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Verdichter, insbesondere für Kältemaschinen Die Erfindung bezieht
sich auf einen Verdichter, insbesondere für Kälteanlagen, bei dem zum Erleichtern
des Anlaufens die vor und hinter dem Ventil befindlichen Räume nach Patent 653
720 ständig durch eine enge Ausgleichöffnung miteinander verbunden sind.
Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß bei einem Drehkolbenverdichter
eine besonders wirksame Anlaufentlastung herbeigeführt werden kann, wenn erfindungsgemäß
bei der Anwendung der Ausgleichöffnung in dem Plattendruckventil das Saugventil
in einem derartigen Abstand vom Arbeitsraum des Drehkolbenverdichters angeordnet
ist, daß der Raum des Einlaßkanals zwischen dem Saugventil und dem Arbeitsraum größer
als der Arbeitsraum des Drehkolbenverdichters ist. Diese erfindungsgemäße Lösung
geht von der Tatsache aus, daß den Drehkolbenverdichtern im Betrieb Öl zugeführt
wird, durch das der Arbeitsraum an der stets wandernden Berührungslinie zwischen
Kolben und umschließender Wandung abgedichtet wird. Bei Stillstand des Verdichters
wird der an der Berührungslinie vorhandene Ölfilm durch das unter Verflüssigungsdruck
stehende Kältemittel verdrängt, das trotz des geschlossenen Druckventils durch die
Ausgleichöffnung in den Arbeitsraum gelangt. Dieses Verhalten der Drehkolbenverdichter
ermöglicht eine besonders einfache und wirksame Anlaufentlastung mit Hilfe der engen
Ausgleichöffnung, denn der Verdichter braucht beim Anlaufen keine Verdichtungsarbeit,
sondern nur die geringe Arbeit zu leisten, die erforderlich ist, um das bereits
unter Verdichtungsdruck stehende Arbeitsmittel von der Druckseite mindestens teilweise
über
den nicht abgedichteten Spalt zwischen Drehkolben und Gehäuse auf die Saugseite
zu verdrängen, während der nicht durch diesen Spalt zur Saugseite zurückströmende
Teil des Arbeitsmittels durch das Druckventil ausgeschoben wird. Da jedoch das Arbeitsmittel
infolge des vorher herbeigeführten Druckausgleichs bereits unter Druck steht, hat
der Verdichter hierzu nur Ausschiebearbeit, aber keine Verdichtungsarbeit zu leisten.
Hierdurch wird nicht nur erreicht, daß der Verdichter mit einem bedeutend kleineren
Drehmoment anläuft, wodurch die Einschaltstromstöße gemildert und übermäßige Anlaufbelastungen
des Antriebs vermieden werden, sondern daß dieser entlastete Anlaufzustand annähernd
so lange bestehen bleibt, bis die zu bewegenden Massen (Rotor des Antriebsmotors
und Drehkolben des Verdichters) bereits eine beträchtliche Umfangsgeschwindigkeit
erreicht haben. Denn erst ungefähr zu diesem Zeitpunkt wird der die Druckseite gegen
den Saugraum abdichtende Ölfilm wiederhergestellt. Wegen der gegenüber dem Arbeitsraum
beträchtlichen Größe des Saugraumes kann in diesem Raume der Druck nur allmählich
abnehmen. Also sind selbst nach der Wiederherstellung des abdichtenden Ölfilms weitere
Arbeitsspiele des Verdichters erforderlich, bis dieser neues Gas ansaugt und die
volle Verdichtungsarbeit zu leisten hat. Da somit der Antriebsmotor während des
gesamten Beschleunigungsvorganges im wesentlichen nur die Beschleunigungsarbeit
aufzubringen und die Verdichtungsarbeit erst nach diesem Zeitpunkt zu leisten hat,
bleibt das Drehmoment während der gesamten Betriebsdauer praktisch das gleiche.
Im einzelnen ergibt sich dies aus der folgenden Beschreibung.
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Die Zeichnungen stellen eine Ausführungsform der Erfindung dar, und
zwar zeigen Abb. i einen senkrechten Schnitt durch einen gekapselten Elektroverdichter
für Kälteanlagen, wobei der Verdichter gemäß Linie I-I in Abb. 2 geschnitten ist,
Abb. 2 einen Schnitt nach Linie II-II in Abb. i, wobei das oberhalb der Schnittlinie
liegende Druckventil mit strichpunktierten Linien eingezeichnet ist, Abb. 3 einen
Schnitt nach Linie III-III in Abb. 2, Abb. q. und 5 Einzeldarstellungen einiger
Teile des Druckventils.
