EP3440358B1

EP3440358B1 - Schraubenverdichter

Info

Publication number: EP3440358B1
Application number: EP16714450.0A
Authority: EP
Inventors: Tihomir Mikulic
Original assignee: Bitzer Kuehlmaschinenbau GmbH and Co KG
Current assignee: Bitzer Kuehlmaschinenbau GmbH and Co KG
Priority date: 2016-04-06
Filing date: 2016-04-06
Publication date: 2021-03-24
Anticipated expiration: 2036-04-06
Also published as: RU2713784C1; CN109072919A; EP3440358A1; US11286935B2; CN109072919B; EP3859159B1; EP3859159A1; EP3440358B9; US20190032661A1; WO2017174130A1

Description

Die Erfindung betrifft einen Schraubenverdichter umfassend ein Verdichtergehäuse mit einem in diesem angeordneten Schraubenläuferraum, zwei in dem Schraubenläuferraum angeordnete und an dem Verdichtergehäuse jeweils um eine Schraubenläuferachse drehbar gelagerte Schraubenläufer, die mit ihren Schraubenkonturen ineinander greifen und jeweils mit an diese angrenzenden und diese teilweise umschließenden Verdichtungswandflächen zusammenwirken, um über einen im Verdichtergehäuse angeordneten Niederdruckraum zugeführtes gasförmiges Medium aufzunehmen und im Bereich eines im Verdichtergehäuse angeordneten Hochdruckraums abzugeben, wobei das gasförmige Medium in zwischen den Schraubenkonturen und an diesen angrenzenden Verdichtungswandflächen gebildeten Verdichtungskammern bei Niederdruck mit einem Ansaugvolumen eingeschlossen und auf ein Endvolumen bei Hochdruck komprimiert wird, sowie zwei in einem Schieberkanal des Verdichtergehäuses in einer parallel zu den Schraubenläuferachsen verlaufenden Verschieberichtung hintereinanderliegend angeordnete und an beide Schraubenläufer mit Schieberverdichtungswandflächen angrenzende Steuerschieber, welche in der Verschieberichtung bewegbar sind, wobei ein erster Steuerschieber das Endvolumen beeinflussend und ein zweiter Steuerschieber das Anfangsvolumen beeinflussend angeordnet ist, wobei der erste Steuerschieber und der zweite Steuerschieber in einer Verbundstellung miteinander zugewandten Stirnseiten dicht miteinander abschließend und gemeinsam in der Verschieberichtung bewegbar sind und in einer Trennstellung im Abstand von einander unter Bildung eines Zwischenraums positionierbar sind.
Derartige Schraubenverdichter sind aus der US 4,516,914 A bekannt.
Bei diesen besteht das Problem, den Übergang der Steuerschieber von der Verbundstellung in die Trennstellung ausgehend von verschiedenen Verbundstellungen längs des Schieberkanals möglichst zuverlässig realisieren zu können.
Diese Aufgabe wird bei einem Schraubenverdichter der eingangs beschriebenen Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Steuerschieber mindestens in einer zwischen der Verbundstellung und der Trennstellung liegenden Übergangsstellung einen Einströmraum bilden, in den aus einer der Verdichtungskammern das zu verdichtende Medium dadurch einströmt, dass es zwischen den einander zugewandten Stirnseiten der Steuerschieber hindurchtritt und dass einer der Steuerschieber mit mindestens einem an den Einströmraum angrenzenden Abstörmauslass versehen ist, durch welchen das Medium aus dem Einströmraum in eine in dieser Übergangsstellung mit dem Abströmauslass überlappende Abströmöffnung am Schieberkanal eintritt.
Der Vorteil der erfindungsgemäßen Lösung ist insbesondere darin zu sehen, dass dadurch die Möglichkeit geschaffen ist, für das in der Übergangsstellung aus dem Einströmraum abströmende Medium definierte Strömungsverhältnisse zu erhalten, die andererseits wiederum zu definierten Druckverhältnissen im Bereich der einander zugewandten Endbereiche der Steuerschieber führen und somit einen zuverlässigen Übergang von der Verbundstellung der Steuerschieber in deren Trennstellung erlauben.
Hinsichtlich der Ausbildung des Einströmraums wurden bislang keine näheren Angaben gemacht.
So sieht eine vorteilhafte Lösung vor, dass der Einströmraum sich in eine zentrale Ausnehmung eines der Steuerschieber hineinerstreckt.
