Auf der Platte 100 ist eine ringförmige Dichtung 106 angeordnet,
welche eine Mehrzahl gleich beabstandeter Löcher aufweist, welche die Vorsprünge 102 aufnehmen.
An der Oberseite der Dichtung 106 ist eine obere Dichtungsplatte 110 angeordnet,
welche eine Mehrzahl gleich beabstandeter Löcher aufweist, welche Basisabschnitte aufnehmen.
Die Dichtungsplatte 110 weist um ihren inneren Umfang angeordnet
eine nach oben vorragende ebene Dichtlippe 116 auf. Die
Baueinheit wird durch Stauchen der Enden von jedem der Vorsprünge 102 befestigt,
wie bei 118 dargestellt ist.
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Die
gesamte Dichtungsbaueinheit sieht demnach drei gesonderte Dichtungen
vor; nämlich
eine Innendurchmesserdichtung bei
124, eine Außendurchmesserdichtung
bei
128 und eine obere Dichtung bei
130. Die Dichtung
124 befindet
sich zwischen dem inneren Umfang der Dichtung
106 und der
Innenwand der Ausnehmung
80. Die Dichtung
124 trennt
unter Zwischendruck stehendes Fluid im Boden der Ausnehmung
80 von
unter Auslassdruck stehendem Fluid in der Ausnehmung
72.
Die Dichtung
128 befindet sich zwischen dem äußeren Umfang
der Dichtung
106 und der Außenwand der Ausnehmung
80 und
trennt unter Zwischendruck stehendes Fluid im Boden der Ausnehmung
80 von
unter Ansaugdruck stehendem Fluid innerhalb der Ummantelung
10.
Die Dichtung
130 befindet sich zwischen der Dichtlippe
116 und
einem ringförmigen Schleißring
132,
welcher die Öffnung
74 in
der Trennwand
16 umgibt, und trennt quer über das
obere Ende der Dichtungsbaueinheit unter Ansaugdruck stehendes Fluid
von unter Auslassdruck stehendem Fluid. Die Details der Konstruktion
der Dichtung
82 sind ähnlich
jenen, welche im US-Patent Nr.
5,156,539 beschrieben
werden, dessen Offenbarung diesem Dokument hiermit durch Bezugnahme
einverleibt wird.
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Der
Kompressor ist vorzugsweise vom "Niederdruckseiten"-Typ, bei welchem
Sauggas, das über
den Deflektor 22 eintritt, ermöglicht wird, zum Teil in die Ummantelung
auszutreten und beim Kühlen
des Motors mitzuwirken. Solange ein ausreichender Fluss an zurückströmendem Sauggas
vorliegt, bleibt der Motor innerhalb gewünschter Temperaturgrenzen.
Wenn jedoch dieser Fluss erheblich abfällt, veranlasst der Verlust
an Kühlung
in weiterer Folge, dass der Motorschutzschalter 46 auslöst und die
Maschine abschaltet.
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Der
Spiralkompressor, welcher bislang in großen Zügen beschrieben wurde, ist
mit Ausnahme eines Temperaturschutzsystems 200 entweder
bereits im Stand der Technik bekannt oder Gegenstand anderer anhängiger Anmeldungen
für Patente,
die an den Rechtsnachfolger der vorliegenden Erfindung abgetreten
wurden. Die Konstruktionsdetails, welche die Grundgedanken der vorliegenden
Erfindung beinhalten, sind jene, welche sich mit dem einzigartigen Temperaturschutzsystem
befassen, das allgemein durch die Bezugszahl 200 bezeichnet
ist. Das Temperaturschutzsystem 200 bewirkt, dass der Kompressor
jegliches erhebliche Pumpen einstellt, wenn das Abgas übermäßige Temperaturen
erreicht. Das Einstellen des Pumpbetriebs beraubt den Motor seines
normalen Kühlgasflusses.
Durch die Leckage des Abgases zum Ansaugbereich des Kompressors wird
das Hochtemperatur-Abgas herum und durch den Motor zirkuliert, wodurch
die Temperatur des Stators 24 und der Wicklungen 40 erhöht wird.
Der Anstieg der Temperatur des Stators 24 und der Wicklungen 40 erhitzt
den Normmotorschutzschalter 46, welcher dann auslöst und den
Motor abschaltet.
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Das
Temperaturschutzsystem 200 umfasst eine auf Temperatur
ansprechende Ventilbaugruppe 202 und eine auf Temperatur
ansprechende Ventilbaugruppe 204. Die auf Temperatur ansprechende Ventilbaugruppe 202 umfasst
einen kreisförmigen Ventilhohlraum 206,
der im Boden der Ausnehmung 72 angeordnet ist und eine
ringförmige
Stufe 208 aufweist. Der Boden des Hohlraums 206 kommuniziert mit
einem axialen Durchgang 210 von kreisförmigem Querschnitt, welcher
seinerseits mit einem radialen Durchgang 212 kommuniziert.
Das radial äußere Auslassende
des Durchgangs 212 steht in Kommunikation mit dem Sauggasbereich
innerhalb der Ummantelung 10. Die Kreuzung von Durchgang 210 und dem
ebenen Boden des Hohlraums 206 definiert einen kreisförmigen Ventilsitz,
in welchem für
gewöhnlich
der kugelförmige
mittige Ventiltechnikabschnitt eines kreisförmigen, leicht kugelförmigen,
relativ dünnen,
tellerartigen Bimetallventils 214 angeordnet ist, welches
eine Mehrzahl von Durchgangs löchern aufweist,
die von dem kugelförmigen
Ventiltechnikabschnitt radial auswärts angeordnet sind.
