DE69924892T2

DE69924892T2 - Spiralverdichter mit Auslassventil

Info

Publication number: DE69924892T2
Application number: DE69924892T
Authority: DE
Inventors: Michael Mikhaylovich Troy Perevozchikov
Original assignee: Copeland Corp LLC
Current assignee: Copeland LP
Priority date: 1999-03-23
Filing date: 1999-09-29
Publication date: 2006-02-16
Anticipated expiration: 2019-09-30
Also published as: EP1039136A3; DE69918576T2; CN1495361A; KR100554910B1; EP1344937A1; US6139291A; DE69915793D1; EP1039136B1; DE69918576D1; EP1327779B1; KR20000062137A; EP1327779A1; CN1135298C; CN1304756C; EP1344937B1; CN1267793A; US6299423B1; DE69915793T2; DE69924892D1; EP1039136A2

Description

Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft Rotationsverdichter. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung ein einzigartiges Direktablassventil, welches eine gebogene Anschlagplatte beinhaltet, welche in einem Scroll- oder Rotationsverdichter verwendet wird.
Hintergrund der Erfindung
Scroll-Maschinen werden vor allem aufgrund ihrer Eignung zu äußerst effizientem Betrieb zunehmend beliebt als Verdichter sowohl bei Kühl- als auch bei Klimatisier- und Wärmepumpenanwendungen verwendet. Im Allgemeinen umfassen diese Maschinen ein Paar in einander greifender Spiralwicklungen, wovon eine zu einer Orbitalbewegung zur anderen veranlasst wird, um so eine oder mehrere sich bewegende Kammern zu bilden, welche zunehmend kleiner werden, während sie sich von einer äußeren Saugöffnung hin zu einer mittleren Ablassöffnung bewegen. Normalerweise wird ein Elektromotor vorgesehen, welcher dazu dient, das kreisende Scrollelement über eine geeignete Antriebswelle anzutreiben.
Da Spiralverdichter von aufeinander folgenden Kammern für Ansaug-, Verdichtungs- und Auslassvorgänge abhängig sind, sind Ansaug- und Ablassventile im Allgemeinen nicht erforderlich. Die Leistung des Verdichters kann jedoch durch Integrieren eines Ablassventils gesteigert werden. Einer der entscheidenden Faktoren für das Maß der Leistungssteigerung ist die Verringerung des so genannten Rekompressionsvolumens. Das Rekompressionsvolumen ist das Volumen der Ablasskammer und des Ablasskanals des Verdichters, wenn die Ablasskammer ihr kleinstes Volumen hat. Die Minimierung dieses Rekompressionsvolumens führt zu einer Maximierung der Leistung des Verdichters. Wenn diese Verdichter abgeschaltet werden, entweder absichtlich nach Erfüllen einer Forderung oder unabsichtlich infolge einer Stromunterbrechung, besteht ferner eine ausgeprägte Neigung zu einem Rückströmen des verdichteten Gases von der Ablasskammer und in geringerem Maße zu einer rückwärtigen Orbitalbewegung des kreisenden Scrollelements bedingt durch das Gas in den Druckkammern. Diese Rückwärtsbewegung erzeugt häufig Lärm oder Rattern, das als störend oder unerwünscht empfunden werden kann. Bei Maschinen, die einen Einphasen-Antriebsmotor verwenden, ist es ferner möglich, dass der Verdichter in Rückwärtsrichtung zu laufen beginnt, wenn es zu einer vorübergehenden Stromunterbrechung kommt. Dieser Rückwärtsbetrieb kann zu einer Überhitzung des Verdichters und/oder zu anderen Problemen bei der Nutzung des Systems kommen. Ferner ist es in manchen Situationen, z.B. bei einem blockierten Kondensatorgebläse, möglich, dass der Ablassdruck so weit steigt, dass der Antriebsmotor abgewürgt wird und eine Rückwärtsdrehung desselben bewirkt wird. Wenn das kreisende Scrollelement in Rückwärtsrichtung kreist, sinkt der Ablassdruck bis auf einen Wert, bei dem der Motor diese Druckhöhe wieder überwinden und das Scrollelement in Vorwärtsrichtung kreisen kann. Der Ablassdruck steigt aber wieder auf einen Wert, bei dem der Antriebsmotor abgewürgt und der Zyklus wiederholt wird. Solche Zyklen sind unerwünscht, da sie sich endlos fortsetzen. Das Integrieren eines Ablassventils kann diese Rückwärtsdrehprobleme verringern oder eliminieren.
FR-A-0667882 auf den Namen von Charles Willi offenbart ein Klappenventil zur Verwendung in Verbindung mit Pumpen und Verdichtern. US-A-503505 sowie EP-A-0589667 offenbaren Klappenventile, die im Kontext von Drehflügelzellen-Verdichtern für das Steuern des Strömens eines gepumpten Mediums von einer Druckkammer in eine Ablasskammer verwendet werden.