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In einem gasdicht gekapselten Gehäuse i ist ein Elektromotor angeordnet,
dessen Anker 3 mit einer Welle 4 fest verbunden ist. Die Welle 4 ist bei 5 und 6
drehbar gelagert und hat einen exzentrischen Teil 7, der in die Bohrung eines Drehkolbens
8 hineinpaßt. Der Drehkolben 8 ist als einfacherKreisringkörper ausgebildet. Er
wälzt sich beim Drehen der Welle 4 mit einer wandernden Berührungslinie 28 an der
Innenwand eines zylindrischen Körpers g ab, der zusammen mit einer am Gehäuse i
befestigten Grundplatte io und einem Deckel i i den sichelförmigen Arbeitsraum 12,13
und den Drehkolben 8 umschließt. Der Arbeitsraum ist durch einen Trennschieber 14
in zwei Teile geteilt, von denen der eine durch einen Einlaßkanal 15 mit einem Saugventil
16 und der andere durch einen Auslaßkanal 17 mit einem Druckventil 18 verbunden
ist. Der Trennschieber 14 ist in einer Aussparung des Körpers g geführt und wird
stets durch Federn ig gegen den Mantel des Drehkolbens 8 gedrückt. Das Saugventil
16 ist als Rückschlagventil ausgebildet. Das Druckventil besteht im wesentlichen
aus einer Blattfeder 18, die gemäß Abb. 3 auf dem oberen verbreiterten Teil des
Auslaßkanals 17 liegt. Die Blattfeder 18 hat gemäß Abb. 4 zwei seitliche Schlitze
1g, mit denen sie in zwei am Deckel i i befestigten Stiften 2o geführt ist. Die
Stifte 2o dienen auch zur Führung einer starken Ventilplatte 21 und von Federn 22,
die sich mit einem Ende gegen die Ventilplatte 21 und dem anderen Ende gegen Bunde
23 der Stifte 2o abstützen. An das Druckventil schließt sich nach oben als Anfang
einer Druckleitung 24, die zum nicht dargestellten Verflüssiger führt, ein Sammelraum
25 für das verdichtete Gas an.
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Infolge der Wölbung der Ventilplatte 21 und bei entsprechender Bemessung
der Federn 22 arbeitet bei dem dargestellten Druckventil im allgemeinen nur die
Blattfeder 18. Sie hebt sich, wenn der Druck im Druckteil 13 des Arbeitsraums genügend
hoch geworden ist, und legt sich dabei an die Unterseite der Wölbung der Ventilplatte
21 an. Hierdurch hat das verdichtete Mittel Gelegenheit, seitlich zur Blattfeder
18 in den Sammelraum 25 zu entweichen. Beim Beginn des Saughubes wird der Auslaßkanal
17 wieder durch Zurückfedern der Blattfeder 18 in ihre Ruhestellung versperrt. Nur
bei übermäßiger Druckerhöhung im Arbeitsraum, z. B. bei Flüssigkeitschlägen, wird
auch die Ventilplatte 2i entgegen der Wirkung der Feder 22 mit angehoben, um Beschädigungen
der Maschine zu vermeiden.
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In der Blattfeder 18, die zweckmäßig aus einem dünnen, federnden Stahlblech
hergestellt ist, ist gemäß der Erfindung eine kleine Öffnung 26 vorgesehen, durch
die der Druckteil 13 des Arbeitsraums, ständig mit dein Sammelraum 25 für das verdichtete
Gas und hierdurch mit der Druckleitung 24 in Verbindung steht. Damit diese Verbindung
nicht durch die Ventilplatte 2i gestört wird, ist auch in dieser eine Aussparung
27 angebracht,
die zweckmäßig größer als die Öffnung 26 ist. Die
sehr kleine Ausgleichöffnung 26 in der Blattfeder 18 hat folgenden Zweck:
Bei Stillstand der Maschine strömt zunächst so lange Gas von dem Sammelraum 25 durch
die Ausgleichöffmung 26, bis sich der Druck in dem Sammelraum 25 und denn Druckteil
13 des Arbeitsraumes 12, 13 entsprechen. Dabei verdrängt der Druck
den an der jetzt stillstehenden Berührungslinie 28 zwischen Kolben und Innenwand
des Körpers 9 vorhandenen Ölfilm, der sich beim Laufen der Maschine bildet und die
beiden Teilräume 12 und 13 des Arbeitsraums gegeneinander abdichtet. Durch dieses
Verdrängen des Ölfilms verschwindet die Dichtung zwiscb;en den Teilräumen 12 und
13, so daß der Druck des Sammelraums 25 und der Druckleitung 2d. auch in den Saugteil
12 und von dort in den Einlaßkanal 15 bis zum Rückschlagventil 16 gelangen kann.
