DE972953C - Vorrichtung zur Regelung der Foerderleistung eines Kolbenkompressors, vorzugsweise einer Kaelteanlage - Google Patents

Description

AUSGEGEBEN AM 26. NOVEMBER 1959

C 7541 IaJ17 a

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Regelung der Förderleistung eines Kolbenkompressors, vorzugsweise einer Kälteanlage, durch Umleitung von Druckgas vom Zylinderkopf zur Kompressoransaugseite unter Verwendung eines Umleitungsventils, das mit einem vom Kompressorarbeitsdruck beaufschlagten Zylinderkolben gesteuert wird.

De Nachteil der bekannten Vorrichtungen zur Regelung der Förderleistung von Kolbenkompressoren besteht einerseits in einem relativ komplizierten und sperrigen Aufbau und andererseits dem nur im beschränkten Umfang möglichen Anlauf bei verminderter Last. Die vorliegende Erfindung bezweckt eine erhebliche bauliche Vereinfachung der Regelvorrichtung und eine Verbesserung der Anilaufbedingungen des Kompressors in im wesentlichen lastfreiem Zustand.

Zur Lösung der vorgenannten Aufgaben wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, den Kolben selbst als Ventilkörper des Umleitungsventils auszubilden und mit einem ringförmigen Ventilsitz derart zusammenarbeiten zu lassen, daß ein Teil der vorderen Kalbenstirnfläche einen über den Ventilsitz hinausragenden Ringrand bildet, der dem Förderdruck am Zylinderkopf ausgesetzt ist, während die vordere Kolbenstirnfläche innerhalb des Ventilsitzes durch den Unterdruck in der Saugkammer des Kompressors beaufschlagt wird, und die dem Ventilsitz abgekehrte Stirnfläche des Kolbens wahlweise zu bestimmten Zeiträumen mit dem Saugdruck oder dem Förderdruck des Kompressors beaufschlagt wird, um das öffnen oder Schließen des Umleitungsventils zu bewirken. Hierbei weist der Zylinderkopf vorzugsweise eine Platte

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auf, die die vorzugsweise den Kompressorzylinder umgebende Saugkammer vom Zylinderkopf raum trennt und die die vom Kolben gesteuerte Umleitungsventilöffnung trägt. Ein weiteres Merkmal der Erfindung ist darauf gerichtet, daß der Kompressorkolben in an sich, bekannter Weise hohl ausgebildet ist und einerseits über Fenster und Kanäle mit der Saugkammer in Verbindung steht und andererseits an seinem Kopfe mit einer Öffnung ver-ίο sehen ist, die durch das Saugventil gesteuert wird. Die erfindungsgemäße Vorrichtung wird vorzugsweise in Verbindung mit einem Kälteanlagenkornpressor verwendet, bei dem der im Zylinderkopf angeordnete Förderraum mit einer zum Kondensator führenden Druckleitung über ein Überdruckventil verbunden ist, welches in der gleichen Platte wie die durch den Kolben gesteuerte Ventilöffnung angeordnet ist.

Weitere Einzelheiten und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und der Zeichnung, in welcher

Fig. τ eine Ansicht teils im Schnitt, teils in Vorderansicht eines Teiles eines Koimpressorzylinders, der die erfindungsgemäße Vorrichtung ^a5 einschließt, darstellt;

Fig. 2 ist eine Schnittansicht des mit dem Druckelement verbundenen ölsteuerventils in Arbeitsstellung, und

Fig. 3 ist eine Schnittansicht des Ölsteuerventils für die Ausschaltung eines Zylinders.

Nach der Zeichnung ist ein Kompressor 2 einschließlich der Förderieistungsregelung nach der Erfindung dargestellt. Der Kompressor 2 besteht aus einem Zylinderkopf 3, der in dem oberen Teil des Kompressors 2 gezeigt wird. Eine Ventilplatte 4 ist zwischen Zylinderkopf 3 und einem Zylinder 5 angeordnet, und es ist klar, daß eine Mehrzahl solcher Zylinder benutzt werden kann, wenn es gewünscht wird. Dieser Zylinder ist mit dem Zylinderkopf durch Löcher 6 in der Ventilplatte 4 verbunden. Ein Kalben 7 ist innerhalb des Zylinders 5 angebracht und bewegt sich darin. Dieser Kolben hat zwei in der Längsrichtung vorgesehene Kammern 8, die mit den in der Wandung des Zylinders 5 angebrachten Saugdurchlässen 9 verbunden sind.