US-A-3191618 offenbart ein Klappenventil mit einem gewölbten Sitz, das zur Verwendung bei einem Kartmotor gedacht ist.
Eine Hauptaufgabe der vorliegenden Erfindung ist das Bereitstellen eines sehr einfachen und einzigartigen Ablassventils, welches mit dem nicht kreisenden Scrollelement verbunden ist und welches mühelos in einen herkömmlichen Scroll-Gasverdichter ohne nennenswerte Abwandlung der Verdichterkonstruktion insgesamt eingebaut werden kann. Das Ablassventil dient zur Minimierung des Rekompressionsvolumens und dient bei Abschalten des Verdichters zur Verhinderung eines Rückströmens des Ablassgases durch den Verdichter und somit des Antreibens des Verdichters in Rückwärtsrichtung. Das Unterbinden des Rückwärtsbetriebs des Verdichters behebt die normalen Abschaltgeräusche und andere mit dieser Rückwärtsdrehung verbundene Probleme. Das Ablassventil ist aufgrund der Konfiguration der Ventilplatte und des Ventilsitzes normalerweise offen. Durch die normalerweise offene Konfiguration des Ventils wird die Kraft zum Öffnen des Ventils und jede mechanische Vorrichtung zum Schließen des Ventils umgangen. Das Ventil benötigt nur Druckdifferenzen zum Schließen. Die Anschlagplatte für das Ablassventil umfasst eine gewölbte Verstärkungsfläche, welche die Bewegung der Ventilplatte führt und stützt, was die mechanischen Spannungen der Ventilplatte erheblich reduziert. Diese Erfindung gibt eine Scroll-Maschine nach Anspruch 1 zur Hand.
Diese und andere Merkmale der vorliegenden Erfindung gehen aus der folgenden Beschreibung und den beigefügten Ansprüchen in Verbindung mit den Begleitzeichnungen hervor.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
In den Zeichnungen, welche die derzeit erwogene beste Art der Durchführung der Erfindung veranschaulichen, zeigen:
1 eine vertikale Schnittansicht durch die Mitte eines Spiralverdichters, welcher eine erfindungsgemäße Ablassventilanordnung beinhaltet;
2 eine Draufsicht auf den in 1 gezeigten Verdichter, wobei die Abdeckung und ein Teil der Trennwand entfernt wurden;
3 eine vergrößerte Ansicht der Schwimmdichtungsanordnung und der in 1 gezeigten Ablassventilanordnung;
4A eine vergrößerte Ansicht der in den 1 und 3 gezeigten Ablassventilanordnung mit einem im Allgemeinen ebenen Ventilsitz;
4B eine vergrößerte Ansicht der in den 1 und 3 gezeigten Ablassventilanordnung mit einem gewölbten Ventilsitz und
5 eine auseinander gezogen dargestellte perspektivische Ansicht der in den 1, 3 und 4B gezeigten Ablassventilanordnung.
Eingehende Beschreibung der bevorzugten Ausführung
Unter Bezug nun auf die Zeichnungen, bei denen gleiche Bezugsziffern in den verschiedenen Ansichten gleiche oder entsprechende Teile bezeichnen, wird in 1 ein Spiralverdichter gezeigt, der ein erfindungsgemäßes Ablassventilsystem beinhaltet, welches allgemein mit der Bezugsziffer 10 bezeichnet wird. Der Verdichter 10 umfasst einen im Allgemeinen zylindrischen hermetischen Mantel 12, welcher am oberen Ende desselben eine angeschweißte Abdeckung 14 und am unteren Ende desselben einen Boden 16 mit mehreren (nicht abgebildeten) damit einstückig ausgebildeten Aufstellfüßen aufweist. Die Abdeckung 14 ist mit einem Kältemittelablass-Rohrverbindungsstück 18 versehen. Zu anderen an dem Mantel angebrachten wichtigen Elementen zählen eine quer verlaufende Trennwand 22, welche um ihren Umfang an dem gleichen Punkt angeschweißt ist, an dem die Abdeckung 14 an dem Mantel 12 angeschweißt ist, ein Hauptlagergehäuse 24, welches auf geeignete Weise an dem Mantel 12 befestigt ist, und ein zweiteiliges oberes Lagergehäuse 26, welches auf geeignete Weise an dem Hauptlagergehäuse 24 befestigt ist.
Eine Antriebswelle oder Kurbelwelle 32 mit einem exzentrischen Kurbelzapfen 30 am oberen Ende derselben ist in dem Lager 32 in dem Hauptlagergehäuse 24 und einem zweiten Lager 34 in dem oberen Lagergehäuse 26 drehend gelagert. Die Kurbelwelle 28 weist an dem unteren Ende eine konzentrische Bohrung 36 relativ großen Durchmessers auf, welche mit einer radial nach außen geneigten Bohrung 38 kleineren Durchmessers, die sich davon zum oberen Teil der Kurbelwelle 28 nach oben erstreckt, in Verbindung steht. Der untere Teil des Innenmantels 12 bildet einen Ölsumpf 40, welcher bis auf einen Stand geringfügig über dem unteren Ende eines Rotors 42 mit Schmieröl gefüllt ist, und die Bohrung 36 dient als Pumpe zum Pumpen des Schmierfluids hoch zur Kurbelwelle 28 und in die Bohrung 38 und schließlich zu all den verschiedenen Teilen des Verdichters, die geschmiert werden müssen.
