EP1669606B1

EP1669606B1 - Schraubenverdichter

Info

Publication number: EP1669606B1
Application number: EP05025950.6A
Authority: EP
Inventors: Rolf Dieterich
Original assignee: Bitzer Kuehlmaschinenbau GmbH and Co KG
Current assignee: Bitzer Kuehlmaschinenbau GmbH and Co KG
Priority date: 2004-12-02
Filing date: 2005-11-29
Publication date: 2014-07-30
Anticipated expiration: 2025-11-29
Also published as: CN1782431A; DE102004060596A1; US20060117790A1; EP1669606A3; ES2510467T3; EP1669606A2; US7547203B2; CN100567742C

Description

Die Erfindung betrifft einen Schraubenverdichter zum Verdichten von Kältemittel in einem Kältemittelkreislauf, umfassend ein Verdichtergehäuse, in welchem eine Schraubenläuferaufnahme und einen Einlasskanal sowie ein Auslasskanal für das zu verdichtende Kältemittel vorgesehen sind, mindestens einen in der Schraubenläuferaufnahme angeordneten Schraubenläufer, einen Antrieb für den mindestens einen Schraubenläufer und eine Schmiermittelversorgung, welche aus einem druckbeaufschlagten Schmiermittelreservoir über ein Leitungssystem mindestens dem mindestens einen Schraubenverdichter im Betrieb Schmiermittel zuführt.
Derartige Schraubenverdichter sind beispielsweise aus der US 4,639,196 A oder der US 3,905,729 A bekannt, bei diesen besteht jedoch das Problem, dass beim Abschalten der Schraubenverdichter vielfach die Gefahr besteht, dass weiterhin Schmiermittel in diesen läuft und somit sich in der Schraubenläuferaufnahme im Bereich der Schraubenläufer ansammelt und damit beim Anlaufen der Schraubenläufer zu Problemen führt. Aus diesem Grund sind ein externes Magnetventil und ein externer Strömungswächter in der Schmiermittelversorgung vorgesehen, die eine übermäßige Zufuhr von Schmiermittel insbesondere bei Stillstand des Schraubenverdichters, verhindern. Diese haben jedoch den Nachteil, dass deren Funktionssicherheit nicht zuverlässig gegeben ist.
Aus der US 3,191,854 ist ein Rückschlagventil bekannt, das einerseits von einem Druck in einem Schmiermittelreservoir beaufschlagt ist und andererseits durch einen von einer Ölpumpe erzeugten Schmiermitteldruck beaufschlagt ist.
Die US 4,336,001 offenbart die Überwachung eines Schraubenverdichters in einem Kühlkreislauf durch Erfassung absoluter Werte für den Druck.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Schraubenverdichter der gattungsgemäßen Art derart zu verbessern, dass der Betrieb und die Überwachung des Schraubenverdichters zuverlässiger erfolgen.
Bei einem Schraubenverdichter der eingangs beschriebenen Art ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass dieser ein erstes Differenzdruckerfassungselement umfasst, welches eine Druckdifferenz zwischen dem Druck im Auslasskanal und einem durch einen Druck im Kältemittelkreislauf beeinflussten Referenzdruck erfasst und dass der Schraubenverdichter eine Verdichtersteuerung umfasst, welche dann, wenn die Druckdifferenz nach einer Anlaufphase des Antriebs nicht in einem durch Verdichten des Kältemittels festgelegten Betriebsdruckbereich liegt, den Antrieb für den mindestens einen Schraubenläufer abschaltet.
Der Vorteil der erfindungsgemäßen Lösung ist darin zu sehen, dass damit die Möglichkeit besteht, zu überwachen, ob der Schraubenverdichter im Sinne eines Verdichtens des Kältemittels arbeitet und wenn dies nicht der Fall sein sollte, beispielsweise wenn der Antrieb mit der falschen Drehrichtung läuft, den Antrieb abschaltet.
Dabei ist es vorteilhaft, dass keine absolute Erfassung des Drucks im Auslasskanal erfolgt, sondern die Druckdifferenz zu einem Referenzdruck im Kältemittelkreislauf ermittelt wird, so dass dadurch die Abhängigkeit von dem absoluten Druckniveau im Auslasskanal nicht gegeben ist, sondern der gesamte Kältemittelkreislauf und somit auch der Schraubenverdichter auf unterschiedlichen absoluten Druckniveaus arbeiten können.
Besonders günstig ist es dabei, wenn der Referenzdruck durch einen Druck im Hochdruckabschnitt des Kältemittelkreislaufs beeinflusst ist, so dass dadurch ein Referenzdruck vorliegt, welcher in derselben Größenordnung liegt wie der Druck im Auslasskanal, so dass in einfacher Weise die Ermittlung des Differenzdrucks erfolgen kann.
Noch besser ist es, wenn der Referenzdruck von einem Druck im Hochdruckabschnitt des Kältemittelkreislaufs abgeleitet, vorzugsweise proportional zu diesem ist.
Prinzipiell könnte der Referenzdruck durch eine separate Druckleitung zwischen dem Differenzdruckerfassungselement und dem jeweiligen Abschnitt des Kältemittelkreislaufs dem Differenzdruckerfassungselement zugeführt werden.
Eine besonders einfache Lösung sieht jedoch vor, dass der Referenzdruck durch den von der Schmiermittelversorgung übertragenen und auf das Schmiermittelreservoir wirkenden Druck im Kältemittelkreislauf beeinflusst ist.