Dies schafft die Möglichkeit einerseits den Einströmraum über den Zwischenraum zwischen den Steuerschiebern hinaus zu vergrößern und darüber hinaus die Möglichkeit, den mit dem Einströmraum versehenen Steuerschieber mit geringerer Masse auszubilden und somit reaktiver zu gestalten.
Prinzipiell könnte die zentrale Ausnehmung im ersten oder im zweiten Steuerschieber vorgesehen sein.
Da der zweite Steuerschieber beim Übergang von der Verbundstellung in die Trennstellung in der Regel relativ zum ersten Steuerschieber bewegt wird, ist es vorteilhaft, wenn die zentrale Ausnehmung im zweiten Steuerschieber vorgesehen ist, so dass dessen Masse reduziert werden kann.
Darüber hinaus ist vorzugsweise vorgesehen, dass der mindestens eine Abströmauslass im zweiten Steuerschieber angeordnet ist und somit die in der Übergangsstellung mit dem Abströmauslass vorgesehene Abströmöffnung im Schieberkanal möglichst nahe der Niederdruckseite angeordnet werden kann.
In diesem Fall ist dann auch zweckmäßigerweise vorgesehen, dass der Abströmauslass in die zentrale Ausnehmung des zweiten Steuerschiebers einmündet.
Hinsichtlich des Einströmraums wurden ferner keine näheren Angaben gemacht.
So ist es ebenfalls vorteilhaft, wenn der Einströmraum sich auch in einen durch die einander zugewandten Endbereiche der Steuerschieber und den Schieberkanal begrenzten Zwischenraum erstreckt.
Bislang wurde die Lage der Abströmöffnung am Schieberkanal nicht näher spezifiziert. So ist vorteilhafter Weise vorgesehen, dass der Schieberkanal mit mindestens einer seitlichen Abströmöffnung versehen ist, das heißt, dass die Abströmöffnung nicht stirnseitig des Schieberkanals liegt sondern in sich parallel zu der Verschieberichtung erstreckenden Längsseiten des Schieberkanals.
Des Weiteren ist vorzugsweise vorgesehen, dass der Abströmauslass in einem Seitenwandbereich des diesen aufweisenden Steuerschiebers angeordnet ist.
Besonders günstig ist es, wenn in der Trennstellung die Abströmöffnung des Schieberkanals zumindest teilweise mit dem sich zwischen den Endbereichen der Steuerschieber bildenden Zwischenraum überlappt, so dass in der Trennstellung das Medium im Wesentlichen nicht über den Abströmauslass in die Abströmöffnung eintritt, sondern unmittelbar aus dem Zwischenraum zwischen den Steuerschiebern in den Abströmauslass eintreten kann.
Alternativ oder ergänzend zu den bislang beschriebenen Merkmalen wird die eingangs genannte Aufgabe erfindungsgemäß auch dadurch gelöst, dass die Steuerschieber an ihren einander zugewandten Endbereichen so ausgebildet sind, dass bei einem Übergang von der Verbundstellung in die Trennstellung sich in einer auf die Verbundstellung nächstfolgenden ersten Übergangsstellung ein erster Drosselspalt mit einer quer zur Verschieberichtung verlaufenden Spaltbreite ausbildet.
Ein derartiger erster Drosselspalt schafft die Möglichkeit, dass das aus der Verdichtungskammer austretende Medium gedrosselt in den Zwischenraum zwischen den Steuerschiebern und somit auch insbesondere in den Einströmraum eintritt.
Besonders günstig ist es daher, wenn der erste Drosselspalt relativ zu den einander zugewandten Stirnseiten der Steuerschieber in der Verschieberichtung versetzt angeordnet ist, dies schafft die Möglichkeit, den Drosselspalt unabhängig von dem sich zwischen den Stirnseiten bildenden Spalt auszubilden.
Ferner ist es besonders vorteilhaft, wenn der erste Drosselspalt in der ersten Übergangstellung eine geringere Spaltbreite aufweist als der sich zwischen den Stirnseiten der Steuerschieber ausbildende Spalt, so dass das Ausströmen des Mediums ausschließlich durch den Drosselspalt definierbar ist und somit die Möglichkeit geschaffen ist, in der ersten Übergangsstellung definierte Strömungsverhältnisse für das ausströmende Medium bereitzustellen.
Vorzugsweise ist dabei ferner vorgesehen, dass der erste Drosselspalt mit seiner Spaltbreite über einen Weg in der Verschieberichtung vorliegt, der größer ist als die Spaltbreite des Drosselspalts, so dass die erste Übergangsstellung über eine nennenswerte definierte Wegstrecke in der Verschieberichtung realisierbar ist.