Die Kurbelwelle 28 wird durch einen Elektromotor mit einem Stator 46 drehend angetrieben, wobei Windungen 48 durch diesen verlaufen und ein Rotor 42 an der Kurbelwelle 28 presssitzend angebracht ist und jeweils obere und untere Ausgleichsgewichte 50 bzw. 52 aufweist.
Die obere Fläche des oberen Lagergehäuses 26 ist mit einer flachen Drucklagerfläche 54 versehen, an welcher ein kreisenden Scrollelement 56 mit dem gewöhnlichen sich von einer Endplatte 60 nach oben erstreckenden spiralförmigen Flügelrad oder Wicklung 58 angeordnet ist. Von der unteren Fläche der Endplatte 60 des kreisenden Scrollelements 56 ragt eine zylindrische Nabe mit einem darin befindlichen Wellenzapfenlager 62 und in welcher ein Mitnehmereinsatz 64 mit einer Innenbohrung 66 drehend angeordnet ist, in welcher der Kurbelzapfen 30 antreibend angeordnet ist, nach unten. Der Kurbelzapfen 30 weist eine Abflachung an einer Fläche auf, welche mit einer (nicht abgebildeten) flachen Fläche antreibend greift, welche in einem Teil der Bohrung 66 ausgebildet ist, um eine radial nachgiebige Antriebsanordnung zu Hand zu geben, wie sie beispielsweise in dem U.S. Patent 4,877,382 des Rechtsnachfolgers des Anmelders gezeigt wird. Ferner wird eine Oldham-Kreuzscheibenkupplung 68 angeordnet zwischen dem kreisenden Scrollelement 56 und dem Lagergehäuse 24 und auf das kreisende Scrollelement 56 und ein nicht kreisendes Element 70 abgestimmt vorgesehen, um eine Drehbewegung des kreisenden Scrollelements 56 zu verhindern. Die Oldham-Kreuzscheibenkupplung 68 ist vorzugsweise von der Art, wie sie in dem U.S. Patent 5,320,506 des Rechtsnachfolgers des Anmelders offenbart wird.
Das nicht kreisende Scrollelement 70 ist auch mit einer Wicklung 72 versehen, welche sich von einer Endplatte 74, welche in kämmendem Eingriff mit der Wicklung 58 des kreisenden Scrollelements 56 steht, nach unten erstreckt. Das nicht kreisende Scrollelement 70 weist einen mittig angeordneten Ablasskanal 76 auf, welcher mit einer nach oben offenen Aussparung 78 in Verbindung steht, welche wiederum mit einer durch die Abdeckung 14 und die Trennwand 22 ausgebildeten Ablassdämpferkammer 80 in Fluidverbindung steht. Eine ringförmige Aussparung 82 ist ferner in dem nicht kreisenden Scrollelement 70 ausgebildet, in welcher eine Schwimmdichtungsanordnung 84 angeordnet ist. Die Aussparungen 78 und 82 und die Dichtungsanordnung 84 bilden zusammen axiale Druckvorspannkammern aus, welche das mit Druck beaufschlagte Fluid, das von den Wicklungen 58 und 72 verdichtet wird, aufnehmen, um so eine axiale Vorspannkraft auf das nicht kreisende Scrollelement 70 auszuüben, um dadurch die Spitzen der jeweiligen Wicklungen 58, 72 in dichtenden Eingriff mit den gegenüberliegenden Endplattenflächen der Endplatten 74 bzw. 60 zu zwingen. Die Dichtungsanordnung 84 ist vorzugsweise von der Art, wie sie in U.S. Patent Nr. 5,156,539 eingehender beschrieben wird. Das nicht kreisende Scrollelement 70 ist dafür ausgelegt, an dem Lagergehäuse 26 in geeigneter Weise angebracht zu werden, wie dies in dem oben erwähnten U.S. Patent Nr. 4,877,382 oder U.S. Patent Nr. 5,102,316 offenbart wird.