Prinzipiell wäre es denkbar, das erste Differenzdruckerfassungselement völlig unabhängig von dem Ventil in der Schmiermittelversorgung auszubilden.
Eine besonders günstige Lösung sieht jedoch vor, dass das Differenzdruckerfassungselement eine Betätigungseinrichtung für das Ventil in der Schmiermittelversorgung sowie einen Betätigungsstellungen desselben erfassenden Sensor umfasst.
Damit kann das Ventil unmittelbar dazu eingesetzt werden, entsprechend dem Differenzdruck zu reagieren und es können dann dessen Stellungen zur Erfassung des Differenzdrucks herangezogen werden.
Beispielsweise wäre es denkbar, beliebige Elemente des Ventils in ihre verschiedenen Betätigungsstellungen zu erfassen.
Eine besonders günstige Lösung sieht jedoch vor, dass der Sensor Kolbenstellungen der Betätigungseinrichtung erfasst.
Das Erfassen der Kolbenstellungen kann auf unterschiedlichste Art und Weise erfolgen, beispielsweise können hierzu induktive oder auf Magnetfelder reagierende Sensoren eingesetzt werden, wenn der Kolben mit einem Magnet versehen wird, dessen Position dann durch den Sensor detektiert wird.
Im Zusammenhang mit der bisher beschriebenen Ausführungsform und der erfindungsgemäßen Lösung wurde nicht näher darauf eingegangen, wie die Anlaufphase erfasst und festgelegt werden soll.
So wäre es beispielsweise denkbar, die Anlaufphase des Antriebs durch die Anzahl der nach dem Einschalten des Antriebs erfolgenden Umdrehungen festzulegen.
Besonders einfach ist es jedoch, wenn die Verdichtersteuerung die Anlaufphase des Antriebs durch ein Zeitfenster festlegt, das eine bestimmte Zeitdauer nach dem Einschalten des Antriebs definiert.
Vorzugsweise arbeitet dabei die Verdichtersteuerung so, dass diese überprüft, ob während der Anlaufphase der Betriebsdruckbereich erreicht wird, das heißt, dass die Verdichtersteuerung spätestens bei Ablauf der Anlaufphase das den Betriebsdruckbereich anzeigende Signal erhalten muss.
Im einfachsten Fall wird dabei der Betriebsdruckbereich dadurch definiert, dass das Ventil seine Schließstellung verlassen hat.
Alternativ oder ergänzend zu den bislang beschriebenen Ausführungsbeispielen sieht ein weiteres vorteilhaftes Ausführungsbeispiel vor, dass ein zweites Differenzdruckerfassungselement vorgesehen ist, welches eine sich an dem Schmiermittelfilter ausbildende Druckdifferenz erfasst und dass die Verdichtersteuerung dann, wenn die Druckdifferenz einen Schwellwert überschreitet, den Antrieb abschaltet.
Der Vorteil dieser Lösung ist darin zu sehen, dass damit überwacht werden kann, ob der Schraubenverdichter ausreichend mit Schmiermittel versorgt wird, da die Druckdifferenz repräsentativ für den Fluss des Schmiermittels durch das Schmiermittelfilter ist, wobei an dem Schmiermittelfilter ein geringer Druckabfall entsteht, der sich in der Druckdifferenz niederschlägt.
Eine besonders einfache Lösung sieht vor, dass das Differenzdruckerfassungselement den Druck des Schmiermittels im Leitungssystem vor einem Filterkörper und nach dem Filterkörper des Schmiermittelfilters erfasst.
Günstigstenfalls ist das Differenzdruckerfassungselement so ausgebildet, dass dieses einen Kolben umfasst, welcher einerseits von Schmiermittel vor Durchlaufen des Filterkörpers und andererseits von Schmiermittel nach Durchlaufen des Filterkörpers des Schmiermittelfilters beaufschlagt ist und sich somit der Kolben entsprechend der Druckdifferenz einstellt.
Um nun die einzelnen Positionen des Kolbens erfassen zu können, ist vorzugsweise vorgesehen, dass das Differenzdruckerfassungselement einen Sensor zum Erfassen von mindestens einer Stellung des Kolbens umfasst.
Eine besonders kompakte Lösung sieht vor, dass das Differenzdruckerfassungselement in das Verdichtergehäuse integriert ist, das heißt so an dieses angebaut ist, dass es Teil eines Gesamtgehäuses für den Schraubenverdichter darstellt.
Die eingangs genannte Aufgabe wird bei einem Schraubenverdichter der eingangs beschriebenen Art auch dadurch gelöst, dass in dem Leitungssystem der Schmiermittelversorgung ein Ventil vorgesehen ist, welches durch eine Druckdifferenz zwischen dem Druck im Auslasskanal und einem durch einen Druck im Kältemittelkreislauf beeinflussten Referenzdruck steuerbar ist und bei Kältemittel verdichtendem Schraubenläufer öffnet, sowie bei Kältemittel nicht verdichtendem Schraubenläufer schließt.
Der Vorteil dieser Lösung ist darin zu sehen, dass damit die Möglichkeit besteht, in direkter Korrelation zum Verdichten des Kältemittels durch den Schraubenläufer die Schmiermittelversorgung herzustellen oder zu unterbrechen.
Darüber hinaus ist ein wesentlicher Vorteil der erfindungsgemäßen Lösung darin zu sehen, dass das Ventil nicht aufgrund eines Absolutdrucks arbeitet, sondern eine Druckdifferenz zwischen dem Druck im Auslasskanal, das heißt dem Druck des verdichteten Kältemittels, und einem Referenzdruck herstellt, der durch einen Druck im Kältemittelkreislauf beeinflusst ist. Das heißt, dass dadurch die Möglichkeit besteht, unabhängig vom absoluten Druckniveau, bei welchem der Schraubenverdichter und der Kältemittelkreislauf arbeiten, eine einwandfreie Funktion der Schraubenläufer zu erfassen.
