DE69408713T2

DE69408713T2 - Rotationsgaskompressor

Info

Publication number: DE69408713T2
Application number: DE69408713T
Authority: DE
Inventors: Vipen Kumar Khetarpal; Guntis Viktors Strikis
Original assignee: Ford Motor Co
Current assignee: Ford Motor Co
Priority date: 1993-03-15
Filing date: 1994-02-01
Publication date: 1998-06-18
Anticipated expiration: 2014-02-02
Also published as: EP0623749B1; JPH06280766A; EP0623749A1; US5284426A; JP2912812B2; DE69408713D1; KR940021934A

Description

Diese Erfindung betrifft Kühlgasverdichter, insbesondere Kreiskolbenverdichter für Klimaanlagen in Automobilen.
Auf dem Fachgebiet von Klimaanlagen für Automobile ist es wohlbekannt Hubkolbenverdichter zur Verdichtung eines Kühlmittels wie Freongas bereitzustellen. Auch ist die Verwendung eines Spiralverdichters bekannt, der die durch die Hubkolben verursachten Vibrationen verringert und einen höheren volumetrischen und mechanischen Wirkungsgrad bereitstellt. Das dynamische Verhalten solcher herkömmlichen Verdichter ist in der Fachliteratur beschrieben, beispielsweise in einer Veröffentlichung mit dem Titel: "A Study On Dynamic Behaviour Of A Scroll Compressor", anläßlich der "1986 International Compressor Engineering Conference" an der Universität Purdue, 4.-7. August im Jahre 1986, in Bd. 3 veröffentlicht. Die Autoren sind Ishii, Fukushima, Sano und Sawai.
Mit der Einführung eines alternativen Kühlmittels, allgemein unter der Bezeichnung "R134A" bekannt, das Freongas als Kühlmittel in Klimaanlagen von Kraftfahrzeugen ersetzen kann, ist es notwendig, höhere Betriebsdrücke zu erzeugen. Dies neigt zur Schaffung von Problemen, die mit dem Abdichten des Kühlmittels verbunden sind. Die Verwendung dieses alternativen Kühlmittels erzeugt auch die Notwendigkeit, einen höheren volumetrischen Wirkungsgrad als den von Verdichtem für Freongas bereitzustellen und mit höheren Temperaturen des zugeführten Gases zu arbeiten. Ein Beispiel für einen Kompressor, der speziell für die Verwendung mit dem Kühlgas "R134A" angepaßt ist, wird im U.S.-Patent Nr. 5V015V161 offenbart, das dem Antragsteller der vorliegenden Erfindung zugeteilt wurde und die Grundlage des Oberbegriffs von Anspruch 1 bildet. Das 161er Patent beschreibt einen Kühlgasverdichter mit einem hohen Gesamtwirkungsgrad und minimalen inneren Undichtigkeiten trotz der Anwesenheit von Verdichtungsstufen höherer Ordnung. Der Kompressor des 161 er Patents umfaßt einen zweistufigen Kreisscheibenkolben, der das Druckdifferential über den Rotationsmechanismus hinweg verringert und folglich auch die Dichtigkeitsprobleme. Der Kreiskolben in der Anordnung des 161er Patents ist ein Umlaufkolben, der mit einer Kompressionskammer und einem inneren zylindrischen Träger zusammenwirkt, um zwei Druckkammern der ersten Stufe und zwei Verdichtungskammern der zweiten Stufe zu definieren. Der Auslaß der ersten Stufe versorgt den Einlaß der zweiten Stufe. Der Kreisscheibenkolben, der sich zwischen dem zylindrischen Träger und der Gehäusewand befindet, dreht sich um eine Achse die bezüglich der Achse des Trägers versetzt ist, wenn die Außenfläche des Kreisscheibenkolbens die Innenfläche des Gehäuses und die Innenfläche des Kreisscheibenkolbens die Außenfläche des Trägers berührt.
Äußere Schieber, die gleitend im Gehäuse angebracht sind, berühren die Außenfläche des Kreisscheibenkolbens, um zwei getrennte Verdichtungskammern für die erste Stufe festzulegen. Die inneren Schieber sind gleitend auf dem Träger angebracht, wobei sie die Innenfläche des Kreisscheibenkolbens berühren und zwei getrennte Verdichtungskammern für die zweite Stufe festlegen. Die zwei Verdichtungskammern der zweiten Stufe sind an den Punkten der tangentialen Berührung zwischen der Außenfläche des zylindrischen Trägers und der Innenfläche des Kreisscheibenkolbens voneinander getrennt und dynamisch abgedichtet. Gleichermaßen sind die zwei Verdichtungskammem der ersten Stufe an den Drehpunkten der tangentialen Berührung zwischen der Außenfläche des Kreisscheibenkolbens und der Innenfläche des Gehäuses voneinander getrennt und dynamisch abgedichtet.
Kühlgas, das die erste Stufe verläßt, wird durch Einlaßöffnungen zur zweiten Stufe geführt. Gas, das die zweite Stufe verläßt, durchläuft den Auslaß des Kompressors hin zum Verdampfer und zum Kondensator in der Klimaanlage.