Es wird also durch -die Ausgleichöffnung 26 erreicht, daß kurze Zeit nach Stillsetzen
der Maschine in dem ganzen Arbeitsraum 12, r :, und dem Einlaßkanal 15 der
höchste Druck der Druckleitung herrscht.
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Der hohe Druck im Arbeitsraum des Drehkolbenverd'ichters ermöglicht
ein leichtes Anlaufen nach dem Stillstand, da der Drehkolben bei der ersten Umdrehung
überhaupt keine Verdichtungsarbeit zu leisten hat, sondern nur das bereits verdichtete
Gas durch das Auslaßventil 18 auszuschieben braucht. Ferner sorgt der hohe
Druck in dem Saugteil 12 und dem Einlaßkanal 15 dafür, daß bei der ersten Umdrehung
kein neues Gas aus der Saugleitung einströmen kann, das Verdichtungsarbeit erfordern
würde. Für die nächste Umdrehung der Maschine füllt das noch immer hochverdichtete
Gas in dem Einlaßkanal 15 den Saugteil 12, so daß auch bei der nächstens Umdrehung
noch in der Hauptsache Ausschubarbeit für das bereits hochgespannte Gas und noch
keine nennenswerte Verdichtungsarbeit zu leisten ist. Auch kann jetzt immer noch
kein Gas in den Einlaßkanal 15 über das Rückschlagventil 16 einströmen. Vielmehr
ist für mehrere Umdrehungen die Gaszufuhr durch das Rückschlagventil 16 vollständig
gesperrt. Erst allmählich, wenn der Verdichter angelaufen ist, sinkt der Druck in
dein Kanal 15 durch den immer kleiner werdenden Saugdruck des Arbeitsraumes, so
daß sich schließlich das Rückschlagventil 16 zum Ansaugen neuen Gases öffnen kann.
Zur Erzielung einer guten Anlaufentlastung ist es also auch zweckmäßig, den Kanal
15 nicht zu klein zu bemessen, er wird vielmehr größer als der Arbeitsraum des Drehkolbenverdichters
gewählt.
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Es wird also bei Drehko,lbenverdichtern, bei denen kurz vor dem Arbeitsraum
eine Rückschlagsicherung gegen das Rückströmen des im Arbeitsraum befindlichen Gases
vorgesehen ist, durch das Anbringen einer kleinen Ausgleichöffnung zwischen dem
Druckteil des Verdichters und der Druckleitung eine einfache und sicher wirkende
Anlaufentlastung geschaffen. Die hierdurch erreichte Drehmomentverkleinerung beim
Ingangsetzen der Maschine ermöglicht die Verwendung eines kleineren Antriebsmotors,
-ras insbesondere bei den gekapselten Kleinkältemaschinen wegen des Preises und
des Raumbedarfs eine erhebliche Rolle spielt. Eine besonders zweckmäßige Bauart
ist diejenige, die in der Zeichnung dargestellt ist, bei der die Ausgleichbohrung
26 in der das Druckventil bildenden, leicht auswechselbaren Blattfeder z8 selbst
angebracht ist. Die Herstellung der kleinen Ausgleichöffnung 26 ist außerordentlich
einfach und billig, da nur darauf geachtet zu werden braucht, daß die Öffnung nicht
zu groß wird, wodurch ein zu großer Leistungsabfall des Verdichters bedingt wäre.
Gegenüber dem Verdichter ohne die Ausgleichöffnung dürfte jedoch eine Leistungsminderung
von 0,5 v. H., wie sie sich praktisch- ergibt, in Anbetracht der mit der Erfindung
erreichten Vorteile ohne weiteres als tragbar angesehen werden können.