Grundsätzlich kann dabei der Referenzdruck durch einen beliebigen Druck im Kältemittelkreislauf beeinflusst sein.
Eine besonders einfache Lösung sieht vor, dass der Referenzdruck durch einen Druck im Hochdruckabschnitt des Kältemittelkreislaufs beeinflusst ist, so dass der Referenzdruck bereits ein Druckniveau aufweist, welches sich nicht sehr stark von dem Druckniveau des verdichteten Kältemittels im Auslasskanal unterscheidet. Damit kann die Steuerung des Ventils besonders einfach ausgelegt werden.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn der Referenzdruck von einem Druck im Hochdruckabschnitt des Kältemittelkreislaufs abgeleitet ist, das heißt vorzugsweise im Wesentlichen proportional zu dem Druck im Hochdruckabschnitt des Kältemittelkreislaufs ist.
Prinzipiell wäre es denkbar, eine Leitung vorzusehen, über welche der Druck im Hochdruckabschnitt des Kältemittelkreislaufs dem Ventil zur Ermittlung der Druckdifferenz zugeführt wird.
Eine besonders einfache Lösung sieht jedoch vor, dass der Referenzdruck durch den von der Schmiermittelversorgung übertragenen, auf das Schmiermittelreservoir wirkenden Druck im Kältemittelkreislauf beeinflusst ist.
Besonders einfach lässt sich das Ventil dann ausbilden, wenn das Ventil durch einen Kolben steuerbar ist, auf welchen einerseits unter dem Druck im Auslasskanal stehendes Kältemittel und andererseits der Referenzdruck wirken.
Besonders vorteilhaft lässt sich dies dadurch realisieren, dass der Kolben des Ventils auf der für die Einwirkung des Referenzdrucks vorgesehenen Seite durch aus dem Schmiermittelreservoir kommendes Schmiermittel beaufschlagbar und in Richtung seiner Schließstellung bewegbar ist.
Das heißt, dass das aus dem Schmiermittelreservoir kommende Schmiermittel den Kolben in seine Schließstellung bewegt, sofern der Druck des verdichteten Kältemittels im Auslasskanal niedriger ist als der Referenzdruck.
Um das durch den in Schließstellung bewegten Kolben geschlossene Ventil in der geschlossenen Stellung zu halten, ist vorzugsweise das Ventil so ausgebildet, dass dieses eine einen Ventilsitz und einen Ventilkörper umfassende Ventilanordnung aufweist, die so ausgebildet ist, dass bei auf dem Ventilsitz aufsitzendem Ventilkörper der auf den Ventilkörper einwirkende Druck des Schmiermittels eine Kraft in Richtung der geschlossenen Stellung des Ventilkörpers bewirkt.
Ferner ist es günstig, wenn der Ventilkörper durch einen elastischen Kraftspeicher, zum Beispiel eine Feder, beaufschlagt ist, die bei einem Druckausgleich am Kolben, das Ventil in seine geschlossene Stellung überführt und in dieser hält.
Um den Schraubenverdichter möglichst als eine Einheit in den jeweiligen Kältemittelkreislauf einbauen zu können, ist vorzugsweise vorgesehen, dass das Ventil in dem Verdichtergehäuse des Schraubenverdichters integriert ist.
Dadurch entfallen insbesondere aufwändige Einbauten in die Schmiermittelleitung zum Verdichter.
Ferner ist zur Aufbereitung des Schmiermittels vorzugsweise in dem Leitungssystem für das Schmiermittel ein Schmiermittelfilter angeordnet.
Auch das Schmiermittelfilter ist vorzugsweise in das Verdichtergehäuse des Schraubenverdichters integriert, um eine kompakte Einheit zu erhalten.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung sind Gegenstand der nachfolgenden Beschreibung sowie der zeichnerischen Darstellung eines Ausführungsbeispiels:
In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1: eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Kältemittelkreislaufs mit mehreren Verdichtern;
Fig. 2: einen Längsschnitt durch ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen, in dem Kältemittelkreislauf gemäß Fig. 1 eingesetzten Verdichter;
Fig. 3: eine schematisierte Darstellung des Verdichters in Fig. 2 mit verschiedenen Komponenten desselben im Zusammenwirken mit einem Schmiermittelreservoir im Kältemittelkreislauf;
Fig. 4: eine ausschnittsweise Darstellung eines Teilbereichs eines Verdichtergehäuses mit einem Schnitt durch ein Schmiermittelfilter, ein Ventil in der Schmiermittelversorgung und einem ersten Differenzdruckerfassungselement und einem zweiten Differenzdruckerfassungselement, die alle in das Verdichtergehäuse integriert sind in einer geöffneten Stellung des Ventils, einer aus der Schließstellung heraus bewegten Stellung des ersten Differenzdruckerfassungselements und einer einen korrekten Schmiermittelfluss anzeigenden Stellung des zweiten Differenzdruckerfassungselements;
Fig. 5: einen Schnitt ähnlich Fig. 4 mit einer geschlossenen Stellung des Ventils bei einem in Schließstellung stehenden ersten Differenzdruckerfassungselement und einem unmittelbar nach Schließen des Ventils noch einen korrekten Schmiermittelfluss anzeigenden zweiten Differenzdruckerfassungselement;
Fig. 6: einen Schnitt ähnlich Fig. 4 mit einem in der geschlossenen Stellung stehendem Ventil, einem in Schließstellung stehenden ersten Differenzdruckerfassungselement und einem einen nicht korrekten Schmiermittelfluss anzeigenden zweiten Differenzdruckerfassungselements und
Fig. 7: einen Schnitt ähnlich Fig. 4 mit einem in der geöffneten Stellung stehenden Ventil, einem aus der geschlossenen Stellung herausbewegten ersten Differenzdruckerfassungselement und einem einen nicht korrekten Schmiermittelfluss anzeigenden Differenzdruckerfassungselement;

Ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Kältemittelkreislaufs, in Fig. 1 als Ganzes mit 10 bezeichnet, umfasst mehrere parallel geschaltete Verdichter 12a bis 12c, deren Hochdruckanschlüsse 14a bis 14c mit einem Hochdruckleitungssystem 16 verbunden sind, welches in einen als Ganzes mit 18 bezeichneten Schmiermittelabscheider führt, in welchem aus dem unter Hochdruck stehenden und verdichteten Kältemittel Schmiermittel abgeschieden wird.