Die Stellungen der Schieber und der entsprechenden Verdichtungskammern verändern sich bezüglich der Einlaßöffnungen in Abhängigkeit von der veränderlichen Stellung des Kreisscheibenkolbens. Die Schieber sind angepaßt, bei ihrer allgemein radialen Bewegung bezüglich der Achse des Kreisscheibenkolbens die Einlaßöffnungen zu öffnen und zu schließen.
Die vorliegende Erfindung umfaßt Verbesserungen in einem zweistufigen Kreisscheibenkolbenverdichter. Sie ist durch einen vergleichsweise hohen Wirkungsgrad bei niedrigen Drehzahlen gekennzeichnet. Sie kann an hohe Verdichtungsverhältnisse bei niedrigen Drehzahlen mit vergleichsweise hohen volumetrischen und mechanischen Wirkungsgraden angepaßt werden.
In Übereinstimmung mit einem Hauptmerkmal der vorliegenden Erfindung wird ein zweistufiger Kreisscheibenkolbenverdichter bereitgestellt, worin die Kompressorleistung je nach den Betriebserfordemissen variiert werden kann. Folglich muß der Kompressor nicht mit der vollen Leistung gefahren werden, wenn für die Betriebsumgebung der Klimaanlage nur Teillast erforderlich ist. Die mit der Speisung des Kompressors in der Klimaanlage einhergehenden Kriechstromverluste werden verringert.
Die einstellbare Leistungsregelung wird in unserem verbesserten Kompressor durch die selektive Stillegung der äußeren Schieber, die mit dem äußeren Umfang des Kreisscheibenkolbens zusammenwirken, erreicht. Es kann einer der äußeren Schieber selektiv stillgelegt werden, oder beide. Wenn beide äußeren Schieber voll funktionieren, wird der Kompressor offensichtlich mit 100% seiner Leistung arbeiten. Wenn einer der Schieber stillgelegt wurde, wird der Kompressor mit einer Leistung von etwa 70% arbeiten. Wenn beide Schieber stillgelegt sind, wird der Kompressor mit einer Leistung von etwa 50% arbeiten.
Die Schieber des verbesserten Verdichters werden von einem geeigneten Feststellmechanismus selektiv betätigt bzw. stillgelegt. In der in dieser Patentschrift beschriebenen bevorzugten Ausführungsform verwenden wir einen Elektromagnetregler, um die äußeren Schieber selektiv zu arretieren, jedoch können ebenso andere Arten von Vorrichtungen, etwa ein druckbetriebener Kolben oder ein Arretierungsstift, verwendet werden. Wenn nur ein Teil der Kompressorleistung erfordert ist, beeinflußt der Regler von einem äußeren Schieber die Winkelbewegung jenes äußeren Schiebers, wodurch der Schieber in einer Ruhestellung außerhalb der tangentialen Berührung mit dem Kreisscheibenkolben gehalten wird. Der zweite äußere Schieber kann gleichermaßen von einem zweiten Regler inaktiviert werden, indem er in einer Ruhestellung gehalten wird. Wenn sich beide Schieber in ihrer Ruhestellung befinden, wird der Kompressor weiterhin laufen, jedoch wird die Verdichtung allein durch die Pumpwirkung der zweiten Stufe hervorgerufen, die durch die inneren Schieber, den mitwirkenden zylindrischen Träger und die Innenfläche des Kreisscheibenkolbens festgelegt ist.
In Kompressorentwürfen aus dem Stand der Technik, worin ein Kreisscheibenkolben eingesetzt wird, besteht die Möglichkeit, einen äußeren Schieber stillzulegen Ein Beispiel dafür ist im U.S.-Patent 4,397,618 gezeigt, worin ein elektromagnetisches Stellglied in die Radialbewegung eines äußeren Schiebers eingreift, um die Verdichtungswirkung eines Kreisscheibenkolbens zu verhindern. Dies soll der Ersatz für eine Wandlerkupplung sein, die den Kompressor vollständig stillegt bzw. in Gang setzt. Es wird nicht zum Zwecke der Regelung der Verdichterleistung eingesetzt, sondern stellt lediglich eine Ein/Aus-Steuerung dar. Ein ähnlicher Entwurf wird in der japanischen Patentbeschreibung 59-51,187 vom 24. März 1984 offenbart. Wie im Fall des 618er Patents umfaßt der Aufbau der japanischen Patentbeschreibung eine von einem Elektromagneten betriebene Sperrvorrichtung für einen Schieber, die ein Ersatz für eine Ein/Aus-Steuerkupplung für den Kompressor ist, um diesen einzuschalten bzw. stillzulegen.
Die Erfindung wird nun weiter auf dem Wege von Beispielen unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben werden, in denen:
Abbildung 1A ein Seitenriß einer Antriebswelle und einer Kurbelwelle eines Verdichters zum Antreiben eines Kreisscheibenverdichters ist;
Abbildung 1B eine Seitenansicht der Antriebswelle von Abbildung 1A aus der Ebene der Schnittlinie 1B von Abbildung 1A ist;
Abbildung 1C eine Isometrie der in den Abbildungen 1A und 1B gezeigten Antriebswelle und exzentrischen Kurbelwelle ist;
Abbildung 1D ein Abschnitt des Gehäuses des Kompressors ist, der einen in einer Pumpkammer befindlichen zylindrischen inneren Träger einschließt;
Abbildung 1E eine Ansicht entlang der Ebene der Schnittlinle 1E von Abbildung 1D ist;
Abbildung 2 eine Isometrie ist, die die Kurbelwelle, den Kurbelwellenantrieb des Kreisscheibenkolbens, den Kreisscheibenkolben und die Antriebswelle zeigt;
die Abbildungen 3A bis 3K schematische Montageansichten des Kompressorgehäuses, des Kreisscheibenkolbens, des inneren Trägers und des inneren und des äußeren Schiebers sind. Jede Ansicht zeigt die Kreisscheibe in einer unterschiedlichen Winkelstellung bezüglich der Pumpkammer im Gehäuse;
Abbildung 4A eine Seitenansicht eines inneren Schiebers ist, der genau an den zylindrischen Träger des Kompressors angepaßt ist;
Abbildung 4B eine Ansicht des Schiebers von Abbildung 4A aus der Ebene der Schnittlinie 4B von Abbildung 4A ist;
Abbildung 5A eine Seitenansicht eines äußeren Schiebers ist, der für den Gleitkontakt mit dem stationären äußeren Gehäuse des Kompressors genau angepaßt ist; Abbildung 5B eine Ansicht aus der Ebene der Schnittlinie 5B von Abbildung 5A ist.
In Abbildung 1A ist die Antriebswelle des Kreisscheibenkolbens mit der Bezugsziffer 10 bezeichnet. Sie umfaßt einen Bereich 12 mit Keilwellennuten, der angepaßt ist, mit einer (nicht gezeigten) Antriebsscheibe verbunden zu werden, die von der Kurbelwelle des Fahrzeugmotors angetrieben wird. Ein zylindrischer Stützbereich 14 ist angepaßt, von einer zylindrischen Lageröffnung im Kompressorgehäuse aufgenommen zu werden, das nachfolgend beschrieben werden soll.
Ein Kurbelwellenabschnitt 16 umfaßt eine zylindrische Außenfläche 18, die von einer im Kreisscheibenkolben gebildeten Lageröffnung aufgenommen wird, wie nachfolgend erläutert werden wird. Die Achse der zylindrischen Fläche 18 ist bezüglich der Achse der Welle 10 um einen Betrag A versetzt, wie in Abbildung 1A gezeigt ist.
Abbildung 1C zeigt die Antriebswelle mit dem Kurbelteil als Perspektive. Abbildung 2 zeigt die Antriebswelle, den Kurbelabschnitt und den Kreisscheibenkolben in isometrischer, auseinandergezogener Darstellung.
In Abbildung 2 wird der Kreisscheibenkolben allgemein durch die Bezugsziffer 20 gekennzeichnet. Er umfaßt einen äußeren Ring 22 mit einer zylindrischen Außenfläche 24 und einer zylindrischen Innenfläche 26. Eine zylindrische Nabe 28 ist konzentrisch bezüglich der zylindrischen Flächen 24 und 26 angeordnet. Sie ist mit dem Ring 22 über eine radiale Verstärkung 30 verbunden.
Wenn der Kreisscheibenkolben auf der Welle 10 montiert ist, umgibt die Nabe 28 die Fläche 18. Eine Hülse 32 befindet sich zwischen der Oberfläche 18 und der zylindrischen Innenfläche der Nabe 28 und trägt somit drehbar den Kreisscheibenkolben 20 auf dem Kurbelabschnitt 16.
In Abbildung 1D ist das Kompressorgehäuse allgemein mit der Bezugsziffer 34 gekennzeichnet. Es umfaßt eine zylindrische Kompressorpumpkammer 36, die einen zylindrischen Träger 38 aufnimmt. Letzterer besitzt eine zylindrische Außenfläche und ist konzentrisch zur Innenfläche der Pumpkammer 36 angeordnet.
Abbildung 1E zeigt einen Querschnitt des Trägers. Er umfaßt eine radial verlaufende Platte, wie bei 40 gezeigt ist. Platte 40 ist an einer axialen Seite der Gehäusekammer 36 am Gehäuse befestigt. Ein zylindrischer Träger 42 bildet einen Teil der Platte 40. Ein Schieberschlitz 44 erstreckt sich diametral durch den zylindrischen Träger 42. Wie unter Bezugnahme auf die Abbildungen 3A bis 3K erläutert werden wird, befindet sich die zylindrische Fläche 46 des Trägers 42 in Berührung mit der zylindrischen Innenfläche 26 des Kreisscheibenkolbens, wenn die zylindrische Außenfläche 24 des Kreisscheibenkolbens die zylindrische Innenfläche der Gehäusekammer 36 berührt. Wie in Abbildung 2 ersichtlich ist, wird in der Nähe des Kurbelabschnitts 16 ein Gegengewicht 48 von der Welle 