Der erste Drosselspalt kann dabei in unterschiedlichster Art und Weise ausgebildet sein.
So sieht eine vorteilhafte Lösung vor, dass der erste Drosselspalt durch zwei Wandflächen begrenzt ist, von denen die eine am Endbereich des ersten Steuerschiebers und die andere am Endbereich des zweiten Steuerschiebers angeordnet ist.
Vorzugsweise liegen dabei die Wandflächen so, dass die von dem Endbereich des ersten Steuerschiebers gebildete Wandfläche an die Stirnseite des ersten Steuerschiebers angrenzend verläuft.
Ferner ist vorzugsweise vorgesehen, dass die am Endbereich des zweiten Steuerschiebers angeordnete Wandfläche an die Stirnseite des zweiten Steuerschiebers angrenzend verläuft.
Hinsichtlich der Ausrichtung der Wandflächen wurden bislang keine näheren Angaben gemacht.
So sieht eine vorteilhafte Lösung vor, dass mindestens eine der Wandflächen im Wesentlichen parallel zu der Verschieberichtung verläuft.
Unter einem im Wesentlichen parallelen Verlauf zu der Verschieberichtung ist dabei zu verstehen, dass die Abweichung von einem parallelen Verlauf maximal ± 20° beträgt.
Vorzugsweise ist vorgesehen, dass beide Wandflächen im Wesentlichen parallel zu der Verschieberichtung verlaufen, so dass die Spaltbreite bei einer Bewegung in der Verschieberichtung in der ersten Übergangsstellung nicht variiert.
Eine weitere vorteilhafte Lösung sieht vor, dass die Steuerschieber an ihren einander zugewandten Endbereichen so ausgebildet sind, dass sich in einer zwischen der ersten Übergangsstellung und der Trennstellung liegenden zweiten Übergangsstellung ein zweiter Drosselspalt mit einer quer zur Verschieberichtung verlaufenden Spaltbreite ausbildet, die größer ist als die Spaltbreite des ersten Drosselspalts.
Somit besteht die Möglichkeit, nach der ersten Übergangsstellung in eine zweite Übergangsstellung überzugehen, in welcher ebenfalls definierte Verhältnisse für das aus der Verdichtungskammer ausströmende und in den Zwischenraum zwischen den Steuerschiebern und somit auch insbesondere in den Einströmraum eintretende Medium bestehen.
Vorzugsweise ist dabei der zweite Drosselspalt so angeordnet, dass er von mindestens einer Wandfläche begrenzt ist, die auf einer der Stirnseite abgewandten Seite der den ersten Drosselspalt begrenzenden Wandfläche angeordnet ist.
Vorzugsweise ist diese Wandfläche gegenüber der den ersten Drosselspalt begrenzenden Wandfläche dieses Steuerkörpers zurückgesetzt, um eine größere Spaltbreite zu erzielen.
Ferner ist vorzugsweise vorgesehen, dass der zweite Drosselspalt von einer Wandfläche begrenzt ist, die auch den ersten Drosselspalt begrenzt.
Darüber hinaus sieht alternativ oder ergänzend zu den bislang beschriebenen Ausführungsformen eine weitere vorteilhafte Ausführungsform vor, dass mindestens eine der Stirnseiten der Steuerschieber eine an die Schieberverdichtungswandflächen angrenzende Dichtrandfläche und auf einer den Schieberverdichtungswandflächen gegenüberliegenden Seite der Dichtrandfläche an diese angrenzende und gegenüber der Dichtrandfläche in Richtung parallel zur Verschieberichtung zurückgesetzte oder abgesenkte Innenfläche aufweist.
Diese Lösung hat den Vorteil, dass erstens die Dichtrandfläche der einen Stirnseite mit der anderen Stirnseite in der Verbundstellung dichtend abschließen kann und andererseits aber die zurückgesetzte oder abgesenkte Innenfläche zum Aufbau einer Kraft zur Verfügung steht, die dazu beiträgt, die Steuerschieber auseinanderzubewegen.
Um eine ausreichende Abdichtung zu erhalten ist dabei vorgesehen, dass sich die Dichtrandfläche so weit in Richtung des Schieberkanals erstreckt, dass diese noch an eine Teilfläche der Führungsumfangsfläche des jeweiligen Steuerschiebers angrenzt, so dass eine zuverlässige Abdichtung durch die Dichtrandfläche mit der gegenüberliegenden Stirnseite des anderen Steuerschiebers gewährleistet ist.