Von dem Schmiermittelabscheider 18 führt eine Hochdruckleitung 20 durch einen Wärmetauscher 22, welcher das verdichtete Kältemittel kühlt, und dann zu einem Expansionsventil 24, welches dazu dient, durch Entspannen des Kältemittels dessen Temperatur abzusenken, so dass das expandierte Kältemittel in einem Wärmetauscher 26 die Möglichkeit hat, wieder Wärme aufzugeben.
Das expandierte Kältemittel wird dabei durch eine Niederdruckleitung 28 zu Niederdruckanschlüssen 30a bis c der Verdichter 12a bis c geführt.
Die Verdichter 12a, 12b und 12c sind parallel geschaltet in dem Kältemittelkreislauf 10 angeordnet, können jedoch einzeln zu oder abgeschaltet werden, je nach angeforderter Kälteleistung.
Ferner erfolgt eine Versorgung der parallel geschalteten Verdichter 12a, 12b und 12c mit Schmiermittel aus einem sich im Schmiermittelabscheider 18 bildenden Schmiermittelreservoir 32 und einen von dem Schmiermittelreservoir 32 ausgehenden externen Leitungssystem 34, welches zu einem Schmiermittelversorgungsanschluss 36a, 36b und 36c des jeweiligen Verdichters 12a bis 12c führt.
Ein Beispiel für einen derartigen Verdichter 12 ist in Fig. 2 dargestellt, und umfasst ein Verdichtergehäuse 40, in welchem eine Schraubenläuferaufnahme 42, beispielsweise in Form von zwei Schraubenläuferbohrungen vorgesehen ist, die zur Aufnahme zweier zusammenwirkender Schraubenläufer 44, 46 dient.
Die Schraubenläufer 44, 46 greifen zum Verdichten des Kältemittels ineinander, wobei einer der Schraubenläufer, beispielsweise der Schraubenläufer 46 durch einen als Ganzes mit 48 bezeichneten Antriebsmotor, der ebenfalls im Verdichtergehäuse 40 angeordnet ist, angetrieben wird.
Der Antriebsmotor 48 treibt dabei eine Antriebswelle 50, auf weicher der Schraubenläufer 46 sowie ein Rotor 52 des Antriebsmotors sitzen und der in dem Verdichtergehäuse 40 um eine Rotorachse 54 drehbar gelagert ist.
Der Rotor 52 des Antriebsmotors 48 durch das Zusammenwirken mit einem in dem Verdichtergehäuse 42 ebenfalls angeordneten Stator 56 angetrieben.
Vorzugsweise ist der Schraubenverdichter vom Grundprinzip her so aufgebaut, wie dies in der europäischen Patentanmeldung WO 02/053917 beschrieben ist, auf welche diesbezüglich vollinhaltlich Bezug genommen wird.
Das Verdichtergehäuse 40 umfasst auf einer dem Antriebsmotor 48 gegenüberliegenden Seite ein Lagergehäuse 58, in welchem Lagereinheiten 60 und 62 für die Lagerung der Schraubenläufer 44, 46 angeordnet sind.
Ein derartiger Schraubenverdichter ist nochmals schematisiert in Fig. 3 dargestellt, wobei aus Gründen der Einfachheit der Antriebsmotor 48 und nur ein Schraubenläufer, nämlich der Schraubenläufer 46 in ihrer schematisierten Anordnung im ebenfalls schematisch gezeichneten Verdichtergehäuse dargestellt sind.
Ferner führt, wie in Fig. 2 und 3 dargestellt, zu den Schraubenläufern 44 und 46 ein Einlasskanal 70 und außerdem ist, wie in Fig. 3 dargestellt, in dem Verdichtergehäuse 40 ein Auslasskanal 72 vorgesehen, welcher das verdichtete Kältemittel zu dem Hochdruckanschluss 14 führt, auf welchen folgend ein Rückschlagventil 74 angeordnet ist, durch den das verdichtete Kältemittel in das Hochdruckleitungssystem 16 eintritt und dann zu dem Schmiermittelabscheider 18 geführt wird.