10 getragen. Wenn die Welle 10 rotiert, wirkt die von den auf der Achse der Hülse 28 befindlichen drehenden Teilen herrührende Fliehkraft der vom Gegengewicht 48 erzeugten Zentrifugalkraft entgegen und gleicht sie aus. In den Abbildungen 3A bis 3K werden die Gehäuseöffnung 36, der Träger und der Kreisscheibenkolben schematisch wiedergegeben. Der Kreisscheibenkolben, der Träger und die Kammer 36 wirken unter Bildung einer ersten und einer zweiten Pumpenstufe zusammen. Die Ansaugöffnung für die erste Pumpenstufe ist bei 50 gezeigt. Die Auslaßöffnung für die erste Stufe ist bei 52 im Gehäuse 34 gebildet. Die zylindrische Außenfläche 24 des Kreisscheibenkolbens berührt die zylindrische Innenfläche der Gehäusekammer 36 beim Berührungspunkt 54, wenn sich der Kreisscheibenkolben in der in Abbildung 3A gezeigten Stellung befindet. Die zylindrische Außenfläche des Trägers 38 berührt die zylindrische Innenfläche 26 des Kreisscheibenkolbens im Punkt 56.
Das Gehäuse 34 ist mit einem Schlitz 58 ausgestattet, der einen ersten äußeren Schieber 60 aufnimmt. Der Schieber 60 ist angepaßt, sich in einer allgemein radialen Richtung bezüglich des Zentrums des Trägers 38 zu bewegen. Eine schwache Feder 62 wirkt auf das radial außen gelegene Ende des Schiebers 60 und drängt den Schieber zur Berührung mit der zylindrischen Außenfläche 24 des Kreisscheibenkolbens, wie bei 64 gezeigt ist.
Der Schieber 60 besitzt einen Ventilsitz 66, der auf die Ansaugöffnung 50 angepaßt ist. Wenn sich der Schieber 60 radial nach innen bewegt, stellt die Aussparung 66 die Verbindung zwischen der Ansaugöffnung 50 und einer Gaskammer 68 her, die sich zwischen der zylindrischen Innenfläche 36 des Gehäuses und der zylindrischen Außenfläche 24 des Kreisscheibenkolbens befindet.
In 180º Entfernung vom Schlitz 58 befindet sich ein zweiter im Gehäuse 34 gebildeter Schlitz 58'. Ein zweiter äußerer Schieber 60' ist gleitend im Schlitz 58' untergebracht. Das innere Ende des Schiebers 60' berührt die Außenfläche 24 des Kreisscheibenkolbens, wie bei 64' gezeigt ist. Eine zweite Auslaßöffnung 52' für die erste Stufe steht mit einer halbmondförmigen Gaskammer in Verbindung, die von der Innenfläche 36 der Gehäusekammer und der Außenfläche 24 des Kreisscheibenkolbens gebildet wird. Sie befindet sich in unmittelbarer Nähe zum Schieber 60'. Gleichermaßen befindet sich der Durchgang 52 unmittelbar neben dem Schieber 60.
Der Schieber 60' besitzt einen Ventilsitz 66', der auf die Ansaugöffnung 50' angepaßt ist. Wenn der Schieber 60' wie in Abbildung 3A gezeigt ausgerichtet ist' wird die Verbindung zwischen der Ansaugöffnung 50' und der halbmondförmigen Kammer 70' die von der Außenfläche des Kreisscheibenkolbens 24 und der zylindrischen Innenfläche der Öffnung 36 festgelegt wird, hergestellt. Diese halbmondförmige Kammer entspricht der halbmondförmigen Kammer 72' die sich zwischen der Auslaßöffnung 52' der ersten Stufe und dem Schieber 58 befindet. Wenn sich der Kreisscheibenkolben entlang seiner Umlaufbahn in der Richtung des Pfeiles "ω" dreht, wie in Abbildung 3A gezeigt ist, wird das Volumen der halbmondförmigen Kammer 72 mit der Abnahme des Volumens der halbmondförmigen Kammer 70 mehr und mehr abnehmen. Dies wird nachstehend noch erklärt. Gas, das durch die Öffnung 52 tritt, fließt durch ein (nicht gezeigtes) Rückschlagventil Das Rückschlagventil wird den Transport von Kühlgas von der halbmondförmigen Kammer 70 erlauben, jedoch das Fließen in die entgegengesetzte Richtung verhindern. Gleichermaßen nimmt Öffnung 52' den Gasfluß aus der Kammer 72' auf. Ein (nicht gezeigtes) Rückschlagventil befindet sich in der Öffnung 52', um das Fließen in die entgegengesetzte Richtung wie im Fall der Öffnung 52 zu verhindern.
Eine halbmondförmige Pumpkammer der zweiten Stufe ist bei 74 gezeigt. Sie wird durch die Außenfläche des Trägers 38 und die zylindrische Innenfläche 26 des Kreisscheibenkolbens 20 festgelegt. Sie verläuft vom Berührungspunkt 56 hin zum Berührungspunkt 76 eines ersten Schiebers 78.