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Das
Ventil 214 wird durch einen tassenförmigen spinnenartigen Festhalteringn 220,
der einen offenen mittigen Abschnitt und eine Mehrzahl von beabstandeten,
sich radial nach außen
erstreckenden Fingern 222 aufweist, die für gewöhnlich einen
geringfügig
größeren Durchmesser
als die Seitenwand des Hohlraums 206 aufweisen, arretiert.
Nachdem das Ventil 214 am vorgesehenen Ort angebracht wurde,
wird der Festhaltering 220 in den Hohlraum 206 gedrückt, bis
er auf einer Mehrzahl von Flanschen, die sich von den Fingern 222 wegerstrecken,
den Boden erreicht. Der Festhaltering 220 wird durch die Finger 222,
welche mit der Seitenwand des Hohlraums 206 in Eingriff
gelangen, arretiert.
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Die
Ventilbaugruppe 202, welche in der Abgasausnehmung 72 angeordnet
ist, wird völlig
der Temperatur des Abgases sehr nahe bei dem Punkt, an dem es aus
den Spiralmänteln 54 und 64 austritt, ausgesetzt.
Je näher
der Ort, an welchem die Abgastemperatur erfasst wird, bei der tatsächlichen
Abgastemperatur liegt, die in der letzten Spiralverdichtungstasche
vorliegt, desto genauer wird die Maschine als Reaktion auf die Auslasstemperatur
gesteuert. Die Materialien des Bimetallventils 214 werden
unter Anlegen herkömmlicher
Kriterien gewählt,
so dass, wenn das Abgas einen vorgegebenen Wert erreicht, der als übermäßig betrachtet
wird, das Ventil 214 in seine offene Position "schnappt", in welcher es nach oben
leicht konkav ist, wobei sein äußerer Umfang mit
der Stufe 208 in Eingriff steht und sein mittiger Ventiltechnikabschnitt
von dem Ventilsitz weg angehoben ist. In dieser Position kann Hochdruck-Abgas durch
die Löcher
im Ventil 214 und die Durchgänge 210 und 212 in
das unter Ansaugdruck stehende Innere der Ummantelung 10 austreten.
Dieses Austreten bewirkt, dass das Abgas in den Kreislauf zurückgeführt wird,
was den Zustrom von kühlem
Sauggas reduziert, wodurch der Motor seinen Fluss von Kühlflüssigkeit,
d. h. den Einlassfluss von relativ kühlem Sauggas, verliert. Der
Motorschutzschalter 46, die Motorwicklungen 40 und
der Stator 24 erhitzen sich somit infolge sowohl des Vorliegens
von relativ heißem
Abgas als auch des reduzierten Flusses von Sauggas. Die Motorwicklungen 40 und
der Stator 24 dienen als Wärmesenke, um schließlich den
Motorschutzschalter 46 auszulösen und somit den Kompressor
abzuschalten.
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Eines
der Probleme, die mit den im Stand der Technik bekannten Systemen,
welche nur die Ventilbaugruppe 202 umfassen, einhergehen,
ist die Zeitverzögerung,
wann das Ventil 214 reagiert und wann der Motorschutzschalter 46 auslöst. In bestimmten Umständen kann
diese Zeitverzögerung übermäßig sein
und die Beschädigung
eines oder beider der Spiralglieder 50 und 66 nach
sich ziehen. Nachdem das Ventil 214 aufgeschnappt ist und
während
das Abgas die Motormasse erhitzt, kann die Gasauslasstemperatur
rasch ansteigen. Übermäßige Spiraltemperaturen,
die durch das Hochtemperatur-Abgas herbeigeführt werden, können zu
Flügelspitzenfraß führen.
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Ein
anderes Problem, welches mit der Ventilbaugruppe
202 einhergeht,
ist, dass sich das Ventil
214 nicht öffnen kann, wenn eine große Differenz zwischen
dem Ansaug- und dem Auslassdruck vorliegt. Die Bimetallscheibe erzeugt
nur einige wenige Pfund Kraft, welche die Druckdifferenz überwinden müssen, die
entlang dem Durchgangsbereich vorliegt, ehe sie öffnen kann. Dies schränkt die
Größe des Durchgangs
210 und
somit die Menge an Abgas, welche umgeleitet werden kann, um den
Motor zu erwärmen,
ein. Diese Einschränkung
ist mit den neuen umweltfreundlichen Kühlmitteln besonders restriktiv, da
diese bei höheren
Drücken
eingesetzt werden, was höhere
Druckdifferenzen zur Folge hat. Nur das Ventil
214 im
Auslassbereich anzuordnen optimiert demnach die Erfassung der Abgastemperatur, schränkt jedoch
den Gasfluss ein und kann das optimale Dimensionieren des inneren
Dichtungsdurchmessers behindern.
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Ein
Temperaturschutz für
den Kompressor ist erforderlich, wenn das tatsächliche Betriebsdruckverhältnis des
Kompressors klar über
dem Auslegungsdruckverhältnis
liegt. Es wurde erkannt, dass ein erfolgreicher Temperaturschutz
der Spiralen erzielt wird, wenn übermäßig unter
Druck gesetztes Abgas zum Ansaugbereich des Kompressors in einem ausreichenden
Maß, damit
das resultierende Druckverhältnis
auf oder unter das Auslegungsdruckverhältnis des Kompressors reduziert
wird, umgeleitet wird. Mit lediglich der Ventilbaugruppe 202 kann
dies auf Grund der ihr eigenen Durchgangsgrößeneinschränkung nicht erreicht werden.
Demnach umfasst die vorliegende Erfindung die Ventilbaugruppe 204.
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Die
auf Temperatur ansprechende Ventilbaugruppe 204 umfasst
einen kreisförmigen
Ventilhohlraum 226, der im Boden der Ausnehmung 80 angeord net
ist und eine ringförmige
Stufe 228 aufweist. Der Boden des Hohlraums 226 kommuniziert
mit einem axialen Durchgang 230 von kreisförmigem Querschnitt,
welcher seinerseits mit einem radialen Durchgang 232 kommuniziert.