Ein Ventil 11 befindet sich an der Oberseite des Kolbens 7, um die Öffnungen 12 darin zu schließen. Ein Druckventil 13 ist in dem Zylinderkopf 3 oberhalb der Öffnungen 6 in der Ventilplatte angebracht und regelt den Durchfluß durch diese öffnungen. Eine zweite Öffnung 14 ist in der Ventilplatte 4 vorgesehen. Diese öffnung ist mit der Druckleitung 15 verbunden, die zu dem Kondensator des ge- ' wohnlichen Kühlsystems führt. Diese zweite öffnung 14 wird durch ein Abschluß ventil 16 gesteuert, welches nur den Durchfluß von dem Zylinderkopf zur Druckleitung gestattet.

Eine dritte öffnung 22 ist in der Ventilplatte 4 vorgesehen und erlaubt den Durchfluß vom Zylinderkopf 3 nach der Saugkammer 23, die um den Zylinder 5 herum angeordnet ist. Verständlicherweise sind die Saugkammern untereinander verbunden, wenn mehrere Zylinder verwendet werden. Die dritte Öffnung 22 wird durch ein Kraftelement 26 geregelt, das aus einem kleinen Zylinder 28 und dem Kolben 27 besteht. Ein Deckel 29 ist vorgesehen, der das offene Ende des Kolbens und des Zylinders abschließt. Ein Druckrohr 30 führt durch den Deckel 29 hindurch, durch das der Druck auf den Kolben 27 einwirkt. Dieser Kolben ruht auf einem Sitz 31, der rund um die Öffnung 22 vorgesehen ist.

Die Druckleitung 30 führt von dem Kraftelement 26 zu einem Dreiwegeventil 35. Vorzugsweise wird ein elektrisch gesteuertes Dreiwegeventil verwendet, jedoch kann auch ein von Hand betätigtes Ventil oder andere ähnliche Mittel gebraucht werden. Eine Leitung 36 verbindet das Dreiwegeventil mit einem Ölsteuerventil 37.

Das Ölsteuerventil 37 besteht aus einem Gehäuse 34, in dem eine öldmckleitung 38 vorgesehen ist. Das Öl wird von der Ölpumpe für die Kompressorschmierung durch diese Leitung 38 gegen einen Kolben 39 in dem Ventil gedruckt. Dieser Kolben hat einen hervorstehenden Zapfen 40, der in die Kammer 41 hineinreicht. Diese Kammer steht in Verbindung mit dem Saugedruck des Systeme. Eine Kugel 42 ist an der Spitze des Zapfens 40 in der Kammer gelagert, die sich bis in den verlängerten Durchgang 43 ausdehnt, in dem sich ein Bolzen 44 bewegt, der auf der Kugel 42 ruht.

Eine Öffnung 45 in dem Durchgang 43 verbindet den letzteren mit der Leitung 36. Eine zweite Kammer 46 ist an der entgegengesetzten Seite des Durchganges 43 vorgesehen, und eine zweite Kugel 47 ist in dieser Kammer untergebracht. Diese zweite Kammer ist mit dem Arbeitsdruck des Systems verbunden. Ein Ventilsitz 48 um die Bohrung 43 herum ist in der Kammer 41 oberhalb der Kugel 42 eingearbeitet. Ebenso ist ein Ventilsitz 49 in der zweiten Kammer unter der oberen Kugel 47 rund um das entgegengesetzte Ende der Bohrung 43 vorgesehen. Über der oberen Kugel 47 ist eine Feder 50 angeordnet, die die Kugel 43· auf den Ventilsitz 49 zu drücken sucht.

Saugdruck wird in der Leitung 36 bestehen, wenn die Kammer 41 mit der Öffnung 45 in Verbindung stent. Dies ist der Fall, wenn die Kugel 42 von dem Ventilsitz 48 entfernt wird. Eine derartige Arbeitsbewegung der Kugel 42 erfolgt dann, wenn kein öl in der Öldruckleitung 38 vorhanden ist, was eintritt, wenn der Motor nicht läuft oder gerade anläuft.