Wie vorstehend erwähnt, ist der Schieber 78 gleitend im Schieberschlitz 44 untergebracht. Er umfaßt einen Ventilsitz 80, der die Verbindung zwischen der Einlaßöffnung 82 der zweiten Stufe und der halbmondförmigen Kammer 74 herstellt. Die radial nach außen gerichtete Kante des Ventilsitzes 80 legt eine Steuerschieberkante 83 fest, die auf eine auf der Kante der Einlaßöffnung 82 der zweiten Stufe gebildete Steuerschieberkante 84 angepaßt ist. Auf ähnliche Weise legt die radial nach innen gerichtete Kante des Schieberschlitzes 66 des äußeren Schiebers 60 eine Steuerschieberkante 86 fest, die auf eine auf der Kante der Ansaugöffnung 50 gebildete Steuerschieberkante 88 angepaßt ist.
Ein zweiter innerer Schieber für die zweite Stufe wird bei 90 gezeigt, und er ist bezüglich des Schiebers 78 um 180º versetzt. Schieber 90 und Schieber 78 sind im gemeinsamen Schieberschlitz 44 untergebracht. Die äußere Kante des Schiebers 90 berührt die zylindrische Innenfläche 26 des Kreisscheibenkolbens, wie bei 92 gezeigt ist. Eine weitere Gaskammer 94 der zweiten Stufe wird von der zylindrischen Außenfläche des Trägers 38 und der zylindrischen Innenfläche 26 des Kreisscheibenkolbens festgelegt.
Die Kammer 94, wie aus Abbildung 3A ersichtlich ist, erstreckt sich vom Berührungspunkt 56 zwischen der zylindrischen Innenfläche 26 und der zylindrischen Außenfläche des Trägers 38 zum Berührungspunkt 92 des inneren Schiebers 90. Eine Auslaßöffnung 96 der zweiten Stufe steht mit der Kammer 94 und der Kammer 96 in Verbindung, wenn sich der Kolben entlang seiner Umlaufbahn bewegt. Eine weitere Auslaßöffnung 98 der zweiten Stufe steht mit den halbmondförmigen Purnpkammern in Verbindung, die von der Innenfläche 26 des Kreisscheibenkolbens und der Außenfläche des Trägers 38 gebildet werden. In der in Abbildung 3A gezeigten Stellung des Kreisscheibenkolbens erstreckt sich die halbmondförmige Kammer 100, die in der Winkelanordnung der in Abbildung 3A gezeigten Kompressorteile einer der Kammern für die zweite Stufe 94 oder 74 entspricht, vorn Berührungspunkt 92 des Schiebers 90 zum Berührungspunkt 76 des Schiebers 78. Eine schwache Feder 102, die sich im Schlitz 44 befindet, drängt die inneren Schieber 90 und 78 zur Berührung mit der Innenfläche 26 des Kreisscheibenkolbens.
Eine Einlaßöffnung für die zweite Stufe ist bei 104 gezeigt. Diese entspricht der Einlaßöffnung für die zweite Stufe 82. Die Einlaßöffnung für die zweite Stufe 104 steht mit der Auslaßöffnung für die erste Stufe 52 über innere Durchlässe und -gänge im Gehäuse 34 in Verbindung. Gleichermaßen steht die Auslaßöffnung 52' für die erste Stufe mit der Einlaßöffnung für die zweite Stufe 82 über innere Durchlässe und -gänge im Gehäuse 34 in Verbindung. Die inneren Durchlässe und -gänge sind in den Zeichnungen nicht eigens offenbart. Sie entsprechen jedenfalls den im U.S.-Patent Nr.5,015,561 beschriebenen Durchlässen und -gängen. Um die Beschreibung dieser Patentschrift zu ergänzen, kann man sich auf jenes Patent beziehen.
Um die Betriebsweise des Kompressors zu beschreiben, ist in den Abbildungen 3A bis 3K die Stellung des Kreisscheibenkolbens in aufeinanderfolgenden Winkelpositionen gezeigt. In Abbildung 3A befindet sich der Kreisscheibenkolben in einer sogenannten "Nullwinkelstellung". Wenn der Kreisscheibenkolben um 30º im Uhrzeigersinn von der in Abbildung 3A gezeigten Stellung gedreht wird, werden der Kreisscheibenkolben, die Schieber, der Träger und die Gehäuseöffnungen die in Abbildung 3B gezeigten relativen Stellungen einnehmen. Zu diesem Zeitpunkt ist der Berührungspunkt 54 um 300 bezüglich der Vertikalachse 104 und der Horizontalachse 106 versetzt. Die Achsen 104 und 106 schneiden sich am Mittelpunkt 108 der Antriebswelle 10.
10 Wie in Abbildung 3B gezeigt ist, nimmt das Volumen der Kammer 68 im Vergleich zu dem in Abbildung 3A gezeigten Volumen zu. Ferner bewegt sich der äußere Schieber 60 radial nach innen, wenn die Steuerschieberkanten 86 und 88 des äußeren Schiebers 60 damit beginnen, eine Verbindung zwischen der Ansaugöffnung 50 und der Kammer 68 herzustellen. Gleichermaßen nimmt das Volumen des Zwischenraumes 72 ab, wenn sich der Schieber 60' nach außen bewegt. Die Gase, die als Folge einer Volumenabnahme der Kammer 72 darin komprimiert werden, werden durch die Auslaßöffnung 52' der ersten Stufe und durch ein Rückschlagventil in die Einlaßöffnung 82 der zweiten Stufe gepumpt, wobei für diesen Zweck ein geeignetes Gefüge innerer Durchgänge im Gehäuse 34 gebildet ist.