Das radial äußere Auslassende
des Durchgangs 232 ist in Kommunikation mit dem Sauggasbereich
innerhalb der Ummantelung 10. Die Kreuzung von Durchgang 230 und dem
ebenen Boden des Hohlraums 226 definiert einen kreisförmigen Ventilsitz,
in welchem für
gewöhnlich
der kugelförmige
mittige Ventiltechnikabschnitt eines kreisförmigen, leicht kugelförmigen,
relativ dünnen,
tellerartigen Bimetallventils 234 angeordnet ist, welches
eine Mehrzahl von Durchgangslöchern aufweist,
die von dem kugelförmigen
Ventiltechnikabschnitt radial auswärts angeordnet sind. Ein Paar
von Ausnehmungen 236 in der Basisplatte des nichtkreisenden
Spiralglieds 66, einer auf jeder Seite des Hohlraums 226,
wirken mit, die thermische Ansprechzeit für die Ventilbaugruppe 204 zu
verbessern.
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Das
Ventil 234 wird durch einen tassenförmigen spinnenartigen Festhaltering 240,
der einen offenen mittigen Abschnitt und eine Mehrzahl von beabstandeten,
sich radial nach außen
erstreckenden Fingern 242 aufweist, die für gewöhnlich einen
geringfügig
größeren Durchmesser
als die Seitenwand des Hohlraums 226 aufweisen, arretiert.
Nachdem das Ventil 234 am vorgesehenen Ort angebracht wurde, wird
der Festhaltering 240 in den Hohlraum 226 gedrückt, bis
er auf einer Mehrzahl von Flanschen, die sich von den Fingern 242 wegerstrecken,
den Boden erreicht. Der Festhaltering 240 wird durch die
Finger 242, welche mit der Seitenwand des Hohlraums 226 in
Eingriff gelangen, arretiert.
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Das
Ventil 234, welches in der ringförmigen Ausnehmung 80 angeordnet
ist, wird nicht Gas auf Auslassdruck ausgesetzt, sondern stattdessen
Gas auf einem Druck, der zwischen dem Ansaugdruck und dem Auslassdruck
des Kompressors liegt, ausgesetzt. Die Druckdifferenz am Ventil 234 ist
kein Problem, da der Zwischenkammerdruck der Auslegung nach kleiner
als der Auslassdruck ist. Die Größe der Durchgänge 230 und 232 muss
verglichen mit der Größe des Durchgangswegs 84,
welcher das Druckfluid der Ausnehmung 80 zuführt, groß sein.
Allerdings verursacht dies kein Problem und steht im Einklang mit
den Vorteilen des Vorsehens eines Durchgangswegs 84 mit
kleinem Durchmesser. Eine Einschränkung des Anordnens des Ventils 234 in
der Ausnehmung 80 ist, dass das Erfassen der Temperatur
des Abgases kein direktes Erfassen ist. Die Materialien des Bimetallventils 234 werden
unter Anlegen herkömmlicher
Kriterien gewählt,
so dass, wenn Zwischendruckgas einen vorgegebenen Wert erreicht, der
als übermäßig betrachtet
wird, das Ventil 234 in seine offene Position "schnappt", in welcher es nach oben
leicht konkav ist, wobei sein äußerer Umfang mit
der Stufe 228 in Eingriff steht und sein mittiger Ventiltechnikabschnitt
von dem Ventilsitz weg angehoben wird. In dieser Position kann das
Zwischendruckgas durch die Löcher
im Ventil 234 und die Durchgänge 230 und 232 in
das unter Ansaugdruck stehende Innere der Ummantelung 10 austreten. Dieses
Austreten bewirkt, dass die Gleitflächendichtung 82 herabfällt, was
die direkte Kommunikation zwischen Auslass und Ansaugung durch Brechen der
oberen Dichtung 130 ermöglicht.
Um das zuverlässige Öffnen der
Gleitflächendichtung 82 zu
gewährleisten,
wird eine Wellenfeder 246 zwischen der Gleitflächendichtung 82 und
der Trennwand 16 hinzugefügt.
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Neben
der Wellenfeder 246 wird ein zweites Merkmal vorgesehen,
um das zuverlässige Öffnen der
Dichtung 82 zu gewährleisten.
Im Betrieb fließt, wenn
die Gleitflächendichtung 82 zunächst geöffnet wird
und der offene Bereich an der oberen Dichtung 130 relativ
klein ist, das Abgas, welches an der Dichtung 130 austritt,
mit einer hohen Geschwindigkeit. Dieser Fluss des Abgases mit hoher
Geschwindigkeit ist ausreichend, um zu bewirken, dass der Gasdruck in
dem Bereich geringfügig
unterhalb des Ansaugdrucks liegt. Die resultierende Druckdifferenz
an der Gleitflächendichtung 82 neigt
dazu, der Wellenfeder 246 entgegenzuwirken und die Dichtung 130 zu schließen. Die
Betriebswertgrenzen des Kompressors begrenzen das Ausmaß der Kraft,
welche die Wellenfeder 246 gemäß ihrer Auslegung vorsehen kann,
und demnach den Bedarf an dem zweiten Merkmal.
-
Die
Gleitflächendichtung 82 wurde
modifiziert, um einen ringförmigen
aufwärtsgerichteten
Vorsprung 248 zu umfassen, der von der Dichtung 130 radial
nach außen
angeordnet ist. Auch wenn der Vorsprung 248 als getrennte
Komponente dargestellt ist, liegt es innerhalb des Umfangs der vorliegenden Erfindung,
den Vorsprung 248 als eine Einheit mit oder einstöckig mit
der Dichtungsplatte 110 auszubilden. Der ringförmige aufwärtsgerichtete
Vorsprung 248 wird vorgesehen, um ein Hindernis zu schaffen, welches
das Abgas, das an der Dichtung 130 austritt, umgehen muss.