Ferner ist vorzugsweise vorgesehen, dass die gegenüber der Dichtrandfläche zurückgesetzte Innenfläche mit der gegenüberliegenden Stirnseite in der Verbundstellung der Steuerschieber einen Spaltraum bildet, der mit einem von den Steuerschiebern in der Verbundstellung begrenzten Einstörmraum in Verbindung steht und auf dem gleichen Druckniveau wie der Einströmraum liegt, so dass dadurch eine auch bereits in der Verbundstellung wirksame Kraft erzeugt werden kann, die ein Auseinanderbewegen der Steuerschieber unterstützt.
Vorzugsweise ist dabei vorgesehen, dass der Einströmraum in der Verbundstellung der Steuerschieber auf Niederdruck liegt.
Dies wird insbesondere dadurch erreicht, dass der Einströmraum in der Verbundstellung der Steuerschieber mit dem Niederdruckraum des Verdichtergehäuses dadurch in Verbindung steht, dass in der Verbundstellung ein Abströmauslass in einem der Steuerschieber mit der Abströmöffnung am Schieberkanal überlappend angeordnet ist.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung sind Gegenstand der nachfolgenden Beschreibung sowie der zeichnerischen Darstellung einiger Ausführungsbeispiele.
In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1: eine perspektivische Ansicht eines ersten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Schraubenverdichters;
Fig. 2: einen Schnitt längs Linie 2-2 in Fig. 1;
Fig. 3: einen Schnitt längs Linie 3-3 im Bereich einer Positionserfassungseinrichtung;
Fig. 4: einen vergrößerten Schnitt ähnlich Fig. 2 im Bereich der Steuerschieber bei maximaler Leistung und kleinstem Volumenverhältnis;
Fig. 5: einen Schnitt längs Linie 5-5 in Fig. 3;
Fig. 6: eine Darstellung ähnlich Fig. 4 bei maximalem Fördervolumen und größtem Volumenverhältnis;
Fig. 7: eine Darstellung ähnlich Fig. 4 in einer ersten Übergangsstellung;
Fig. 8: eine vergrößerte Darstellung eines Bereichs A in Fig. 7;
Fig. 9: eine perspektivische Darstellung des ersten und zweiten Steuerschiebers;
Fig. 10: eine perspektivische Darstellung des zweiten Steuerschiebers;
Fig. 11: eine gegenüber der Fig. 10 gedrehte perspektivische Darstellung des zweiten Steuerschiebers;
Fig. 12: einen Schnitt längs Linie 12-12 in Fig. 7;
Fig. 13: eine Darstellung ähnlich Fig. 7 in einer zweiten Übergangsstellung;
Fig. 14: eine vergrößerte Darstellung eines Bereichs B in Fig. 13 und
Fig. 15: eine Darstellung der Steuerschieber mit einer Positionserfassungseinrichtung ähnlich Fig. 4 in einer Trennstellung.

Ein in Fig. 1 dargestelltes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Schraubenverdichters 10 umfasst ein als Ganzes mit 12 bezeichnetes Verdichtergehäuse, welches einen Sauganschluss 14, über welchen ein anzusaugendes gasförmiges Medium, insbesondere Kältemittel, angesaugt wird und einen Druckanschluss 16, über welchen das auf Hochdruck verdichtete gasförmige Medium, insbesondere das Kältemittel, abgegeben wird, aufweist.
Wie in Fig. 2 und 3 dargestellt, sind in einem Schraubenläuferraum 18 des Verdichtergehäuses 12 zwei jeweils um eine Schraubenläuferachse 22, 24 drehbare Schraubenläufer 26, 28 vorgesehen, die mit ihren Schraubenkonturen 32 und 34 ineinander greifen und mit an diese umfangsseitig angrenzenden Verdichtungswandflächen 36 bzw. 38 des Schraubenläuferraums 18 zusammenwirken, um einem an die Schraubenkonturen 32, 34 saugseitig angrenzenden Niederdruckraum 42 zugeführtes gasförmiges Medium aufzunehmen, zu verdichten und in einen Hochdruckraum 44 im Verdichtergehäuse 12 bei Hochdruck abzugeben.
Dabei wird das gasförmige Medium, insbesondere Kältemittel, in zwischen den Schraubenkonturen 32, 34 und den an diesen angrenzenden Verdichtungswandflächen 36, 38 gebildeten Verdichtungskammern bei Niederdruck in einem Ansaugvolumen eingeschlossen und auf ein Endvolumen bei Hochdruck verdichtet.