Gleichzeitig mit der Verschiebung um 30º im Uhrzeigersinn des Kreisscheibenkolbens nimmt das Volumen der Kammer 94. die von der Innenfläche des Kreisscheibenkolbens und der Umlauffläche des Trägers gebildet wird, bei zunehmendem Volumen der Kammer 100 ab. Das in der Kammer 94 komprimierte Gas wird durch die Auslaßöffnung 96 der zweiten Stufe entladen. Die Einlaßöffnung der zweiten Stufe läßt Kühlgas in die Kammer 100 über einen im Schieber 90 gebildeten Ventilsitz 106 eintreten. Der Schieber 90 besitzt eine Steuerschieberkante 108, die auf die im Schlitz 44 gebildete Steuerschieberkante 110 angepaßt ist. Die Auslaßöffnung 98 der zweiten Stufe gestattet, daß Gas der Einlaßöffnung der zweiten Stufe entnommen wird, weil die Auslaßöffnung 98 der zweiten Stufe ein Rückschlagventil besitzt, das das Fließen in umgekehrter Richtung in die Expansionskammer 100 verhindert.
Wenn sich der Kreisscheibenkolben von der 30º-Stellung von Abbildung 3B in die 50.85º-Stellung aus Abbildung 3C bewegt, nimmt das Volumen der Kammer 100 ab, und der auf diese Weise in der Kammer 100 aufgebaute Druck öffnet das Rückschlagventil zur Auslaßöffnung 98 der zweiten Stufe. Dies findet statt, während die Auslaßöffnung 96 der zweiten Stufe weiter die Gase durch ihr Rückschlagventil entlädt und das Volumen der Kammer bei 94 abnimmt.
Der äußere Schieber 60 ermöglicht die Verbindung zwischen der Ansaugöffnung 50 und der Expansionskammer 68. Ferner erhält der äußere Schieber 60' die Verbindung zwischen der Ansaugöffnung 50' und der Expansionskammer 70 aufrecht. Dies findet statt, während sich der Schieber 60' weiter radial nach außen bewegt.
Wenn der Kreisscheibenkolben in die in Abbildung 3D gezeigte 60º-Stellung gedreht wird, nimmt das Volumen der Kammer 68 weiter zu, während der Ventilsitz 66 weiter angesaugtes Gas durch die Ansaugöffnung 50 und die Steuerschieberkanten 86 und 88 eintreten läßt. Das Volumen der Kammer 72 verringert sich weiter, während Gas aus der Öffnung 52' entladen wird. Der Berührungspunkt 56 zwischen der Außenfläche des Trägers und der Innenfläche 26 des Kreisscheibenkolbens befindet sich nun unmittelbar nahe der Auslaßöffnung 96 der zweiten Stufe. Zu diesem Zeitpunkt wird das Gas in der Kammer 94 im wesentlichen vollständig in die Auslaßöffnung der zweiten Stufe entladen. Die Kammer 74 befindet sich über den vollständig geöffneten Ventilsitz 80 im Schieber 78 in voller Verbindung mit der Einlaßöffnung 82 der zweiten Stufe. Die Ausdehnung der Kammer 74 schreitet voran, wenn der Kreisscheibenkolben in die 90º-Stellung von Abbildung 3E, in die 120º- Stellung von Abbildung 3F, in die 150º-Stellung von Abbildung 3G und schließlich in die 180º-Stellung von Abbildung 3H gedreht wird. Das Rückschlagventil in der Öffnung 96 verhindert zu diesem Zeitpunkt das rückwärtige Fließen des Kühlgases Wenn sich der Kreisscheibenkolben in die in Abbildung 31 gezeigte Stellung von 210º bewegt, dichten die Steuerschieberkanten 84 und 82 die Einlaßöffnung der zweiten Stufe von der Kammer 74 ab, die Kompression des Gases in der Kammer 74 beginnt und das Ventil in der Auslaßöffnung 96 der zweiten Stufe öffnet sich. Gleichzeitig mit diesem Vorgang nimmt das Volumen der Kammer 100 zunehmend in dem Maße ab, wie Fluid von der Auslaßöffnung 98 der zweiten Stufe abgepumpt wird. Wenn der Kreisscheibenkolben die in Abbildung 3J gezeigte Stellung von 246.20º erreicht, hat im wesentlichen das gesamte Fluid aus der Kammer 100 die Auslaßöffnung 98 passiert.
In der in Abbildung 31 gezeigten Stellung von 210º verschließen die Steuerschieberkanten 84 und 83 die Kammer 74 gegenüber der Einlaßöffnung 82, was das Zustandekommen der Kompression erlaubt. Wenn das Volumen der Kammer 74 abnimmt, werden die Gase durch die Öffnung 96 entladen. Gleichzeitig beginnt das Volumen der Kammer 72 abzunehmen, wenn die Gase in der Kammer 72 durch die Öffnung 52' entladen werden.
Aus dem vorstehend Offenbarten wird ersichtlich, daß die Purnpwirkung in zwei Stufen erfolgt. Jede Stufe besitzt zwei Purnpkammern. Die Verdichtungskammern der ersten Stufe entladen in die Einlaßöffnungen der Verdichtungskammern der zweiten Stufe. Die in der ersten Stufe verdichteten Gase werden in der zweiten Stufe weiter komprimiert.