In dem Verdichtergehäuse 40 selbst ist ein internes Schmiermittelleitungssystem 80 vorgesehen, welches ausgehend von dem Schmiermittelversorgungsanschluss 36 durch ein Schmiermittelfilter 82 gefiltertes Schmiermittel einerseits den Lagereinheiten 60, 62 für die Schraubenläufer und andererseits den Schraubenläufern 44, 46 zuführt, um diese beim Lauf zu schmieren. Außerdem kann damit die Vorrichtung zur Leistungsregelung des Schraubenverdichters mit unter Druck stehendem Schmiermittel versorgt werden.
Das interne Schmiermittelleitungssystem 80 kann aber auch zu weiteren Lagern der Schraubenläufer 44, 46 und des Antriebsmotors 48 geführt sein.
Der Schmiermittelfilter 82 wird, wie in Fig. 2, 3 und 4 dargestellt, durch ein in das Verdichtergehäuse 40 integriertes Filtergehäuse 84 gebildet, in dessen Innenraum 86 ein Filterkörper 88 eingesetzt ist, der in den Innenraum 86 eintretendes Schmiermittel filtert und über einen vom Filterkörper 88 umschlossenen Raum 90 das gefilterte Schmiermittel zu einem als Ganzes mit 92 bezeichneten Schmiermittelstoppventil führt, weiches in einen Deckelkörper 94 des Filtergehäuses 84 und somit auch in das Verdichtergehäuse 40 integriert ist.
Der Deckelkörper 94 umfasst einen zum Raum 90 hin offene Eintrittsöffnung 96 für das Schmiermittel, an welches sich ein bis zu einem Ventilsitz 98 führender Aufnahmeraum 100 für einen Ventilkörper 102 des Schmiermittelstoppventils 92 anschließt.
Auf einer dem Aufnahmeraum 100 gegenüberliegenden Seite des Ventilsitzes 98 ist ein Abströmkanal 104 für das gefilterte und den Ventilsitz 98 durchströmende Schmiermittel vorgesehen, wobei sich vom Abströmraum 104 ausgehend das weitere interne Schmiermittelleitungssystem 80 fortsetzt.
Den Abströmraum 104 durchsetzt außerdem ein den Ventilkörper 102 tragender Ventilstößel 106, welcher von dem Ventilkörper 102 zu einem Ventilkolben 108 führt, der zwei in einem Zylindergehäuse 110 angeordnete Zylinderkammern 112 und 114 von einander trennt, wobei das Zylindergehäuse 110 ebenfalls in den Deckelkörper 94 des Ventilgehäuses 84 integriert ist.
Die Zylinderkammer 112 liegt auf einer dem Ventilkörper 102 zugewandten Seite und ist über einen Stichkanal 116 mit dem Abströmkanal 104 des internen Schmiermittelleitungssystems 80 verbunden, so dass der Ventilkolben 108 durch in der Zylinderkammer 112 mit einem Druck P1 vorliegendes Schmiermittel beaufschlagbar ist.
Die Zylinderkammer 114 ist über einen in dem Verdichtergehäuse 40 geführten Kanal 118 mit dem Auslasskanal 72 des Schraubenverdichters 12 verbunden, so dass der Ventilkolben 108 andererseits von unter dem Druck P2 im Auslasskanal 72 stehendem Kältemittel beaufschlagt ist.
Zusätzlich ist in dem Zylindergehäuse 110 noch eine den Ventilkolben 108 beaufschlagende Feder 120 vorgesehen, welche auf den Ventilkolben 108 in Richtung einer Schließstellung einwirkt, in welcher der Venilkolben 108 dafür sorgt, dass der Ventilkörper 102 auf dem Ventilsitz 98 dichtend aufliegt und insbesondere bei Druckausgleich am Ventilkolben 108 das Ventil geschlossen hält.
Das Öffnen und Schließen des Schmiermittelstoppventils 92 erfolgt somit durch Bewegen des Ventilkolbens 108 entsprechend der Druckdifferenz zwischen dem Druck P1 in der Zylinderkammer 112 und dem Druck P2 in der Zylinderkammer 114.
Ist der Druck P2 in der Zylinderkammer 114 höher als der Druck P1 in der Zylinderkammer 112 so öffnet das Schmiermittelstoppventil 92 dadurch, dass sich der Ventilkolben 108 in die Öffnungsstellung entgegen der Kraftwirkung der Feder 120 bewegt und damit bewirkt, dass der Ventilkörper 102 vom Ventilsitz 98 abhebt, so dass Schmiermittel aus dem Raum 90 in den Abströmkanal 104 und von diesem in das weiterführende interne Schmiermittelleitungssystem 80 eintreten kann.
Dieser Zustand wird dann erreicht, wenn der Schraubenverdichter arbeitet, das heißt die beiden Schraubenläufer 44 und 46 das Kältemittel derart zu verdichten, dass in dem Auslasskanal 72 auf Hochdruck P2 verdichtetes Kältemittel vorliegt, so dass der Druck P2 in der Zylinderkammer 114 dem auf Hochdruck verdichteten Kältemittel entspricht.
Da die wirksame und die Zylinderkammer 114 begrenzende Querschnittsfläche des Ventilkolbens 108 größer ist als die wirksame Querschnittsfläche des auf dem Ventilsitz 98 sitzenden Ventilkörpers 102 auf welchen in der Schließstellung der Druck P3 das Schmiermittel im Raum 90 wirkt, führt der bei Kältemittelverdichtung in dem Auslasskanal 72 erzeugte Hochdruck P2 dazu, dass der Ventilkolben 108 den Ventilkörper 92 von dem Ventilsitz 98 abhebt und somit in seine, in Fig. 4 dargestellte geöffnete Stellung übergeht.