Zur Anpassung des Schraubenverdichters 10, beispielsweise an die in einem Kältemittelkreislauf geforderten Betriebsbedingungen, erfolgt eine Anpassung des Betriebszustandes des Schraubenverdichters 10 zum einen hinsichtlich des Volumenverhältnisses, welches die Relation zwischen dem maximal eingeschlossenen Ansaugvolumen und dem ausgeschobenen Endvolumen angibt, und zum anderen hinsichtlich der Verdichterleistung, welche den Anteil des von dem Schraubenverdichter tatsächlich verdichteten Volumenstroms bezogen auf den maximal durch den Schraubenverdichter 10 verdichtbaren Volumenstrom angibt.
Zur Anpassung des Betriebszustandes sind bei einem ersten, in den Fig. 2 bis Fig. 8 dargestellten Ausführungsbeispiel, ein erster Steuerschieber 52 und ein zweiter Steuerschieber 54 in einem im Verdichtergehäuse 12 vorgesehenen Schieberkanal 56 hintereinanderliegend angeordnet, wobei der Schieberkanal 56 parallel zu den Schraubenläuferachsen 22, 24 verläuft und den ersten Steuerschieber 52 und den zweiten Steuerschieber 54 im Bereich ihrer nicht an die Schraubenläufer 26, 28 angrenzenden Führungsumfangsfläche 58 in einer durch den Schieberkanal 56 definierten Verschieberichtung 72 führt.
Der erste Steuerschieber 52 ist dem Hochdruckraum 44 zugewandt und somit hochdruckseitig angeordnet und der zweite Steuerschieber 54 ist relativ zum ersten Steuerschieber 52 niederdruckseitig angeordnet.
Jeder der beiden Steuerschieber 52 und 54 weist ferner noch eine an den Schraubenläufer 26 angrenzende Schieberverdichtungswandfläche 62 und eine an den Schraubenläufer 28 angrenzende Schieberverdichtungswandfläche 64 auf, welche Teilflächen der Verdichtungswandflächen 36 und 38 darstellen, und vom Verdichtergehäuse 12 gebildete Gehäuseverdichtungswandflächen 66 und 68, die ebenfalls Teilflächen der Verdichtungswandflächen 36 und 38 darstellen, zu den Verdichtungswandflächen 36 und 38 ergänzen, die zusammen mit den Schraubenkonturen 32 und 34 zur Bildung der Verdichtungskammern beitragen.
Der erste Steuerschieber 52 und der zweite Steuerschieber 54 sind, wie in Fig. 2 bis 15 dargestellt, so ausgebildet, dass sie insoweit, als sie die Schieberverdichtungswandflächen 62 und 64 sowie die Führungsumfangsfläche 58 bilden, identisch sind und somit können sie in einer einzigen parallel zu den Schraubenläuferachsen 22, 24 verlaufenden Verschieberichtung 72 verschiebbar im Schieberkanal 56 des Verdichtergehäuses 12 geführt werden.
Dabei bildet der erste Steuerschieber 52 eine dem Hochdruckraum 44 zugewandte, das Endvolumen der Verdichtungskammern festlegende Auslasskante 82, die durch Verschieben des ersten Steuerschiebers 52 in der Verschieberichtung 72 verschiebbar ist und durch ihre Lage relativ zu einer hochdruckseitigen Abschlussfläche 84 des Schraubenläuferraums 18 das Endvolumen der gebildeten Verdichtungskammern und somit das Volumenverhältnis mitbestimmt.
Dieses Prinzip der Schieberanordnung ist bekannt und beispielsweise in der WO 93/18307 beschrieben, auf welche hinsichtlich der Beschreibung des Funktionsprinzips verwiesen wird.
Wie in den Fig. 2 und 4 bis 15 dargestellt, weisen der erste Steuerschieber 52 und der zweite Steuerschieber 54 an die Schieberverdichtungswandflächen 62, 64 anschließende, quer zu diesen verlaufende sowie einander zugewandte Stirnseiten 86 beziehungsweise 88 auf, mit denen diese, wie beispielsweise in Fig. 4 dargestellt, so aneinander anlegbar sind, dass die Schieberverdichtungswandflächen 62 und 64 des ersten Steuerschiebers 52 und des zweiten Steuerschiebers 54 ineinander übergehen.
Ferner ist vorzugsweise noch eine Druckfeder 104 vorgesehen, welche dazu dient, den ersten Steuerschieber 52 relativ zum zweiten Steuerschieber 54 so zu beaufschlagen, dass die Stirnflächen 86 und 88 voneinander weg bewegbar sind.