Unter Bezug auf 2 und 3 ist nun die Schwimmdichtungsanordnung 84 von einer koaxialen Sandwichkonstruktion und umfasst eine ringförmige Bodenplatte 102 mit mehreren gleichmäßig beabstandeten aufrechten einstückigen Vorsprüngen 104, die jeweils einen vergrößerten Bodenteil 106 aufweisen. An der Platte 102 ist eine ringförmige Dichtungsanordnung 108 angeordnet, welche mehrere gleichmäßig beabstandete Löcher aufweist, welche mit den Bodenteilen 106 greifen und diese aufnehmen. Oben auf der Dichtungsanordnung 108 ist eine ringförmige Abstandsplatte 110 mit mehreren gleichmäßig beabstandeten Löchern angeordnet, welche ebenfalls mit den Bodenteilen 106 greifen und diese aufnehmen. Oben auf der Platte 110 ist eine ringförmige Dichtungsanordnung 112 mit mehreren gleichmäßig beabstandeten Löchern, welche mit den Vorsprüngen 104 greifen und diese aufnehmen. Die Anordnung der Dichtungsanordnung 84 wird durch eine ringförmige obere Dichtplatte 114 gewahrt, welche mehrere gleichmäßig beabstandete Löcher aufweist, welche mit den Vorsprüngen 104 greifen und diese aufnehmen. Die Dichtplatte 114 umfasst mehrere ringförmige Vorsprünge 116, welche mit mehreren Löchern in der ringförmigen Dichtungsanordnung 112 greifen und sich in diese erstrecken, sowie eine Abstandsplatte 110, um der Dichtungsanordnung 84 Stabilität zu verleihen. Die Dichtplatte 114 umfasst ferner eine ringförmige, nach oben vorstehende ebene Dichtlippe 118. Die Dichtungsanordnung 84 ist durch Stauchhämmern der Enden der Vorsprünge 104, wie bei 120 gezeigt, miteinander verbunden.
Unter Bezug nun auf 3 sieht die Dichtungsanordnung 84 daher drei einzelne Dichtungen vor. Zuerst eine Innendurchmesserdichtung an den beiden Grenzflächen 122, zweitens eine Außendurchmesserdichtung an den beiden Grenzflächen 124 und eine obere Dichtung bei 126. Die Dichtungen 122 trennen Fluid unter mittlerem Druck im Boden der Aussparung 82 von Fluid in der Aussparung 78. Die Dichtungen 124 trennen Fluid unter mittlerem Druck in dem Boden der Aussparung 82 von Fluid in dem Mantel 12. Die Dichtung 126 befindet sich zwischen der Dichtlippe 118 und einem ringförmigen Sitzteil an der Trennwand 22. Die Dichtung 126 trennt Fluid bei Saugdruck von Fluid bei Ablassdruck oben über der Dichtungsanordnung 84.
Der Durchmesser und die Breite der Dichtung 126 werden so gewählt, dass der Einheitsdruck zwischen der Dichtlippe 118 und dem Sitzteil an der Trennwand 22 größer als der normalerweise auftretende Ablassdruck ist, wodurch eine kontinuierliche Abdichtung unter Normalbetriebsbedingungen des Verdichters 10 gewährleistet wird, d.h. bei normalen Betriebsdruckverhältnissen. Wenn daher unerwünschte Druckbedingungen auftreten, wird die Dichtungsanordnung 84 nach unten gedrückt, wobei die Dichtung 126 geöffnet wird, wodurch Fluid von der Ablassdruckzone des Verdichters 10 zur Saugdruckzone des Verdichters 10 strömen kann. Wenn dieser Strom groß genug ist, bewirkt der resultierende Strömungsverlust an motorkühlendem Sauggas (erschwert durch die zu hohe Temperatur des leckenden Ablassgases) das Auslösen eines Motorschutzes, wodurch der Motor 28 abgeschaltet wird. Die Breite der Dichtung 126 wird so gewählt, dass der Einheitsdruck zwischen der Dichtlippe 118 und dem Sitzteil der Trennwand 22 größer als der normalerweise auftretende Ablassdruck ist, wodurch eine kontinuierliche Abdichtung sichergestellt wird.
Der bislang allgemein beschriebene Spiralverdichter ist entweder jetzt auf dem Gebiet bekannt oder ist Gegenstand anderer eingereichter Patentanmeldungen oder Patente des Rechtsnachfolgers des Anmelders.
Die vorliegende Erfindung ist auf eine normalerweise offene mechanische Ventilanordnung 230 gerichtet, welche in der Aussparung 78 angeordnet ist, welche in dem nicht kreisenden Scrollelement 70 ausgebildet ist. Die Ventilanordnung 230 bewegt sich während des konstanten Betriebs des Verdichters 10 zwischen einem vollständig geschlossenen und einem vollständig offenen Zustand. Während des Abschaltens des Verdichters 10 schließt die Ventilanordnung 230. Wenn die Ventilanordnung 230 vollständig geschlossen wird, wird das Rekompressionsvolumen minimiert und das Rückwärtsströmen von Ablassgas durch die Scrollelemente 56 und 70 wird unterbunden. Die Ventilanordnung 230 ist, wie in den 3, 4A und 4B gezeigt, normalerweise offen. Die normalerweise offene Konfiguration der Ventilanordnung 230 eliminiert die zum Öffnen der Ventilanordnung 230 erforderliche Kraft, wobei auch jede mechanische Vorrichtung zum Schließen der Ventilanordnung 230 unnötig wird. Die Ventilanordnung 230 verwendet eine Druckdifferenz für das Schließen.