Diese gewundene Route bewirkt vor Erreichen der Ansaugkammer des
Kompressors einen Druckabfall, bewirkt jedoch keinen erheblichen Druckabfall
an der Dichtung 130. Somit hält der Vorsprung 248 den
Druck oberhalb der Gleitflächendichtung 82 größer als
den Ansaugdruck und ermöglicht, dass
die Wellenfeder 246 die Gleitflächendichtung 82 vollständig öffnet. Die
Temperatureinstellung für
die Ventilbaugruppe 204 wird derart eingestellt, dass sie niedriger
als die Temperatureinstellung für
die Ventilbaugruppe 202 ist. Wenn die Ventilbaugruppe 202 infolge
einer übermäßigen Abgastemperatur
aufschnappt, fließt
das Hochtemperatur-Abgas durch den Durchgang 212. Wie aus 3 hervorgeht, ist der Durchgang 212 ausgebildet,
um der Ventilbaugruppe 204 benachbart zu sein. Somit wird
das Hochtemperatur-Abgas, welches durch den Durchgang 210 fließt, die
Temperatur der Ventilbaugruppe 204 erhöhen und bewirken, dass auch
die Ventilbaugruppe 204 aufschnappt und unterstützt durch
die Wellenfeder 246 die Gleitflächendichtung 82 entlastet
wird. Der Fluss von Hochtemperatur-Abgas vorbei an der Gleitflächendichtung 82 in
den Ansaugbereich des Kompressors erhöht die Menge an in den Kreislauf
zurückgeführtem Gas,
das verfügbar
ist, um den Motor zu erwärmen
und schließlich
den Motorschutzschalter 46 wie oben beschrieben auszulösen. Zweitens
gleicht er den Ansaug- und den Auslassdruck im Wesentlichen aus,
was eine Reduktion der Menge an im mittigen Abschnitt der Spiralglieder 50 und 66 erzeugter
Wärme zur
Folge hat.
-
Nunmehr
auf 4 und 5 Bezug nehmend wird dort eine andere Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung offenbart. Die in 4 und 5 dargestellte
Ausführungsform
ist dieselbe wie die in 1-3 dargestellte Ausführungsform,
abgesehen von den radialen Durchgängen 212 und 232,
welche durch Durchgänge 252 und 262 ersetzt
werden. Der in 1 dargestellte
Kompressor umfasst ein Druckentlastungsventil 78. Wenn
der Druck innerhalb der Auslassschalldämpferkammer 76 einen
vorgegebenen Druck überschreitet,
was beispielsweise im Fall eines blockierten Ventilators eintreten
könnte, öffnet sich
das Druckentlastungsventil 78 bei einem vorgegebenen Differenzdruck
zwischen dem Auslass- und dem Ansaugdruck, um Gas auf Auslassdruck
in den Ansaugbereich des Kompressors austreten zu lassen. Der Durchgang 252 ist
angeordnet, um sich unmittelbar unter dem Hohlraum 226 zu
erstrecken und er umfasst einen Abschnitt 254 mit reduziertem Durchmesser
und einen Abschnitt 256 mit erweitertem Durchmesser, welcher
dort beginnt, wo der Durchgang 252 unter dem Hohlraum 226 vorbeiläuft. Der
Durchgang 262 erstreckt sich vom Auslass des Druckentlastungsventils 78,
um sich mit dem Durchgang 252 an einem Punkt direkt unter
dem axialen Durchgang 230 zu kreuzen. Der Betrieb dieser
Ausführungsform
ist derselbe wie jener, der oben für 1-3 beschrieben
wurde, abgesehen davon, dass der Durchgang 262 das Freisetzen
von Hochtemperatur-Abgas vom Druckentlastungsventil 78 zum Wärmeventil 234 ermöglicht und
bewirkt, dass dieses aufschnappt. Somit wird ein Temperaturschutz
für Bedingungen übermäßigen Drucks
innerhalb der Kammer 76, beispielsweise Temperaturschutz
im Fall eines blockierten Ventilators, vorgesehen.
-
Nunmehr
auf 6 und 7 Bezug nehmend wird dort
eine andere Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung offenbart. Die in 6 und 7 dargestellte
Ausführungsform ähnelt der
in 1-3 dargestellten Ausführungsform, abgesehen davon,
dass die Ventilbaugruppen 202 und 204 entfernt
und durch eine einzige auf Temperatur ansprechende Ventilbaugruppe 302 ersetzt
wurden. Die auf Temperatur ansprechende Ventilbaugruppe 302 umfasst
einen kreisförmigen
Hohlraum 306, der innerhalb der Ausnehmung 72 angeordnet
ist und eine ringförmige
Stufe 308 aufweist. Der Boden des Hohlraums 306 kommuniziert
mit einem axialen Durchgang 310 von kreisförmigem Querschnitt,
welcher seinerseits mit einem radialen Durchgang 312 kommuniziert.
Das radial äußere Auslassende
des Durchgangs 312 steht in Kommunikation mit dem Sauggasbereich
innerhalb der Ummantelung 10. Die Kreuzung von Durchgang 310 und
dem Boden des Hohlraums 306 definiert einen kreisförmigen Ventilsitz,
in welchem der kugelförmige
mittige Ventiltechnikabschnitt eines kreisförmigen, leicht kugelförmigen,
relativ dünnen, tellerartigen
Bimetallventils 314 angeordnet ist, welches eine Mehrzahl
von Durchgangslöchern
aufweist, die von dem kugelförmigen
Ventiltechnikabschnitt radial auswärts angeordnet sind. Ein zweiter sich
radial erstreckender Durchgang 318 verbindet den Hohlraum 306 mit
der Zwischendruckkammer oder der Ausnehmung 80.