Zum Verschieben des ersten Steuerschiebers 52 ist, wie in Fig. 5 dargestellt, eine Zylinderanordnung 112 vorgesehen, die eine Zylinderkammer 114 und einen Kolben 116 umfasst, wobei der Kolben 116 mit einer Kolbenstange 118 verbunden ist, welche eine Verbindung zum ersten Steuerschieber 52 herstellt, und zwar beispielsweise mit einem in Fig. 2 und Fig. 4 dargestellten Fortsatz 122 des ersten Steuerschiebers 52, welcher zum Beispiel auf einer der Stirnseite 86 gegenüberliegenden Seite desselben angeordnet ist.
Ferner liegt die Zylinderanordnung 112 insbesondere auf einer dem zweiten Steuerschieber 54 gegenüberliegenden Seite des ersten Steuerschiebers 52, vorzugsweise in einem hochdruckseitigen Gehäuseabschnitt 124 des Verdichtergehäuses 12, welcher im Anschluss an den Schieberkanal 56 und im Anschluss an den Hochdruckraum 44 und somit auf einer dem Niederdruckraum 42 gegenüberliegenden Seite des Verdichtergehäuses 12 angeordnet ist.
Der zweite Steuerschieber 54 ist durch eine Zylinderanordnung 132 verschiebbar, welche einen in einer Zylinderkammer 134 bewegbaren Kolben 136 umfasst, wobei die Zylinderkammer 134 sich insbesondere in Fortsetzung des Schieberkanals 56 in einem niederdruckseitigen Gehäuseabschnitt 142 erstreckt, in welchem beispielsweise auch antriebsseitige Lagereinheiten für die Schraubenläufer 26 und 28 angeordnet sind, die beispielsweise über eine Antriebswelle 143 antreibbar sind.
Insbesondere ist der Kolben 136 einstückig an den zweiten Steuerschieber 54 angeformt und weist eine Kolbenfläche auf, die mindestens der Querschnittsfläche des zweiten Steuerschiebers 54 entspricht.
Der niederdruckseitige Gehäuseabschnitt 142, welcher die Zylinderkammer 134 für die Zylinderanordnung 132 zum Bewegen des zweiten Steuerschiebers 54 aufnimmt, liegt in einem Bereich des Verdichtergehäuses 12, der dem hochdruckseitigen Gehäuseabschnitt 124 zur Aufnahme der Zylinderkammer 114 für die Zylinderanordnung 112 gegenüberliegend angeordnet ist.
Der erste Steuerschieber 52 und der zweite Steuerschieber 54 lassen sich durch die Zylinderanordnungen 112 und 132 soweit zusammenschieben, dass die Stirnseiten 86 und 88 in einer Verbundstellung aneinander anliegen, und die beiden Steuerschieber 52, 54 lassen sich auch in der Verbundstellung gemeinsam wie ein einziger Steuerschieber bewegen, welcher sich von der saugseitigen Abschlussfläche 126 in Richtung der druckseitigen Abschlussfläche 84 erstreckt und dessen Auslasskante 82 zur Festlegung des Volumenverhältnisses beiträgt, wobei, wie in Fig. 4 und Fig. 6 dargestellt, der Schraubenverdichter 10 in dieser Verbundstellung stets den maximalen Volumenstrom fördert.
Je nach Lage der Auslasskante 82 relativ zur Abschlussfläche 84 lässt sich das Volumenverhältnis anpassen, das ausgehend von dem in der Stellung gemäß Fig. 4 vorliegenden Minimalwert mit zunehmend geringer werdendem Abstand der Auslasskante 82 von der Abschlussfläche 84 ansteigt und seinen Maximalwert dann erreicht, wenn die Auslasskante 82 den für die Minimierung des Endvolumens erforderlichen geringsten Abstand von der Abschlussfläche 84 aufweist, wie beispielsweise in Fig. 6 dargestellt.
Soll nun die Verdichterleistung, d.h. der tatsächlich geförderte Volumenstrom, zusätzlich variieren, so erfolgt, wie beispielsweise in Fig. 7 bis Fig. 15 dargestellt, ein Trennen der Stirnseiten 86 und 88 durch Auseinanderbewegen der Steuerschieber 52 und 54 in eine Trennstellung, insbesondere durch Bewegen des zweiten Steuerschiebers 54 in Richtung des niederdruckseitigen Gehäuseabschnitts 142.