Bezüglich der 3–4B ist nun die Ablassventilanordnung 230 in der Aussparung 78 angeordnet und umfasst einen Ventilsitz 132, eine Ventilplatte 234, eine Ventilabsperrung 236 und eine Feststellvorrichtung 138. Der Ventilsitz 132 ist ein flaches scheibenförmiges Metallelement, welches einen Ablasskanal 140, ein Paar Ausrichtungsöffnungen 142 und einen Hohlraum 144 ausbildet. Das nicht kreisende Scrollelement 70 bildet ein Paar Ausrichtungsbohrungen 146 aus. Wenn die Öffnungen 142 zu den Bohrungen 146 ausgerichtet sind, ist der Ablasskanal 140 mit dem Ablasskanal 76 ausgerichtet. Die Form des Ablasskanals 140 ist die gleiche wie beim Ablasskanal 76. Die Dicke des Ventilsitzes 132, insbesondere in dem Bereich des Hohlraums 144, ist minimiert, um das Rekompressionsvolumen für den Verdichter 10 zu minimieren, damit die Leistung des Verdichters 10 gesteigert wird. Die untere Fläche des Hohlraums 144 neben der Ventilplatte 234 umfasst eine Profilfläche 148. Die flache horizontale Fläche des Ventilsitzes 132 dient zum Befestigen der Ventilplatte 234 um ihren gesamten Umfang. Die Profilfläche 148 des Hohlraums 144 ermöglicht die normalerweise offene Eigenschaft der Ventilanordnung 230. Die Profilfläche 148 kann eine allgemein ebene Fläche, wie in 4A gezeigt, sein oder die Profilfläche 148 kann eine gewölbte Fläche sein, wie in 4B gezeigt, während der Hohlraum 144 und die Profilfläche 148 als Tasche in dem Ventilsitz 132 dargestellt werden, doch liegt es im Schutzumfang der vorliegenden Erfindung, dass sich der Hohlraum 144 und somit die Fläche 148 durch die Kante des Ventilsitzes 132 erstrecken, wie in Phantomdarstellung in der 4A gezeigt wird. Ferner liegt es auch im Schutzumfang der vorliegenden Erfindung, auf den Ventilsitz 132 zu verzichten und den Hohlraum 144 und die Fläche 148 bei Bedarf direkt in und an dem nicht kreisenden Scroll 70 zu integrieren.
Unter Bezug nun auf 5 wird eine Ablassventilanordnung 230 gezeigt. Die Ablassventilanordnung 230 umfasst einen Ventilsitz 132, eine Ventilplatte 234, eine Ventilabsperrung 236 und einen Befestigungsring 138. Die Ventilplatte 234 ist ein flaches, dünnes scheibenförmiges Metallelement, welches einen ringförmigen Ring 250, ein Paar sich rittlings auf einer Öffnung sitzende, radial nach innen erstreckende Schenkel 252 und einen an dem radialen inneren Ende der Schenkel 252 befestigten mittleren Teil 254 umfasst. Bedingt durch die Öffnung dazwischen sind die Schenkel 252 zusammen mit einer kleineren Breite als der mittlere Teil 254 ausgelegt. Dieser verkleinerte Abschnitt ist daher beim Biegen schwächer als Teil 254, was zu einem schnelleren Öffnen und Schließen der Ventilanordnung 230 führt. Dieser verkleinerte Abschnitt der Schenkel 252 ist aus Haltbarkeitssicht annehmbar, da die Profilfläche 148 die Spannungsbelastung dieses schwächeren Abschnitts verringert. Die Größe und Form des Teils 254 sind solcher Art, dass er den Ablasskanal 140 des Ventilsitzes 132 vollständig bedeckt. Die Außenumfangsform des Teils 254 ist kreisförmig und diese Kreisform verhindert ein Ventilzerbrechen, welches mit rechteckigen Ventilplatten einhergeht. Die Ventilplatte 234 umfasst das Paar Ausrichtungsöffnungen 158, wovon eine jedem Schenkel 252 angeordnet ist. Wenn die Öffnungen 158 zu den Öffnungen 142 des Ventilsitzes 132 ausgerichtet sind, positionieren die Schenkel 252 den Teil 254 ausgerichtet zu dem Ablasskanal 140. Die Dicke der Ventilplatte 234 wird durch mechanischen Spannungen bestimmt, die in den Schenkeln 252 entstehen, wenn die Ventilplatte 234 von ihrer normalerweise offenen Stellung in ihre geschlossenen Stellung und von ihrer normalerweise offenen Stellung in ihre ganz offene Stellung gelenkt wird.