-
Das
Ventil 314 wird durch einen Stopfen 320, der über ein
Gewinde innerhalb des Hohlraums 306 aufgenommen oder auf
andere Weise innerhalb des Hohlraums 306 festgehalten ist,
arretiert. Die Ventilbaugruppe 302, welche innerhalb der
Abgasausnehmung 72 angeordnet ist, wird der Temperatur
des Abgases sehr nahe bei dem Punkt, an dem es aus den Spiralmänteln 54 und 64 austritt,
ausgesetzt. Auch wenn das Ventil 314 nicht in direktem
Kontakt mit Abgas steht, wie dies bei Ventil 214 der Fall
ist, kann dem durch Reduzieren der Öffnungstemperatur von Ventil 314 verglichen
mit Ventil 214 Rechnung getragen werden. Diese niedrigere
Temperatureinstellung ist möglich,
da das Ventil 314 unter Zwischendruck stehendem Gas und
nicht unter Auslassdruck stehendem Gas ausgesetzt wird.
-
Auf
Grund von Stopfen 320 und Durchgang 318 wird das
Ventil 314 Gas ausgesetzt, welches unter einem Druck steht,
der zwischen dem Ansaugdruck und dem Auslassdruck liegt, wie beim
Ventil 234 oben beschrieben wurde. Die Druckdifferenz am Ventil 314 ist
kein Problem, da der Zwischenkammerdruck der Auslegung nach kleiner
als der Auslassdruck ist. Die Größe der Durchgänge 310 und 312 muss
verglichen mit der Größe des Durchgangswegs 84,
welcher das Druckfluid der Ausnehmung 80 zuführt, groß sein.
Allerdings verursacht dies kein Problem und steht im Einklang mit
den Vorteilen des Vorsehens eines kleinen Durchgangswegs 84.
-
Die
Materialien des Bimetallventils 314 werden unter Anlegen
herkömmlicher
Kriterien gewählt, so
dass, wenn eine spezifische Temperatur erfasst wird, die als übermäßig betrachtet
wird, das Ventil 314 in seine offene Position "schnappt", ähnlich dem Ventil
234, um zu bewirken, dass unter Zwischendruck stehendes Gas durch
den Durchgang 318 durch die Löcher im Ventil 314 und
die Durchgänge 310 und 312 in
das unter Ansaugdruck stehende Innere der Ummantelung 10 austritt.
Dieses Austreten bewirkt, dass die Gleitflächendichtung 82 mit
der Unterstützung
der Wellenfeder 246 herabfällt, um zu ermöglichen,
dass Abgas durch Brechen der oberen Dichtung 130 der Dichtung 82 zur
Ansaugung austritt.
-
Neben
der Wellenfeder 246 wird ein zweites Merkmal vorgesehen,
um das zuverlässige Öffnen der
Dichtung 82 zu gewährleisten.
Im Betrieb fließt, wenn
die Gleitflächendichtung 82 zunächst geöffnet wird
und der offene Bereich an der oberen Dichtung 130 relativ
klein ist, das Abgas, welches an der Dichtung 130 austritt,
mit einer hohen Geschwindigkeit. Dieser Fluss des Abgases mit hoher
Geschwindigkeit ist ausreichend, um zu bewirken, dass der Gasdruck in
dem Bereich geringfügig
unterhalb des Ansaugdrucks liegt. Die resultierende Druckdifferenz
an der Gleitflächendichtung 82 neigt
dazu, der Wellenfeder 246 entgegenzuwirken und die Dichtung 130 zu schließen. Die
Betriebsgrenzen des Kompressors begrenzen das Ausmaß der Kraft,
welche die Wellenfeder 246 gemäß ihrer Auslegung vorsehen
kann, und somit den Bedarf an dem zweiten Merkmal.
-
Die
Gleitflächendichtung 82 wurde
modifiziert, um einen ringförmigen
aufwärtsgerichteten
Vorsprung 248 zu umfassen, der von der Dichtung 130 radial
nach außen
angeordnet ist. Auch wenn der Vorsprung 248 als getrennte
Komponente dargestellt ist, liegt es innerhalb des Umfangs der vorliegenden Erfindung,
den Vorsprung 248 als eine Einheit mit oder einstöckig mit
der Dichtungsplatte 110 auszubilden. Der ringförmige aufwärtsgerichtete
Vorsprung 248 wird vorgesehen, um ein Hindernis zu schaffen, welches
das Abgas, das an der Dichtung 130 austritt, umgehen muss.
Diese gewundene Route bewirkt vor Erreichen der Ansaugkammer des
Kompressors einen Druckabfall, bewirkt jedoch keinen erheblichen Druckabfall
an der Dichtung 130. Somit hält der Vorsprung 248 den
Druck oberhalb der Gleitflächendichtung 82 größer als
den Ansaugdruck und ermöglicht, dass
die Wellenfeder 246 die Gleitflächendichtung 82 vollständig öffnet. Der
Fluss von Hochtemperatur-Abgas vorbei an der Gleitflächendichtung 82 in
den Ansaugbereich des Kompressors erhöht die Menge an in den Kreislauf
zurückgeführtem Gas,
das verfügbar ist,
um den Motor zu erwärmen
und schließlich
den Motorschutzschalter 46 wie oben beschrieben auszulösen. Zweitens
gleicht er den Ansaug- und den Auslassdruck im Wesentlichen aus,
was eine Reduktion der Menge an im mittigen Abschnitt der Spiralglieder 50 und 66 erzeugter
Wärme zur
Folge hat.