Arbeitsdruck wird in der Leitung 30 herrschen, wenn die Kammer 46 mit der Öffnung 45 in Verbindung steht. Dies geschieht, wenn die zweite Kugel 47 von dem Ventilsitz 49 entfernt wird, d. h., wenn ein Öldruck in der Öldruckleitung 38 vorhanden ist. Öldruck herrscht aber nur, wenn der iao Kompressor auf vollen Touren läuft.

Das ölsteuerventil dient vorzugsweise dazu, den Druck in der Druckleitung 30 zu regeln. Es könnte weggelassen werden, wenn Öl an Stelle komprimierten Gases als Druckmittel vorgesehen wäre. Bei dieser Arbeitsweise würde aber das Öl bestrebt

sein, nach dem Kolben 27 in das Gas des Zylinderkopfes hineinzusickern, was bei einigen Kühlungsmethoden nicht erwünscht ist.

Die Regelung des Kraftelementes, kann durch andere geeignete Mittel ausgeführt werden. Die wesentliche Forderung ist, daß der auf das Kraftelement wirkende Druck in Abhängigkeit von einem Wechsel des Saugdruckes oder von der Temperatur des Kühlraumes steht.

ib Das Dreiwegeventil 35 wird benutzt, um einen der Kompressorzylinder zu entlasten, wenn der Kompressor läuft. Normalerweise steht die Druckleitung 30 mit dem Druck in der Leitung 36 in Verbindung, und es ist klar, daß während des Kompressorbetriebes immer Arbeitsdruck in der Leitung 36 herrscht. Wenn aber gewünscht wird, daß das komprimierte Gas in den Zylinder zurückströmt, nachdem der Kompressor zu laufen angefangen hat, dann sperrt das Ventil 35 die Leitung 36 ab und öffnet die Leitung 51, die mit dem Saugdruck des Systems in Verbindung steht, was das Entlasten des Zylinders zur Folge hat.

Entsprechend der Wirkungsweise der Vorrichtung tritt das Gas in den Zylinder 5 durch die Säugöffnungen 9 ein. Bei abwärts gehender Bewegung des Kolbens 7 öffnet sich das Saugventil 11, um das Gas in den Zylinder oberhalb des Kolbens eintreten zu lassen. Bei aufwärts gehender Bewegung schließt dagegen das Saugventil, und das Gas wird auf einen vorbestimmten Druck komprimiert, der genügt, das Druckventil 13 zu öffnen. Gleichzeitig strömt das Gas durch die Löcher 6 in den Zylinderkopf hinein. Während der normalen Arbeit unter Last strömt das Gas durch die zweite öffnung 14 in die Druckleitung des Kühlsystems. Verständlicherweise wird sich das Überdruckventil durch den Druck des Gases öffnen und dem Gas den Durchfluß durch die Öffnung bei normaler Arbeit unter Last gestatten.

Während des Anlaufens des Kompressors ist es wünschenswert, daß ein oder mehrere Zylinder des Kompressors unbelastet laufen. Dies wird durch das Kraftelement 26 erreicht. Bei dem Kolben 27 des Kraftelementes erstreckt sich ein Teil seiner Oberfläche außerhalb des Sitzes 31. Diese Fläche des Kolbens 27 außerhalb des Sitzes 31 ist zu jeder Zeit dem im Zylinderkopf herrschenden Arbeitsdruck ausgesetzt. Die Fläche des Kolbens gegenüber dem Sitz 31 ist dagegen dem auf der Saugseite herrschenden Saugdruck ausgesetzt. Diese beiden Flächen sind gleich der inneren Fläche des Kolbens, die dem Druck in der Druckleitung 30 unterworfen ist.

Der auf den Kolben durch die Druckleitung ausgeübte Druck kann entweder Saug- oder Arbeitsdruck sein. Wenn der Kompressor zu laufen und der Öldruck sich auszubilden beginnt, sind die Elemente in dem ölsteuerventil 37 derart eingestellt, daß Saugdruck in den Leitungen 36 und der Druckleitung 30 herrscht. Während des Kompressorbetriebes und nach der Ausbildung des Öldruckes ändert sich aber die Stellung der Elemente in. dem Ölsteuerventil 37, so daß Arbeitsdruck in den Leitungen 36 und der Druckleitung 30 zur Wirkung kommt. Wenn trotzdem auf Wunsch Saugluft in der Druckleitung 30 eingestellt werden soll, dann muß das Dreiwegeventil 35 betätigt werden, um die Leitung 36 zu blockieren und die Leitung 51 zu öffnen, die mit dem Saugdruck des Systems in Verbindung steht.