In der Trennstellung ist der zweite Steuerschieber 54 wirkungslos, da das zu verdichtende Medium aus der über den Stirnseiten 86 und 88 stehenden Verdichtungskammer zwischen den Steuerschiebern 52, 54 in Richtung des Schieberkanals 56 strömt, der mit dem Niederdruckraum 42 über seitlich am Schieberkanal 56 im Verdichtergehäuse 12 angeordnete Abströmöffnungen 144 (Fig. 2) und sich an diese anschließende Kanäle im Verdichtergehäuse 12 verbunden ist.
Vorzugsweise sind an einander gegenüberliegenden Längsseiten des Schieberkanals 56 einander gegenüberliegende Abströmöffnungen 144 angeordnet.
Die Abströmöffnungen 144 erstrecken sich insbesondere über einen Bereich des Schieberkanals 12, der sich von der saugseitigen Abschlussfläche 126 in Richtung der druckseitigen Abschlussfläche 84 ausdehnt.
Somit legt in der Trennstellung die Lage der Stirnseite 86 des ersten Steuerschiebers 52 das Anfangsvolumen fest.
Solange die Auslasskante 82 nicht in einer Stellung steht, in welcher diese das minimal mögliche Endvolumen vorgibt, ist jedoch die Relation des Anfangsvolumens, vorgegeben durch die Stirnseite 86, zum Endvolumen, vorgegeben durch die Auslasskante 82, nicht variabel.
Wenn jedoch der erste Steuerschieber 52, wie in Fig. 15 dargestellt, so weit in Richtung des Hochdruckraums 44 verschoben wird, dass die Auslasskante 82 den minimalen Abstand von der Abschlussfläche 84 aufweist oder sogar über diese hinaus in einen vom Hochdruckraum 44 umfassten Einfahrraum 146 für den ersten Steuerschieber 52 verschoben wird, ist eine Variation des Anfangsvolumens 86 möglich, ohne dass sich das Endvolumen verändert, da dieses dann stets minimal bleibt.
Um die Wirkung des zweiten Steuerschiebers 54 in der Trennstellung zu eliminieren, wird dieser insbesondere mittels der Zylinderanordnung 132 in den Gehäuseabschnitt 142 eingefahren, wobei die Zylinderkammer 134 so dimensioniert ist, dass diese gleichzeitig einen Einfahrraum 148 für den zweiten Steuerschieber 54 umfasst und somit die Möglichkeit schafft, den zweiten Steuerschieber 54 so weit von dem ersten Steuerschieber 52 wegzubewegen, dass die Stirnfläche 88 das Anfangsvolumen nicht mehr beeinflusst.
Der zweite Steuerschieber 54 erlaubt somit, das Anfangsvolumen dadurch zu beeinflussen, dass dieser entweder zur Bildung der Verbundstellung der Steuerschieber 52, 54 mit seiner Stirnseite 88 an der Stirnseite 86 des ersten Steuerschiebers 52 anliegt und somit das Anfangsvolumen maximiert oder mit seiner eigenen Stirnseite 88 so weit von der Stirnseite 86 des ersten Steuerschiebers 52 weg bewegt werden kann, dass keinerlei Beeinflussung des Anfangsvolumens durch den zweiten Steuerschieber 54 mehr erfolgt.
Wie in den Fig. 2, 4, 6 bis 8 sowie in den Fig. 9 bis 11 perspektivisch dargestellt, sind die Steuerschieber 52, 54 an ihren einander zugewandten Endbereichen 152, 154 gestuft ausgebildet, wobei der zweite Steuerschieber 54 einen die Schieberverdichtungswandflächen 62, 64 und die Stirnseite 88 tragenden und damit an die Schraubenkonturen 32, 34 angrenzenden Fortsatz 164 aufweist, während der erste Steuerschieber 52 einen in Richtung des zweiten Steuerschiebers 54 über die Stirnseite 86 überstehenden Fortsatz 162 aufweist, der insbesondere im Wesentlichen in dem Schieberkanal 56 liegt.
Die Fortsätze 164 und 162 sind vorzugsweise so ausgebildet, dass in der in Fig. 4 und Fig. 6 dargestellten Verbundstellung der Fortsatz 164 den Fortsatz 162 übergreift und zwar so, dass die Stirnseiten 88 und 86 der Steuerschieber 54 beziehungsweise 52 aneinander abdichtend anliegen und die Schieberverdichtungswandflächen 62, 64 ineinander übergehen.
Ferner ist insbesondere der Fortsatz 164 so ausgebildet, dass dieser noch an die Schieberverdichtungswandflächen 62, 64 und die Stirnseite 68 angrenzende Teilflächen 172 der Führungsumfangsfläche 58 des zweiten Steuerschiebers 54 umfasst, so dass der Fortsatz 164 seinerseits auch noch in dem Schieberkanal 56 geführt ist (Fig. 9).