-
Nunmehr
auf 8 und 9 Bezug nehmend wird dort
eine andere Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung offenbart. Die in 8 und 9 dargestellte
Ausführungsform ähnelt der
in 1-3 dargestellten Ausführungsform, abgesehen davon,
dass die Ventilbaugruppen 202 und 204 und das
Druckentlastungsventil 78 entfernt und durch eine einzige Ventilbaugruppe 400 ersetzt
wurden. Die Ventilbaugruppe 400 umfasst eine auf Temperatur
ansprechende Ventilbaugruppe 402 und eine auf Druck ansprechende
Ventilbaugruppe 404.
-
Die
auf Temperatur ansprechende Ventilbaugruppe 402 ist innerhalb
eines kreisförmigen
Hohlraums 406 angeordnet, welcher innerhalb der Ausnehmung 72 angeordnet
ist. Die Seitenwände
des Hohlraums 406 kommunizieren mit einem ersten winkeligen
Durchgang 410 von kreisförmigem Querschnitt, welcher
seinerseits mit einem radialen Durchgang 412 kommuniziert.
Das radiale äußere Auslassende
des Durchgangs 412 steht in Kommunikation mit dem Sauggasbereich
innerhalb des Gehäuses 10.
Ein zweiter sich winkelig erstreckender Durchgang 418 erstreckt
sich vom Hohlraum 406 zur Ausnehmung 80. Die auf
Temperatur ansprechende Ventilbaugruppe 402 umfasst ein
kreisförmiges
leicht kugelförmiges,
relativ dünnes,
tellerartiges Bimetallventil 414, welches eine Mehrzahl
von Löchern
aufweist, die von dem kugelförmigen
Ventiltechnikabschnitt radial auswärts angeordnet sind, einen
Ventilsitz 420, der eine mittige Öffnung 422 definiert,
eine sternförmige
Ventilführung 424 und
einen Stopfen 426. Der kugelförmige mittige Ventiltechnikabschnitt
des Ventils 414 liegt auf dem Ventilsitz 420 auf,
um die mittige Öffnung 422 zu
schließen
und somit die Ventilbaugruppe 402 zu schließen.
-
Die
Ventilbaugruppe 402 wird durch den Stopfen 426,
der über
ein Gewinde innerhalb des Hohlraums 406 aufgenommen oder
auf andere Weise innerhalb des Hohlraums 406 festgehalten
ist, arretiert. Ein Paar von O-Ringen, die zwischen der Ventilführung 424 und
dem Hohlraum 406 angeordnet sind, sorgen für das Abdichten
der Ventilbaugruppe 400. Die Ventilbaugruppe 402,
welche innerhalb der Abgasausnehmung 72 angeordnet ist,
wird der Temperatur des Abgases sehr nahe bei dem Punkt, an dem
es aus den Spiralmänteln 54 und 64 austritt, ausgesetzt.
Auch wenn das Ventil 414 nicht in direktem Kontakt mit
Abgas steht, wie dies bei Ventil 214 der Fall ist, kann
dem durch Reduzieren der Öffnungstemperatur
von Ventil 414 verglichen mit Ventil 214 ähnlich jener,
welche oben für
Ventil 314 beschrieben wurde, Rechnung getragen werden.
Diese niedrigere Temperatureinstellung ist möglich, da das Ventil 414 unter
Zwischendruck stehendem Gas und nicht unter Auslassdruck stehendem
Gas ausgesetzt wird.
-
Auf
Grund von Stopfen 426 und Durchgang 418 wird das
Ventil 414 wie auch bei den oben beschriebenen Ventilen 314 und 234 Gas
ausgesetzt, welches unter einem Druck steht, der zwischen dem Ansaugdruck
und dem Auslassdruck liegt. Die Druckdifferenz am Ventil 414 ist
kein Problem, da der Zwischenkammerdruck der Auslegung nach kleiner
als der Auslassdruck ist. Die Größe der Durchgänge 410 und 412 muss
verglichen mit der Größe des Durchgangswegs 84,
welcher das Druckfluid der Ausnehmung 80 zuführt, groß sein.
Allerdings verursacht dies kein Problem und steht im Einklang mit
den Vorteilen des Vorsehens eines kleinen Durchgangswegs 84.
-
Die
Materialien des Bimetallventils 414 werden unter Anlegen
herkömmlicher
Kriterien gewählt, so
dass, wenn eine spezifische Temperatur erfasst wird, die als übermäßig betrachtet
wird, das Ventil 414 ähnlich
den Ventilen 314 und 234 in seine offene Position "schnappt", um zu bewirken,
dass unter Zwischendruck stehendes Gas durch den Durchgang 418,
durch die sternförmige
Ventilführung 424,
durch die Löcher
im Ventil 414 und um das Ventil 414 herum, durch die Öffnung 422,
durch eine Mehrzahl von Öffnungen 430 und
eine Nut 432, welche in einem unteren Abschnitt der Ventilführung 424 der
Ventilbaugruppe 402 ausgebildet ist, durch Durchgänge 410 und 412 in
das unter Ansaugdruck stehende Innere der Ummantelung 10 austritt.
Dieses Austreten bewirkt, dass die Gleitflächendichtung 82 mit
der Unterstützung
der Wellenfeder 246 herabfällt, um zu ermöglichen,
dass Abgas durch Brechen der oberen Dichtung 130 der Dichtung 82 zur
Ansaugung austritt. Neben der Wellenfeder 246 wird ein
zweites Merkmal vorgesehen, um das zuverlässige Öffnen der Dichtung 82 zu
gewährleisten.