In den Abbildungen 3A bis 3K habe ich einen Regler für die äußeren Schieber gezeigt. Dieser umfaßt eine Ventilspindel 112, die sich in einem Ventilsitz 114 befindet, der im Gehäuse 34 gebildet ist. Die Ventilspindel 112 umfaßt drei voneinander getrennte Steuerschieberkanten 116, 118 und 120. Eine Ansaugleitung 122 steht an einem Ende mit der Ansaugöffnung 50 in Verbindung. Wenn sich die Ventilspindel 112 in der in Abbildung 3A gezeigten Stellung befindet, steht der Durchgang 122 mit der Ansaugöffnung 50 über den Zwischenraum zwischen den Steuerschieberkanten 116 und 118 in Verbindung. Gleichermaßen steht der Durchgang 122 mit der Pumpkammer 68 über den Zwischenraum zwischen den Steuerschieberkanten 118 und 120 in Verbindung. Der Durchgang 122 steht mit der Einlaßöffnung 104 der zweiten Stufe über die im Gehäuse 34 gebildete Öffnung 124 in Verbindung.
Die Ventilspindel 112 kann durch das elektromagnetische Stellglied 126 im Ventilsitz 114 verschoben werden. Das Stellglied 126 umfaßt die Wicklungen 128, die den Anker 130 umgeben. Die Ventilspindel 112 wird von der Ventilfeder 132 gewöhnlich nach links gedrängt. Wenn der Elektromagnet angeschaltet wird, wird die Ventuspindel 112 nach rechts verschoben, wodurch sie die Verbindung zwischen der Einlaßöffnung 104 der zweiten Stufe und der Ansaugöffnung 50 trennt. Wenn die Ventilspindel 112 nach links bewegt wird, ergreift ein Auslöser 134 auf der Ventilspindel den Schieber 60 und fixiert ihn in seiner äußersten Stellung, wie in Abbildung 3A gezeigt ist. Dies setzt den Schieber wirkungsvoll außer Betrieb. So wird nur eine einzige Verdichtungskammer für die erste Stufe festgelegt, was die Verdichtungsleistung des Kompressors herabsetzt. Die Einlaßöffnung der zweiten Stufe steht direkt mit der Ansaugöffnung 50 in Verbindung, wie vorstehend erläutert wurde. Unter diesen Umständen wird die Einlaßöffnung der zweiten Stufe nicht von der Auslaßöffnung der ersten Stufe versorgt.
Wir haben gefunden, daß durch das Stillegen von einem der äußeren Schieber die Verdichtungsleistung des Kompressors auf etwa 70% seiner Höchstleistung verringert wird. Dies ist für den Betrieb bei hohen Drehzahlen ausreichend. Die Verringerung des wirksamen Hubes auf diese Weise erhält die Leistung des Kompressors. Tatsächlich ermöglicht der Elektromagnet das Öffnen einer alternativen Saugdruckquelle für den Durchgang 104.
Ein elektrornagnetisches Stellglied für den anderen äußeren Schieber 60' kann ebenso zum selektiven Betätigen und Abschalten des anderen äußeren Schiebers verwendet werden. Auch dieses Stellglied ist in Abbildung 3A gezeigt. Seine Betriebsweise ist die gleiche wie jene, die unter Bezugnahme auf das Stellglied für den Schieber 60 beschrieben wurde.
Wenn das elektromagnetische Stellglied für den Schieber 60' diesen in seiner äußeren Stellung befestigt, wird ein Fließpfad für angesaugtes Gas ähnlich dem Durchgang 124 zwischen der Ansaugöffnung 50' und der Einlaßöffnung 82 der zweiten Stufe festgelegt. Wenn das elektromagnetische Stellglied für den Schieber 60' angeschaltet wird, wird der Schieber 60' auf die übliche Weise funktionieren. Folglich kann je nach der erforderten Leistung einer der äußeren Schieber stillgelegt werden, oder beide. Wenn die geringste Leistung angefordert wird, können beide Schieber durch die entsprechenden elektrornagnetischen Stellglieder stillgelegt werden. In dieser Situation wirken die inneren Verdichtungskammern, die von der Innenfläche des Kreisscheibenkolbens und der Außenfläche des Trägers festgelegt werden, als Verdichtungskammern der zweiten Stufe mit verminderter Leistung. Wenn beide äußeren Schieber inaktiviert werden, wird die Pumpleistung des Kompressors auf etwa 50% seiner Höchstleistung verringert. So ist es möglich, die Pumpleistung auf die tatsächlichen Betriebsbedingungen des Kompressors genau abzustimmen, wodurch Energie gespart wird.
Wie in den Abbildungen 5A und 5B ersichtlich ist, umfaßt der Schieber 60, der mit dem Schieber 60' identisch sein kann, einen mittleren Teil 136, in den eine Federtasche 138 zur Aufnahme der Feder 62 eingearbeitet ist. Der Ventilsitz besteht tatsächlich aus zwei Teilen, wie in Abbildung 5B gezeigt ist.