Die Ventilabsperrung 236 ist ein dickes, scheibenförmiges Metallelement, welches der Ventilplatte 234 und dem Ventilsitz 132 Halt und Stütze gibt. Die Ventilabsperrung 236 umfasst einen ringförmigen Ring 260, ein Paar sich von dem Ring 260 radial nach innen erstreckende Schenkel 262, einen an dem radial inneren Ende der Schenkel 262 angebrachten mittleren Teil 264 und einen sich zwischen dem mittleren Teil 264 und dem Ring 260 an der Seite des Teils 264 gegenüber der Schenkel 262 erstreckenden Stützabschnitt 266. Wenn die Öffnungen 170 mit den Öffnungen 158 in der Ventilplatte ausgerichtet sind, sind die Schenkel 262 mit den Schenkeln 252 der Ventilplatte 234 ausgerichtet und der mittlere Teil 264 ist zu dem mittleren Teil 254 der Ventilplatte 234 ausgerichtet. Die Schenkel 262 und der mittlere Teil 264 bilden zusammen eine gewölbte Profilfläche 272.
Die Ablassventilanordnung 230 wird an dem nicht kreisenden Scrollelement 70 anmontiert, indem zuerst der Ventilsitz 132 in die Aussparung 78 gegeben wird, wobei die Profilfläche 148 nach oben weist, während die Öffnungen 142 mit den Bohrungen 146 ausgerichtet werden, was den Kanal 140 mit dem Kanal 76 ausrichtet. Als Nächstes wird die Ventilplatte 234 oben auf den Ventilsitz 132 in der Aussparung 78 gegeben, wobei die Öffnungen 158 mit den Öffnungen 142 ausgerichtet werden, was den kreisförmigen Teil 254 mit dem Kanal 140 ausrichtet. Als Nächstes wird die Ventilabsperrung 236 oben auf die Ventilplatte 234 in der Aussparung 78 gegeben, während die Öffnungen 170 mit den Öffnungen 158 ausgerichtet werden, was die Teile 262 und 264 mit den Teilen 252 bzw. 254 ausrichtet. Ein Spannstift 176 wird durch jeden ausgerichteten Satz Öffnungen 170, 158 und 142 geführt und in jede Bohrung 146 pressgepasst, um die Ausrichtung dieser Bauteile zu wahren. Schließlich wird die Feststellvorrichtung 138 in der Aussparung 78 eingebaut, um die Anordnung der Ventilanordnung 230 zum nicht kreisenden Scrollelement 70 zu wahren. Die Feststellvorrichtung 138 kann mit dem nicht kreisenden Scrollelement 70 durch Presspassung in der Aussparung 78 verbunden werden, die Feststellvorrichtung 138 und die Aussparung 78 können verschraubt werden, um eine Verbindung herzustellen, oder es können andere auf dem Gebiet bekannte Mittel eingesetzt werden, um die Feststellvorrichtung 138 in der Aussparung 78 zu sichern. Die Anordnung der Feststellvorrichtung 138 schließt den gesamten Umfangsring 250 der Ventilplatte 234 zwischen der oberen flachen Fläche des Ventilsitzes 132 und dem Ring 160 der Ventilabsperrung 236 sandwichartig ein, um die Ventilplatte 234 zu sichern und zu halten.
Die Ablassventilanordnung 230 ist normalerweise in einer Position, wobei die Ventilplatte 234 an der oberen flachen Fläche am Ventilsitz 132 anliegt. Die Profilfläche 148 beabstandet die Ventilplatte 234 von dem Ventilsitz 132, um die normalerweise offene Eigenschaft der Ventilanordnung 230 zu ermöglichen. Dies erlaubt einen beschränkten Fluidstrom von der Ablassdämpferkammer 80 in die Verdichtungstaschen, die von den Scrollelementen 36 und 70 gebildet werden. Um die Ventilanordnung 230 zu schließen, spannt der Fluiddruck in der Dämpferkammer 80 die Ventilplatte 234 gegen die Profilfläche 148 des Ventilsitzes 132 vor, wenn der Fluiddruck in der Kammer 80 größer als der Fluiddruck in der mittelersten Fluidtasche, die von den Scrollelementen 56 und 70 gebildet wird, ist. Während des Betriebs des Verdichters 10 bewegt die Fluiddruckdifferenz zwischen dem Fluid in der Ablasskammer 80 und dem Fluid in der mittelersten Fluidtasche, die von den Scrollelementen 56 und 70 gebildet wird, die Ventilplatte 234 zwischen Anliegen an der Profilfläche 148 des Ventilsitzes 132 und Anliegen an der Ventilabsperrung 236 oder zwischen einer geschlossenen Stellung und einer offenen Stellung. Die normalerweise offene Stellung der Ventilanordnung 230 macht die Kraft, welche zum Öffnen eines typischen Ablassventils erforderlich ist, unnötig. Der Verzicht auf diese Kraft senkt die Druckdifferenz für den Betrieb des Ventils, welches wiederum Kraftverluste senkt. Ferner verringert das Merkmal "normalerweise offen" das während des Schließens des Ventils erzeugte Geräusch aufgrund des allmählichen Schließens des Ventils statt des plötzlichen Schließens eines normalerweise geschlossenen Ventils. Die Profilfläche 148 macht dieses Merkmal des allmählichen Schließens möglich. Das erfindungsgemäße Ventil arbeitet nur mit Druckdifferenzen. Schließlich gibt die einzigartige Konstruktion der Ventilanordnung 230 einen großen Strömungsbereich zur Verbesserung der Strömungseigenschaften des Systems zur Hand.