Die. Stellung des Koltens 2η im Kraftelement 26 hängt davon ab, ob Saug- oder Arbeitsdruck durch die Druckleitung 30 ausgeübt wird. Besteht Saugdruck in der Druckleitung, dann werden die resultierenden Kräfte des Druckes, die gegen die innere Fläche des Kolbens wirken, kleiner sein als· diejenigen, die gegen die äußere Fläche des Kolbens wirken. Diese gegen die äußere Fläche zur Wirkung kommenden Kräfte werden natürlich durch den Arbeitsdruck, der gegen den äußeren Rand der Fläche außerhalb des Sitzes wirkt, und durch den Saugdruck erzeugt, der gegen den inneren Teil der Fläche innerhalb des Sitzes 3 r wirkt. Die Folge ist, daß sich der Kolben von dem Sitz fortbewegt und die dritte Öffnung 22 freimacht, wobei das Gas aus dem Zylinderkopf auf die Saugseite !Übertreten kann. Zu gleicher Zeit verhindert das Überdruckventil 16, daß das Gas von der Druckseite durch die zweite Öffnung 14 in den Zylinderkopf 3 zurückströmen kann.

Wenn die innere Fläche des Kolbens dem Arbeitsdruck durch die Druckleitung unterworfen ist, werden die gegen die innere Fläche von diesem Druck zur Wirkung kommenden Kräfte größer als die vereinigten Kräfte sein, die gegen die äußere Fläche gerichtet sind. Dann wird der Kolben den Sitz berühren und die dritte öffnung schließen. Daraus ergibt sich, daß das Gas in dem Zylinderkopf einen Druck aufbaut, der bei etwas höherem Druck das Überdruckventil 16 in der Druckleitung öffnet und so dem Gas erlaubt, auf der Druckseite abzufließen.

Die Wirkungsweise des ülsteuerventils ist von dem Öldruck des Kompressors abhängig. Wenn der Kompressor läuft und der Öldruck durch das in die Öldruckleitung 38 einfließende öl aufgebaut ist, tritt der Ansatz 40 in die Kammer 41 so weit wie möglich hinein und zwingt den Kolben, sich in seine höchste Stellung zu begeben. Dies wiederum verursacht die Kugel 42, sich gegen den Ventilsitz zu drücken. Die Kugel 42 bewegt mittels, des Bolzens 44 die zweite Kugel 47 aufwärts gegen die Kraft der Feder 50 und hebt die Kugel von dem Ventilsitz 49 ab. In dieser Stellung wird das Kraft element dem Arbeitsdruck unterworfen, sofern die Druckleitung 30 in Verbindung mit der öffnung 45 mittels der Leitung 36 steht. Der Kolben 27 des Kraftelementes 26 wird dann auf den Sitz 31 gezwungen, und die dritte öffnung 22 in der Ventilplatte ist geschlossen. Das Gas von dem Zylinderkopf 3 fließt dann zur Druckseite, da der Druck des Gases von genügender Stärke ist, um das Überdruckventil 16 zu öffnen, welches die öffnung 14 sperrt.

Wenn der Kompressor anläuft und der Öldruck im Anwachsen ist, steht der Kolben 39 in seiner

Claims (5)

1. niedrigsten Stellung, da er keinem Druck von der Öldruckleitung 38 unterworfen ist. Der Ansatz 40 tritt dann in die Kammer 41 ein, und die Kugel· 42 entfernt sich von ihrem Ventilsitz 48. Diese Abwärtsbewegung der Kugel 42 ermöglicht, daß sich der Bolzen 44 abwärts bewegt, und gestattet der Feder 50, die Kugel 47 auf ihren Ventilsitz 49 zu drücken. In dieser Stellung des ölsteuerventils kommt der Saugdruck auf das Druckelement über

   die Kammer 41, den Durchgang 43 und die Öffnung 45 zu der Leitung 36 und der Druchleitung 30 zur Wirkung. Mit diesem Saugdruck in der Druckleitung 30 wird der Kolben 27 des Druckelementes 26 aufwärts gedrückt und die dritte Öffnung 22 geöffnet. Diese gestattet, daß das Gas in dem Zylinderkopf während des Anlaufens des Kompressors umgeleitet wird.