Somit erfolgt eine Schmiermittelversorgung des Schraubenverdichters über das interne Schmiermittelleitungssystem 80 mit dem sich in dem Raum 90 des Filterkörpers 88 sammelnden und unter dem Druck P3 stehenden Schmiermittel, der ungefähr proportional zu einem Druck in dem Hochdruckleitungssystem 16 und somit zum Druck im Schmiermittelabscheider 18 ist.
Kommen der Antriebsmotor 48 und somit auch die Schraubenläufer 44 und 46 zum Stillstand, so bricht der Druck des verdichteten Kältemittels im Auslasskanal 72 zusammen und somit fällt auch der Druck P2 in der Zylinderkammer 114 ab. Dies führt dazu, dass der Druck P1 in der Zylinderkammer 112 den Ventilkolben 108 in Richtung seiner Schließstellung bewegt, die in Fig. 5 dargestellt ist.
In dieser Schließstellung bricht dann auch der Druck P1 in der Zylinderkammer 112 zusammen, andererseits bewirkt aber der Druck P3 im Raum 90, welcher auf den Ventilkörper 102 einwirkt, dass der Ventilkörper 102 in seiner auf dem Ventilsitz 98 aufsitzenden Stellung verbleibt und somit die Versorgung des weiteren internen Schmiermittelleitungssystems 80 und mit Schmiermittel aus dem Raum 90 unterbricht, so dass dadurch verhindert wird, dass ständig Schmiermittel aus dem Schmiermittelreservoir 32 nachläuft und sich somit in dem Schraubenverdichter, beispielsweise der Schraubenläuferaufnahme 42 desselben sammelt.
Das Schmiermittelstoppventil 92 hat jedoch nicht nur die Aufgabe, beim Abschalten des Antriebsmotors 48 und somit der Bewegung der Schraubenläufer 44 und 46 den Schmiermittelfluss aus dem Raum 90 des Schmiermittelfilters 82 in das weitere interne Schmiermittelleitungssystem 80 zu unterbrechen, sondern ist außerdem Teil eines ersten Druckdifferenzerfassungselements 130, das zusätzlich noch einen Positionssensor 132 für die Stellungen des Ventilkolbens 108 umfasst.
Der Positionssensor 132 ist beispielsweise gebildet durch ein sogenanntes Reed-Relais 134 und einen das Reed-Relais 134 auslösenden Magnetkörper 136, der seinerseits mit dem Ventilkolben 108 in dem Zylindergehäuse 110 mitbewegt wird.
Sobald der Magnetkörper 136 in Höhe des Reed-Relais 134 steht, löst dieses einen Kontakt aus, so dass der Positionssensor 132 beispielsweise bei entsprechender Anordnung nahe der Schließstellung des Ventilkolbens 108 in der Lage ist, den Ventilkolben 108 in dieser Schließstellung zu erfassen.
Darüber hinaus besteht auch die Möglichkeit zu erfassen, ob der Ventilkolben 108 die Schließstellung verlassen hat und somit der Ventilkörper 102 vom Ventilsitz 98 abgehoben hat und die Zufuhr von Schmiermittel zu dem weiteren internen Schmiermittelleitungssystem 80 freigibt, wie dies in Fig. 4 dargestellt ist.
Das Signal des Positionssensors 132 wird an eine Verdichtersteuerung 140 weitergegeben, mit welcher auch der Antriebsmotor 48 steuerbar ist.
Das Differenzdruckerfassungselement 130 schafft nun nicht nur die Möglichkeit für die Verdichtersteuerung 140 zu erkennen, ob das Schmiermittelstoppventil 92 geöffnet hat, sondern auch die Möglichkeit, zu erkennen, ob die Schraubenläufer 44, 46 vom Antriebsmotor 48 in der richtigen Drehrichtung angetrieben sind und somit den vorgesehenen Druck P2 im Auslasskanal 72 aufbauen. Bei falscher Drehrichtung der Schraubenläufer 44, 46 wird im Auslasskanal kein Druck aufgebaut.
Dieser Druck im Auslasskanal, der dem Druck P2 in der Zylinderkammer 112 entspricht, wird erfindungsgemäß nicht absolut erfasst, sondern in Relation zu den Referenzdrücken P1 und P3, die durch den Druck im Hochdruckabschnitt 16, 20 des Kältemittelkreislaufs 10, insbesondere den Druck im Schmiermittelabscheider 18 beeinflusst, vorzugsweise zu diesem Druck proportional sind. Somit besteht mit dem ersten Differenzdruckerfassungselement 130 die Möglichkeit, festzustellen, ob der Druck P2 im Auslasskanal 72 größer ist als die Drücke P1 und P3 und damit festzustellen, ob der Druck P2 so groß ist, dass auf Hochdruck verdichtetes Kältemittel durch das Rückschlagventil 74 in das Hochdruckleitungssystem 16 gefördert wird.
In diesem Fall ist davon auszugehen, dass sich die Schraubenläufer 44 und 46 in der richtigen Richtung drehen und somit können Beschädigungen durch falsche Drehrichtung der Schraubenläufer 44, 46 verhindert werden.
Die Verdichtersteuerung 140 ist dabei vorzugsweise so ausgelegt, dass diese nach Einschalten des Antriebsmotors 48 innerhalb eines Zeitfensters den Positionssensor 132 beobachtet und prüft, ob der Ventilkolben 108 die Schließstellung verlassen hat.
Das Zeitfenster wird beispielsweise so gesetzt, dass dieses maximal eine Sekunde dauert. Das Zeitfenster kann aber auch noch kürzer bemessen werden, beispielsweise eine halbe Sekunde.