Die Ventilplatte 234 ist zwischen dem Ventilsitz 132 und der Ventilabsperrung 136 sandwichartig eingeschlossen, wobei der ringförmige Ring 160 der Ventilabsperrung 136 an dem ringförmigen Ring 250 der Ventilplatte 234 anliegt, welcher wiederum an der oberen flachen Fläche des Ventilsitzes 132 anliegt. Die Ablenkung der Ventilplatte 234 erfolgt in den Schenkeln 252 und dem kreisförmigen Teil 254. Zum vollständigen Schließen werden die Teile 252 und 254 hin zum Ventilsitz 132 abgelenkt und zum vollständigen Öffnen werden die Teile 252 und 254 in die entgegengesetzte Richtung hin zur Ventilabsperrung 236 abgelenkt. Die von der Ventilplatte 234 erfahrenen mechanischen Spannungen sind Spannungen, die von der neutralen normalerweise offenen Stellung richtungsmäßig plus und minus sind. Somit werden bei Vergleich der mechanischen Spannungen der Ventilplatte 234 mit den durch das Klappenventil eines normalerweise geschlossenen Ablassventils erfahrenen mechanischen Spannungen diese erheblich reduziert. Das normalerweise geschlossene Klappenventil beginnt in einer Stellung neben einem Ventilsitz, wenn das Klappenventil nicht beansprucht wird. Sobald sich das Ventil zu öffnen beginnt, setzen die mechanischen Spannungen im spannungsfreien Zustand ein und wachsen stetig an, wenn sich das Klappenventil zu öffnen beginnt. Somit sind sie aus dem spannungsfreien Zustand heraus ungerichtet. Die vorliegende Erfindung verringert durch Zentrieren der Spannungszustände der Ventilplatte 234 auf beiden Seiten des spannungsfreien Zustand die von der Ventilplatte 234 erfahrene Spannungsbelastung erheblich.
Um die Spannungsbelastung weiter zu verringern und somit die Lebensdauer der Ventilplatte 234 zu verlängern, werden die Form der Profilfläche 148 des Ventilsitzes 132 und der Profilfläche 172 der Ventilabsperrung 136 so gewählt, dass durch Verteilen der Lasten über einen breiteren Bereich eine allmähliche Belastung und eine Minimierung der mechanischen Spannungen sichergestellt wird. Schließlich sind die gerundeten Konturen und Übergänge zwischen dem Ring 250, den Schenkeln 252 und dem kreisförmigen Teil 254 so ausgelegt, dass Spannungsauslöser verhindert werden. Dieses Eliminieren von Spannungsauslösern, die gleichmäßige Verteil der Last und die Verringerung der auftretenden maximalen Spannungen verbessert die Lebensdauer und Leistung der Ablassventilanordnung 230 erheblich.
Zwar beschreibt die obige eingehende Beschreibung die bevorzugte erfindungsgemäße Ausführung, doch sollte klar sein, dass die vorliegende Erfindung Abwandlungen, Änderungen und Abänderungen unterliegen kann, ohne vom Schutzumfang und der angemessenen Bedeutung der beigefügten Ansprüche abzuweichen.

Claims

Scroll-Maschine (10), welche folgendes umfasst: – einen eine Ablasskammer (80) bildenden Mantel (14, 22); – ein in dem Mantel angeordnetes erstes Scrollelement (56), welches eine von einer Endplatte (60) nach außen hervorstehende erste Spiralwicklung (58) aufweist; – ein in dem Mantel angeordnetes zweites Scrollelement (70), welches eine von einer Endplatte (74) nach außen hervorstehende zweite Spiralwicklung (72) aufweist, wobei die zweite Spiralwicklung (72) mit der ersten Spiralwicklung (58) greift; – ein Antriebselement (28) für das Veranlassen einer Umkreisungsbewegung der Scrollelemente relativ zu einander, wodurch die Spiralwicklungen Taschen eines sich zunehmend ändernden Volumens zwischen einer Saugdruckzone und einer Ablassdruckzone erzeugen, wobei die Ablassdruckzone in Fluidverbindung mit der Ablasskammer (80) steht; und – ein zwischen der Ablassdruckzone und der Ablasskammer angeordnetes Ablassventil (230), welches zwischen einer offenen Stellung, in der das Strömen von Fluid zwischen der Ablassdruckzone und der Ablasskammer gestattet ist, und einer geschlossenen Stellung, in der das Strömen von Fluid zwischen der Ablasskammer und der Ablassdruckzone nicht gestattet ist, beweglich ist, wobei das Ablassventil umfasst: – einen Ventilsitz (132), welcher in einer durch eines (70) der ersten und zweiten Scrollelemente ausgebildeten Aussparung (78) angeordnet ist; – eine in der Aussparung (78) neben dem Ventilsitz (132) angeordnete Ventilplatte (234), welche einen beweglichen Teil (152, 154) beinhaltet, der zwischen einer Position neben dem Ventilsitz zum Versetzen des Ablassventils in die geschlossene Stellung und einer von dem Ventilsitz beabstandeten Position zum Versetzen des Ablassventils in die offene Stellung beweglich ist; und – eine Ventilabsperrung (236), welche in der Aussparung (78) neben der Ventilplatte (234) angeordnet ist, wobei die Ventilabsperrung eine Profilfläche (272) für das Steuern der Bewegung des beweglichen Teils der Ventilplatte ausbildet; dadurch gekennzeichnet, dass die Ventilplatte (234) einen feststehenden Teil (250) neben dem Ventilsitz beinhaltet, und wobei der bewegliche Teil einen an dem feststehenden Teil angebrachten ersten Abschnitt (252) und einen an dem ersten Abschnitt angebrachten zweiten Abschnitt (254) ausbildet, wobei der bewegliche Teil eine Öffnung in der Ventilplatte (234) ausbildet, so dass der erste Abschnitt eine kleinere Querschnittfläche als der zweite Abschnitt aufweist.