   Wenn der Kompressor läuft, kann eine andere Regelung für die Umleitung des Gases vorgesehen

   ao werden, um eine Entlastung von einigen der Kompressorzylinder zu gestatten. Dies wird durch das Dreiwegeventil 35 erreicht, da dieses normalerweise den Durchfluß durch die Leitung 36 bis zur Druckleitung 30 öffnet. Wenn es erwünscht ist, das Gas nach Anlaufen des Kompressors umzuleiten, sperrt das Ventil 35 die Leitung 36 und verbindet die Leitung 51, die in Verbindung mit dem Saugdruck des Systems steht, mit der Druckleitung 30. Verständilicherweise wird dann, wenn die Leitung 36 geschlossen und die Leitung 51 geöffnet sind, der Kolben 27 des Druckelementes 26 veranlaßt werden, sich aufwärts zn bewegen und die Öffnung 22 frei zu machen, um dem Gas die Umleitung zu erlauben. Vorzugsweise wird ein elektrisch gesteuertes Dreiwegeventil angewendet, das jedoch auch von. Hand oder mit anderen passenden Mitteln bewegt werden kann.

   Die Erfindung sieht ein vereinfachtes System für die Regelung der Kompressorförderleitung vor, in

   dem die Vorrichtung für die Umleitung innerhalb des Kompressors angeordnet ist. Diese Vorrichtung sieht sowohl eine Steuerung der Arbeitsweise während des Anlassens als auch eine solche der Förderleistung des Kompressors während seines Betriebes vor.

   Wenn auch eine bevorzugte Ausführungsform beschrieben ist, soll de · Schutzumfang der Erfindung nicht auf diese Ausführungsform beschränkt sein.

   δ» PATENTANSPRÜCHE:

   i. Vorrichtung zur Regelung der Förderleistung eines Kolbenkompressors, vorzugsweise einer Kälteanlage, durch Umleitung von Druckgas vom Zylinderkopf zur Kompressoransaugseite unter Verwendung eines Umleitungsventils, das mit einem vom Kompressorarbeitsdruck beaufschlagten Zylinderkolben gesteuert wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben (27) selbst als Ventilkörper des Umleitungsventils ausgebildet ist und mit einem ringförmigen Ventilsitz (31) derart zusammenarbeitet, daß ein Teil der vorderen Kolbenstirnfläche einen über den Ventilsitz (31) hinausragenden Ringrand bildet, der dem Förderdruck am Zylinderkopf (3) ausgesetzt ist, während die vordere Kolbenstirnfläche innerhalb des Ventilsitzes (31) durch den Unterdruck in der Saugkammer (23) des Kompressors beaufschlagt wird, und die dem Ventilsitz (31) abgekehrte Stirnfläche des Kolbens (27) wahlweise zu bestimmten Zeiträumen mit dem Saugdruck oder dem Förderdruck des Kompressors beaufschlagt wird, um das Öffnen oder Schließen des Umleitungsventils zu bewirken.
2. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Zylinderkopf (3) eine Platte (4) aufweist, die die vorzugsweise den Kompressorzylinder (5) umgebende Saugkammer (23) vom Zylinderkopfraum trennt und die die vom Kolben (27) gesteuerte Umleitungsventilöffnung (22) trägt.
3. 3. Vorrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Kompressorkolben (7) in an sich bekannter Weise hohl ausgebildet ist und einerseits über Fenster (8) und Kanäle (9) mit der Saugkammer (23) in Verbindung steht und andererseits an seinem Kopfe mit einer öffnung versehen ist, die durch das Saugventil gesteuert wird.
4. 4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch die Verwendung bei einem Kälteanlagenkompressor, bei dem der im Zylinderkopf angeordnete Förderraum mit einer zum Kondensator führenden Druckleitung über ein Überdruckventil (16) verbunden ist, welches in der gleichen Platte (4) wie die durch den Kolben (27) gesteuerte Ventilöffnung (22) angeordnet ist.
5. 5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerung des Umleitungsventils in an sich bekannter Weise mittels eines durch Öldruck beaufschlagten Steuerventils (37) erfolgt, das vorzugsweise vom öl der Schmierölleitung des Kompressors beaufschlagt wird.

   In Betracht gezogene Druckschriften:
   Deutsche Patentschriften Nr. 171 360, 680740, in, 869 107;

   britische Patentschriften Nr. 654451, 638609.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

   © 509 659/101 2.56 (909 651/6 11.59)