Im Betrieb fließt, wenn
die Gleitflächendichtung 82 zunächst geöffnet wird
und der offene Bereich an der oberen Dichtung 130 relativ
klein ist, das Abgas, welches an der Dichtung 130 austritt,
mit einer hohen Geschwindigkeit. Dieser Fluss des Abgases mit hoher
Geschwindigkeit ist ausreichend, um zu bewirken, dass der Gasdruck in
dem Bereich geringfügig
unterhalb des Ansaugdrucks liegt. Die resultierende Druckdifferenz
an der Gleitflächendichtung 82 neigt
dazu, der Wellenfeder 246 entgegenzuwirken und die Dichtung 130 zu schließen. Die
Betriebsgrenzen des Kompressors begrenzen das Ausmaß der Kraft,
welche die Wellenfeder 246 gemäß ihrer Auslegung vorsehen
kann, und somit den Bedarf an dem zweiten Merkmal.
-
Die
Gleitflächendichtung 82 wurde
modifiziert, um einen ringförmigen
aufwärtsgerichteten
Vorsprung 248 zu umfassen, der von der Dichtung 130 radial
nach außen
angeordnet ist. Auch wenn der Vorsprung 248 als getrennte
Komponente dargestellt ist, liegt es innerhalb des Umfangs der vorliegenden Erfindung,
den Vorsprung 248 als eine Einheit mit oder einstöckig mit
der Dichtungsplatte 110 auszubilden. Der ringförmige aufwärtsgerichtete
Vorsprung 248 wird vorgesehen, um ein Hindernis zu schaffen, welches
das Abgas, das an der Dichtung 130 austritt, umgehen muss.
Diese gewundene Route bewirkt vor Erreichen der Ansaugkammer des
Kompressors einen Druckabfall, bewirkt jedoch keinen erheblichen Druckabfall
an der Dichtung 130. Somit hält der Vorsprung 248 den
Druck oberhalb der Gleitflächendichtung 82 größer als
den Ansaugdruck und ermöglicht, dass
die Wellenfeder 246 die Gleitflächendichtung 82 vollständig öffnet. Der
Fluss von Hochtemperatur-Abgas in den Ansaugbereich des Kompressors
vorbei an der Gleitflächendichtung 82 erhöht die Menge
an in den Kreislauf zurückgeführtem Gas,
das verfügbar ist,
um den Motor zu erwärmen
und schließlich
den Motorschutzschalter 46 wie oben beschrieben auszulösen. Zweitens
gleicht er den Ansaug- und den Auslassdruck im Wesentlichen aus,
was eine Reduktion der Menge an im mittigen Abschnitt der Spiralglieder 50 und 66 erzeugter
Wärme zur
Folge hat.
-
Das
auf Druck ansprechende Ventil 404 umfasst den unteren Abschnitt
der Ventilführung 424 mit den Öffnungen 430 und
der Nut 432, ein Ventil 440 und eine Ventilfeder 442.
Der Ventilkörper 434 ist
innerhalb des unteren Abschnitts des Hohlraums 406 angeordnet,
und er definiert einen Hohlraum 444 und eine mittige Öffnung 446.
Das Ventil 440 ist innerhalb des Hohlraums 444 angeordnet
und gegen die Öffnung 446 vorbelastet,
um die Öffnung 446 durch
die Ventilfeder 442, welche gegen den Ventilsitz 420 der Ventilbaugruppe 402 wirkt,
zu schließen.
Der Ventilsitz 420 ist über
ein Gewinde innerhalb des Hohlraums 444 aufgenommen oder
durch andere im Stand der Technik bekannte Mittel innerhalb des Hohlraums 444 befestigt.
Der Abschnitt des Hohlraums 406 unterhalb der Ventilführung 424 wird durch
einen Durchgangsweg 448 in Kommunikation mit unter Auslassdruck
stehendem Gas innerhalb der Ausnehmung 72 gesetzt. Während des
normalen Betriebs des Kompressors wird das Ventil 440 durch
die Ventilfeder 442 gegen die Ventilführung 424 vorbelastet,
wodurch die Öffnungen 446 geschlossen
werden. Wenn der Auslassdruck einen vorgegebenen Wert überschreitet,
wirkt der Gasdruck gegen das Ventil 440 und überwindet
die Vorbelastung der Ventilfeder 442, um unter Auslassdruck
stehendes Gas in den Hohlraum 444 freizugeben, wo es durch
die Öffnungen 430,
die Nut 432 und die Durchgänge 410 und 412 in
den Ansaugbereich des Kompressors austritt. Dieser Fluss von relativ
heißem
Abgas erhitzt das Ventil 414 und bewirkt, dass dieses aufschnappt. Somit
wird der Temperaturschutz für
Bedingungen von übermäßigem Druck
innerhalb der Ausnehmung 72 und der Kammer 76,
beispielsweise Temperaturschutz im Fall eines blockierten Ventilators,
vorgesehen.
-
Nunmehr
auf 10 und 11 Bezug nehmend wird dort
eine andere Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung offenbart. Die in 10 und 11 dargestellte
Ausführungsform
ist dieselbe wie die in 1-3 dargestellte Ausführungsform,
abgesehen davon, dass die Ventilbaugruppe 202 und die Durchgänge 210 und 212 entfernt
und das auf Druck ansprechende Ventil 78 durch ein auf
Druck ansprechendes Ventil 450 ersetzt wurde. Das auf Druck
ansprechende Ventil 450 steht durch einen winkeligen Durchgangsweg 452 in
Kommunikation mit der Ausnehmung 80. Der Druckbetätigungspunkt
des auf Druck ansprechenden Ventils 450 ist ausgebildet,
um auf den unteren Zwischendruck anzusprechen. Bei einer übermäßigen Beaufschlagung
der Ausnehmung 80 mit Druck, öffnet sich das auf Druck ansprechende
Ventil 450 und lässt
mit Zwischendruck beaufschlagtes Fluid in die Ansaugung austreten,
was bewirkt, dass die Gleitflächendichtung 82 mit
der Unterstützung
der Wellenfeder 246 herabfällt, um durch Brechen der oberen
Dichtung 130 eine direkte Kommunikation zwischen Auslass
und Ansaugung zu ermöglichen.