Wird innerhalb des Zeitfensters von der Verdichtersteuerung 140 erkannt, dass der Ventilkolben 108 die Schließstellung nicht verlassen hat, so geht die Verdichtersteuerung 140 davon aus, dass die Schraubenläufer 44, 46 entweder in der falschen Richtung drehen oder andere Beschädigungen vorliegen, was zur Abschaltung des Antriebsmotors 48 führt.
Zusätzlich zu dem ersten Differenzdruckerfassungselement 130, welches primär die einwandfreie Funktion der Schraubenläufer 44, 46 nach Anlaufen des Antriebsmotors 48 erfasst, ist ein zweites Differenzdruckerfassungselement 150 vorgesehen, welches wie in den Fig. 4 bis 7 dargestellt, ein Zylindergehäuse 152 umfasst, in welchem ein Kolben 154 vorgesehen ist, der eine erste Zylinderkammer 156 von einer zweiten Zylinderkammer 158 trennt, die auf gegenüberliegenden Seiten des Kolbens 154 angeordnet sind.
Die erste Zylinderkammer 156 ist durch den Druck P1 beaufschlagt, der auch ungefähr dem Druck in der ersten Zylinderkammer 112 entspricht, während die zweite Zylinderkammer 158 durch einen Druck P4 beaufschlagt ist, der dem Druck des Schmiermittels im Innenraum 86 des Filtergehäuses 84 vor dem Durchsetzen des Filterkörpers 88 entspricht.
Der Kolben 154 bewegt sich nun entsprechend der Differenz der Drücke P1 und P4, wobei der Kolben 154 zusätzlich in Richtung seiner in den Fig. 4 und 5 dargestellten dem korrekten Schmiermittelfluss entsprechenden Endstellung beaufschlagt ist, das heißt, dass die Summe der durch die Feder 160 und dem Druck P1 auf den Kolben 154 ausgeübten Kräfte größer ist als die von dem Druck P4 auf den Kolben 154 ausgeübte Kraft.
Diese korrekten Schmiermittelfluss anzeigende Stellung des Kolbens 154 wird dann eingenommen, wenn der Ventilkörper 102 von dem Ventilsitz 98 abgehoben ist und somit der Druck P1 auf den Kolben 154 wirkt, andererseits aber der Druck P4 vor dem Filterkörper 88 nicht wesentlich größer als der Druck P1 ist, was dann der Fall ist, wenn der Filterkörper 88 für das Schmiermittel nicht durch Schmutz zugesetzt ist (Fig. 4).
Die den korrekten Schmiermittelfluss anzeigende Stellung des Kolbens 154 ist somit von einer einwandfreien Funktion des Filterkörpers 88 abhängig und außerdem davon abhängig, dass überhaupt das Schmiermittelstoppventil 92 geöffnet ist.
Wird das Schmiermittelstoppventil 92 geschlossen, so bleibt der Kolben 154, solange, solange der Druck P1 nicht zusammengebrochen ist, in seiner korrekten Schmiermittelfluss anzeigenden Stellung (Fig. 5) und geht dann, wenn der Druck P4 größer ist als der Druck P1 in die nicht korrekten Schmiermittelfluss anzeigende Stellung über (Fig. 6).
Ist dagegen das Schmiermittelstoppventil 92 geöffnet, wie in Fig. 7 dargestellt, und trotzdem der Kolben 154 nicht in seiner korrekten Schmiermittelfluss anzeigenden Stellung sondern einer gegenüberliegenden Stellung, so heißt dies, dass der Filterkörper 88 verstopft ist und somit an dieser ein zu hoher Druckabfall entsteht.
Damit ist mit dem zweiten Differenzdruckerfassungselement 150 die Möglichkeit gegeben, den korrekten Schmiermittelfluss teilweise redundant zum Schmiermittelstoppventil 92 zu überprüfen und zu überwachen.
Dies erfolgt mittels eines zweiten Positionssensors 162, welcher ebenfalls als Reed-Kontakt 164 ausgebildet ist und die Position eines durch den Kolben 154 mitgeführten Magneten 166 dann erfasst, wenn der Kolben 154 in seiner den korrekten Ölfluss anzeigenden Stellung steht.
Auch der Positionssensor 162 ist mit der Verdichtersteuerung 140 verbunden, so dass diese über den das zweite Differenzdruckerfassungselement 150 in der Lage ist, den korrekten Fluss von Schmiermittel zu überprüfen und gegebenenfalls bei nicht korrektem Schmiermittelfluss den Antriebsmotor abzuschalten, um Beschädigungen aufgrund von Mangelschmierung der Schraubenläufer 44, 46 oder der Lager 60, 62 zu vermeiden.

Claims

Schraubenverdichter (12) zum Verdichten von Kältemittel in einem Kältemittelkreislauf (10), umfassend ein Verdichtergehäuse (40), in welchem eine Schraubenläuferaufnahme (42) und ein Einlasskanal (70) sowie ein Auslasskanal (72) für das zu verdichtende Kältemittel vorgesehen sind, mindestens einen in der Schraubenläuferaufnahme angeordneten Schraubenläufer (44, 46),
einen Antrieb (48) für den mindestens einen Schraubenläufer (44, 46) und
eine Schmiermittelversorgung, welche aus einem druckbeaufschlagten Schmiermittelreservoir (32) über ein Leitungssystem (34, 80) mindestens dem mindestens einen Schraubenläufer (44, 46) im Betrieb Schmiermittel zuführt,
dadurch gekennzeichnet, dass dieser ein erstes Differenzdruckerfassungselement (130) umfasst, welches eine Druckdifferenz zwischen dem Druck (P2) im Auslasskanal (72) und einem durch einen Druck im Kältemittelkreislauf (10) beeinflussten Referenzdruck (P1, P3) erfasst, und dass der Schraubenverdichter (12) eine Verdichtersteuerung (140) umfasst, welche dann, wenn die Druckdifferenz nach einer Anlaufphase des Antriebs (48) nicht in einem durch Verdichten des Kältemittels festgelegten Betriebsdruckbereich liegt, den Antrieb (48) für den mindestens einen Schraubenläufer (44, 46) abschaltet.