Scroll-Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der bewegliche Teil (252, 254) der Ventilplatte eine gebogene Außenkante aufweist.
Scroll-Maschine nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der feststehenden Teil der Ventilplatte (234) ein ringförmiger Ring (250) ist.
Scroll-Maschine nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Abschnitt des beweglichen Teils der Ventilplatte ein im Allgemeinen rechteckiger Teil (252) ist, welcher sich von dem ringförmigen Ring radial nach innen erstreckt.
Scroll-Maschine nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Abschnitt des beweglichen Teils der Ventilplatte ein im Allgemeinen kreisförmiger Teil (254) ist, welcher an dem im Allgemeinen recheckigen Teil (252) angebracht ist.
Scroll-Maschine nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Ventilabsperrung (236) einen zweiten ringförmigen Ring (260) umfasst und die Profilfläche der Ventilabsperrung durch einen zweiten im Allgemeinen rechteckigen Teil (262), der sich von dem zweiten ringförmigen Ring radial nach innen erstreckt, und einen zweiten im Allgemeinen kreisförmigen Teil (264), der an dem zweiten im Allgemeinen rechteckigen Abschnitt angebracht ist, ausgebildet wird.
Scroll-Maschine nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Ventilabsperrung (236) einen zwischen dem zweiten im Allgemeinen kreisförmigen Teil (264) und dem ringförmigen Ring (260) angebrachten Stützabschnitt (266) umfasst.
Scroll-Maschine nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass eines der ersten (56) und zweiten (70) Scrollelemente einen in die Aussparung (78) mündenden ersten Ablasskanal (76) ausbildet und der Ventilsitz (132) einen sich durch den Ventilsitz erstreckenden zweiten Ablasskanal (140) ausbildet, wobei das Ablassventil weiterhin Mittel für das Ausrichten des zweiten Ablasskanals (140) zu dem ersten Ablasskanal (76) und für das Ausrichten des im Allgemeinen kreisförmigen Teils (254) zu dem zweiten im Allgemeinen kreisförmigen Teil (264) umfasst.
Scroll-Maschine nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass eines der ersten (56) und zweiten (70) Scrollelemente einen in die Aussparung (78) mündenden ersten Ablasskanal (76) ausbildet und der Ventilsitz (132) einen sich durch den Ventilsitz erstreckenden zweiten Ablasskanal (140) ausbildet, wobei das Ablassventil weiterhin Mittel für das Ausrichten des zweiten Ablasskanals (140) zu dem ersten Ablasskanal (76) für das Ausrichten des weiteren im Allgemeinen kreisförmigen Teils (264) zu dem zweiten Ablasskanal (140) und für das Ausrichten des im Allgemeinen kreisförmigen Teils (264) zu dem weiteren kreisförmigen Teil (254) umfasst.
Scroll-Maschine nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass eines der ersten (56) und zweiten (70) Scrollelemente einen in die Aussparung (78) mündenden ersten Ablasskanal (76) ausbildet und der Ventilsitz (132) einen sich durch den Ventilsitz erstreckenden zweiten Ablasskanal (140) ausbildet, wobei das Ablassventil weiterhin Mittel für das Ausrichten des zweiten Ablasskanals (140) zu dem ersten Ablasskanal (76) und für das Ausrichten des im Allgemeinen kreisförmigen Teils (254) zu dem zweiten Ablasskanal (140) umfasst.
Scroll-Maschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Ablassventil normalerweise offen ist.
Scroll-Maschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilsitz (132) eine flache Fläche und eine Profilfläche (148) beinhaltet, wobei die Profilfläche normalerweise von der Ventilplatte (234) beabstandet ist.
Scroll-Maschine nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Profilfläche (148) flach ist.
Scroll-Maschine nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Profilfläche (148) gewölbt ist.