Der Fluss von Hochtemperatur-Abgas in den Ansaugbereich des Kompressors
wird schließlich,
wie oben besprochen, den Motorschutzschalter 46 auslösen.
-
Typischerweise
soll das Zwischendruckentlastungs(IPR)-Ventil 78 durch
Reagieren auf eine große
Differenz zwischen dem Auslass- und dem Ansaugdruck Schutz gegen
hohen Auslassdruck bieten (beispielsweise durch einen blockierten
Kondensatorventilator verursacht). Das IPR-Ventil 450 wurde zur
Zwischenkammer bewegt, wodurch bewirkt wird, dass dieses auf eine
große
Differenz zwischen Zwischenkammerdruck (ICP) und Ansaugdruck reagiert. Dies
ist eine wirksame Form des Schutzes in einem gefluteten Startzustand.
Wenngleich der ICP für
gewöhnlich
ausgebildet ist, um vom Auslassdruck unabhängig zu sein, wurde beobachtet,
dass ein Austreten des Auslassdrucks in die Zwischenkammer bewirkt,
dass sich das IPR-Ventil 450 im Fall eines blockierten
Ventilators öffnet.
Anstatt auf ein Austreten zu vertrauen, um ein Schutzgerät auszulösen, ist das
Zwischenkammerspeiseloch derart angeordnet, dass während eines
kleinen des Kurbelzyklus die Zwischenkammer dem Auslassdruck ausgesetzt wird.
Der ICP steigt dann mit Zunehmen des Auslassdrucks an. Dieses Merkmal
ist vorteilhaft, um sowohl das IPR-Ventil 450 als auch
das auf Temperatur ansprechende Ventil 204 auszulösen.
-
Die
Ventilbaugruppe 204 ist mit der in 1-3 oben
beschriebenen ident, und ihr Betrieb ist derselbe.
-
Nunmehr
auf 12 und 13 Bezug nehmend wird dort
eine andere Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung offenbart. Die in 12 und 13 dargestellte
Ausführungsform
ist dieselbe wie die in 10 und 11 dargestellte Ausführungsform,
abgesehen davon, dass die Größe der Durchmesser
für die
Dichtungen 124 und 130 verringert wurde. Die Verringerung
der Durchmesser der Dichtungen 124 und 130 wird
derart gewählt,
dass die axiale Vorbelastung des nichtkreisenden Spiralglieds lediglich
auf dem Zwischen fluiddruck und nicht, wie in 10 und 11 dargestellt
wird, auf einer Kombination aus Zwischenfluiddruck und Auslassdruck
beruht. Der Durchmesser der Dichtung 124 muss derart gewählt werden,
dass die Projektionsfläche
des Auslassdrucks, welcher auf die obere Seite des nichtkreisenden
Spiralglieds 66 wirkt, kleiner ist als die durchschnittliche
Projektionsfläche
(während
einer Umdrehung der Kurbelwelle), mit welcher der Auslassdruck auf
die untere Seite der Basisplatte des nichtkreisenden Spiralglieds 66 wirkt.
Die axiale Vorbelastungswirkung des Auslassdrucks innerhalb des
Dichtungsdurchmessers 124 wird stets durch die Trennungswirkung
des Auslassdrucks im mittigen Bereich der Spiralglieder 50 und 66 mehr
als aufgewogen. Der Betrieb der in 12 und 13 dargestellten Ausführungsform
ist mit dem oben für 10 und 11 beschriebenen ident. Die Ausführungsform
in 12 und 13 sieht den Vorteil vor,
dass durch Verwendung der Dichtungen mit kleinerem Durchmesser die
Ventilbaugruppe 204 näher
beim Auslassdurchgangsweg des nichtkreisenden Spiralglieds 66 und
der Ausnehmung 74 angeordnet ist und somit stärker auf die
Temperatur des Abgases anspricht. Darüber hinaus kann, da die axiale
Vorbelastung des nichtkreisenden Spiralglieds 66 lediglich
auf dem Zwischendruck innerhalb der Ausnehmung 80 beruht,
die Gleitflächendichtung 82 entfernt
und durch ein massives ringförmiges
Glied ersetzt werden, welches an der Trennwand 16 befestigt
ist und sich gegebenenfalls von der Trennwand 16 in die
Ausnehmung 80 hinein erstreckt.
-
Bei
dieser Ausführungsform
wird die Winkelposition des Ventils 204 relativ zur Ansaugöffnung im nichtkreisenden
Spiralglied gewählt,
um für
maximales thermisches Ansprechen zu sorgen. Diese Anordnung liegt
für gewöhnlich innerhalb
des Bereichs von 180° bis
270° im
Uhrzeigersinn von der Ansaugöffnung,
gesehen von oberhalb des nichtkreisenden Spiralglieds 66.
-
Nunmehr
auf 14 und 15 Bezug nehmend wird dort
eine andere Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung offenbart. Die in 14 und 16 dargestellte
Ausführungsform
ist mit der in 11 und 12 dargestellten Ausführungsform
ident, abgesehen davon, dass die Ventilbaugruppe 204 in
Verbindung mit einem typischen IPR-Ventil 78 und nicht
mit einem IPR-Ventil 450 dargestellt ist. Ansonsten ist der
Betrieb der in 14 und 15 dargestellten Ausführungsform
mit dem oben für 11 und 12 beschriebenen ident.
-
Wenngleich
die vorangehende ausführliche Beschreibung
die bevorzugte Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung darlegt, sollte es sich verstehen, dass
die vorliegende Erfindung Modifikationen, Variationen und Änderungen
zulässt,
ohne dadurch vom Umfang und der angemessenen Bedeutung der beigefügten Ansprüche abzuweichen.