Schraubenverdichter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Referenzdruck (P1, P3) durch einen Druck im Hochdruckabschnitt (16, 20) des Kältemittelkreislaufs (10) beeinflusst ist.
Schraubenverdichter nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Referenzdruck (P1, P3) durch den von der Schmiermittelversorgung (34, 80) übertragenen und auf das Schmiermittelreservoir (32) wirkenden Druck im Kältemittelkreislauf (10) beeinflusst ist.
Schraubenverdichter nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Differenzdruckerfassungselement (130) eine Betätigungseinrichtung (110, 108) für das Ventil (92) in der Schmiermittelversorgung sowie einen Betätigungsstellungen desselben erfassenden Sensor (132) umfasst.
Schraubenverdichter nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor (132) Kolbenstellungen der Betätigungseinrichtung (110, 108) erfasst.
Schraubenverdichter nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Verdichtersteuerung (140) die Anlaufphase des Antriebs (48) durch ein Zeitfenster festlegt.
Schraubenverdichter nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Verdichtersteuerung (140) überprüft ob während der Anlaufphase der Betriebsdruckbereich erreicht wird.
Schraubenverdichter nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein zweites Differenzdruckerfassungselement (150) vorgesehen ist, welches eine sich an dem Schmiermittelfilter (82) ausbildende Druckdifferenz erfasst, und dass die Verdichtersteuerung (140) dann, wenn die Druckdifferenz einen Schwellwert überschreiten, den Antrieb (48) abschaltet.
Schraubenverdichter nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Differenzdruckerfassungselement (150) den Druck des Schmiermittels im Leitungssystem (34, 80) vor einem Filterkörper (88) des Schmiermittelfilters (82) und nach dem Filterkörper (88) des Schmiermittelfilters (82) erfasst.
Schraubenverdichter nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Differenzdruckerfassungselement (150) einen Kolben (154) umfasst, welcher einerseits von Schmiermittel vor Durchlaufen des Filterkörpers (88) und andererseits von Schmiermittel nach Durchlaufen des Filterkörpers (88) beaufschlagt ist.
Schraubenverdichter nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Differenzdruckerfassungselement einen Sensor (162) zum Erfassen von mindestens einer Stellung des Kolbens (154) umfasst.
Schraubenverdichter nach einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Differenzdruckerfassungselement (150) in das Verdichtergehäuse (140) integriert ist.
Schraubenverdichter nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Leitungssystem (34, 80) der Schmiermittelversorgung ein Ventil (92) vorgesehen ist, welches durch eine Druckdifferenz zwischen dem Druck (P2) im Auslasskanal (72) und einem durch einen Druck im Kältemittelkreislauf (10) beeinflussten Referenzdruck (P1, P3) steuerbar ist und bei Kältemittel verdichtendem Schraubenläufer (44, 46) öffnet sowie bei Kältemittel nicht verdichtendem Schraubenläufer (44, 46) schließt.
Schraubenverdichter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Referenzdruck (P1, P3) durch den von der Schmiermittelversorgung übertragenen, auf das Schmiermittelreservoir (32) wirkenden Druck im Kältemittelkreislauf (10) beeinflusst ist
Schraubenverdichter nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventil (92) durch einen Ventilkolben (108) steuerbar ist, auF welchen einerseits unter dem Druck (P2) im Auslasskanal (72) stehendes Kältemittel und andererseits der Referenzdruck (P1, P3) wirken.
Schraubenverdichter nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilkolben (108) des Ventils (92) auf der für die Einwirkung des Referenzdrucks (P1, P3) vorgesehenen Seite durch aus dem Schmiermittelreservoir (32) kommendes Schmiermittel beaufschlagbar und in Richtung seiner Schließstellung bewegbar ist.
Schraubenverdichter nach einem der Ansprüche 13 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventil (92) eine einen Ventilsitz (98) und einen Ventilkörper (102) umfassende Ventilanordnung aufweist, die so ausgebildet ist, dass bei auf dem Ventilsitz (98) aufsitzenden Ventilkörper (102) der auf den Ventilkörper (102) einwirkende Druck (P3) des Schmiermittels eine Kraft in Richtung der geschlossenen Stellung des Ventilkörpers (102) bewirkt.
Schraubenverdichter nach einem der Ansprüche 13 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventil (92) in dem Verdichtergehäuse (40) des Schraubenverdichters (12) integriert ist.
Schraubenverdichter nach einem der Ansprüche 13 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Leitungssystem (34, 80) für das Schmiermittel ein Schmiermittelfilter (82) angeordnet ist.
Schraubenverdichter nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass das Schmiermittelfilter (82) in das Verdichtergehäuse (40) des Schraubenverdichters (12) integriert ist.
Schraubenverdichter nach Anspruch 19 oder 20, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventil (92) in einem Deckelkörper (94) eines Schmiermittelfiltergehäuses (84) integriert ist.