Claims

1. Ein zweistufiger Kreiskolben-Gasverdichter, umfassend:

Ein Gehäuse (34), einen Verdichterhohlraum (36) in diesem Gehäuse, der eine zylindrische Innenfläche mit einer ersten Achse besitzt;

einen Träger (38, 42), der im wesentlichen koaxial mit dieser ersten Achse verläuft und eine zylindrische Oberfläche (24), die radial von dieser Innenfläche entfernt ist, sowie einen Querschlitz (44) besitzt;

einen Scheibenkolben (20), der für eine Umlaufbewegung um eine zweite Achse angebracht ist, die radial von dieser ersten Achse versetzt ist, wobei dieser Scheibenkolben (20) in diesem Hohlraum zwischen dieser Innenfläche und diesem Träger (38) angebracht ist, und wobei dieser Kolben eine zylindrische Außenfläche (24) besitzt, die diese Innenfläche berührt, sowie eine zylindrische Innenfläche (26), die diesen Träger (38) berührt;

einen Schieberschlitz (58) in diesem Gehäuse (34), einen äußeren Schieber (60), der zur Bewegung in diesem Schlitz (58) unter Berührung dieser zylindrischen Außenfläche (24) dieses Kolbens (20) angebracht ist;

einen inneren Schieber (90), der zur Bewegung in diesem Querschlitz (44) unter Berührung dieser zylindrischen Innenfläche (26) angebracht ist;

eine Einlaßöffnung für die erste Stufe, die angepaßt ist durch die Bewegung dieses äußeren Schiebers (60) in diesem Gehäuseschlitz (58) geöffnet und geschlossen zu werden;

eine Einlaßöffnung für die zweite Stufe, die angepaßt ist, durch die Bewegung dieses inneren Schiebers (90) in diesem Querschlitz (44) geöffnet und geschlossen zu werden;

eine Entladeöffnung (52) für die erste Stufe in diesem Gehäuse (34), die mit dieser Einlaßöffnung der zweiten Stufe in Verbindung steht;

dadurch gekennzeichnet, daß der Verdichter ferner folgendes umfaßt:

Eine Vorrichtung (112, 126), um diesen äußeren Schieber (60) stillzulegen und seine Bewegung unter Berührung dieser zylindrischen Außenfläche (24) zu verhindern;

einen Durchgang (124), der diese Einlaßöffnung für die erste Stufe mit dieser Einlaßöffnung für die zweite Stufe verbindet; und

ein Ventilbauteil, das ein Ventilteil (112) einschließt, das zur Sperrung des Durchgangs (124) in eine erste Richtung bewegt werden kann, und in eine zweite Richtung, um den Durchgang (124) zu öffnen, wodurch die Leistung des Verdichters gedrosselt und die Einlaßöffnung für die zweite Stufe mit der Einlaßöffnung für die erste Stufe verbunden werden kann.

2. Ein Verdichter nach Anspruch 1, worin das Ventilbauteil eine Ventilspindel (112) und die Vorrichtung zur Stillegung dieses äußeren Schiebers (60) ein Auslöseteil (134) der Ventilspindel (112) umfaßt.

3. Ein Verdichter nach Anspruch 2, worin die Vorrichtung zur Stillegung dieses äußeren Schiebers ein elektromagnetisches Stellglied (126) zur Betätigung dieser Ventilspindel (112) umfaßt.

4. Ein Verdichter nach Anspruch 1, 2 oder 3, worin das Ventilbauteil Steuerschieberkanten auf diesem Ventilteil (112) umfaßt, die angepaßt sind, diesen Durchgang (124) zu versperren, wenn dieses Ventilteil von diesem äußeren Schieber (60) entfernt wird.

5. Ein Verdichter nach irgendeinem der vorstehenden Ansprüche, worin der äußere Schieber (60) einer von zwei solchen Schiebern (60, 60') ist, die von diesem Gehäuse (34) getragen werden und angepaßt sind, mit der zylindrischen Außenfläche dieses Kolbens (20) in Berührung zu treten, um einen ersten und einen zweiten Abschnitt einer Verdichtungskammer festzulegen,

wobei dieser innere Schieber (90) einer von zwei solchen Schiebern (78, 90) ist, die auf diesem Träger (38, 42) angebracht und angepaßt sind, diese zylindrische Innenfläche dieses Kolbens (20) zu berühren, um eine dritte und eine vierte Verdichtungskammer festzulegen, und

die zur Stillegung des äußeren Schiebers bereitgestellte Vorrichtung in der Lage ist, selektiv einen der beiden äußeren Schieber (60, 60') stillzulegen.