Ferner bildet der Fortsatz 162 seinerseits noch eine die Teilflächen 172 in Umfangsrichtung zu der Umfangsfläche 58 ergänzende Teilfläche 174.
Der Fortsatz 162 umfasst ferner einen zylindrischen Ansatz 176, der, wie beispielsweise in Fig. 4 und 6 dargestellt, eine Aufnahme 178 für die Druckfeder 104 bildet, die sich ausgehend von dieser Aufnahme 178 bis zu einem Stützflansch 182 einer im zweiten Steuerschieber 54 vorgesehenen zentralen Ausnehmung 184 erstreckt und mit einer die Steuerschieber 52, 54 voneinander weg bewegend wirkenden Kraft auf die Steuerschieber 52, 54 einwirkt.
Mit ihren in der Verbundstellung (Fig. 4 und Fig. 6) einander zugewandten ersten Wandflächen 192 und 194, die sich ausgehend von den Stirnseiten 86, 88 ungefähr parallel zu der Verschieberichtung 72 erstrecken, bilden die Fortsätze 164, 162 in einer beim Übergang von der Verbundstellung in die Trennstellung auftretenden ersten Übergangsstellung einen ersten Drosselspalt 196 mit einer quer zur Verschieberichtung 72 verlaufenden ersten Spaltbreite SB1, der, wie in Fig. 7 und insbesondere Fig. 8 dargestellt, ein Einströmen des zu verdichtenden Mediums in einen Einströmraum 198 drosselt, der die zentrale Ausnehmung 184 im zweiten Steuerschieber 54 und einen sich durch das Bewegen von der Verbundstellung in Richtung der Trennstellung bereits in der ersten Übergangsstellung zwischen den Steuerschiebern 52, 54 bildenden und quer zur Verschiebungsrichtung von dem Schieberkanal 56 begrenzten Zwischenraum 202 umfasst.
Dies führt zu einem durch den Drosselspalt 196 definierten Abströmen des Mediums aus der über einem zwischen den Stirnseiten 86, 88 gebildeten Zwischenraum 204 stehenden Verdichtungskammer.
Um in dieser ersten Übergangsstellung ein optimales Abströmen des Mediums aus dem Einströmraum 198 in den Niederdruckraum 42 zu erlauben, ist der zweite Steuerschieber 54 im Bereich seiner die Führungsumfangsflächen 58 bildenden Seitenwände 214 mit Abströmauslässen 212, insbesondere Abströmfenstern 212, versehen die in den die zentrale Ausnehmung 184 begrenzenden Seitenwänden 214 des zweiten Steuerschiebers 54 angeordnet sind (Fig. 7, 9 bis 11), wobei die Abströmauslässe 212 so positioniert sind, dass sie in der ersten Übergangsstellung überlappend mit den seitlichen Abströmöffnungen 144 angeordnet sind. Insbesondere ist die Ausdehnung des Zwischenraums 202 in der Verschieberichtung 72 so gering, dass dieser nicht oder in wesentlichem Maße mit den Abströmöffnungen 144 überlappt.
Somit ist in der ersten Übergangsstellung durch die derart ausgebildeten Strömungswege der erste Drosselspalt 196 für die Drosselung des abströmenden Mediums maßgebend.
Erfolgt ausgehend von der ersten Übergangsstellung (dargestellt in Fig. 7) ein Übergang in eine zweite Übergangsstellung (dargestellt in Fig. 13 und 14), so ist der zwischen den ersten Wandflächen 192 und 194 der Fortsätze 162, 164 gebildete erste Drosselspalt 196 unwirksam, und es bildet sich ein zweiter Drosselspalt 222 mit einer quer zur Verschieberichtung 72 verlaufenden zweiten Spaltbreite SB2 und mit einem größeren Querschnitt als der erste Drosselspalt 196 zwischen der Wandfläche 194 des Fortsatzes 164 und einer gegenüber der Wandfläche 192 zurückgesetzten Wandfläche 224 des ersten Fortsatzes 162.
Auch in der zweiten Übergangsstellung (Fig. 13 und 14) sind die Abströmauslässe 212 mit den Abströmöffnungen 144 überlappend angeordnet, so dass für die Drosselung des abströmenden Mediums der zweite Drosselspalt 222 maßgebend ist.
Ausgehend von der zweiten Übergangsstellung erfolgt ein Übergang in die Trennstellung (Fig. 15) in welcher der Zwischenraum 202 eine derartige Ausdehnung in der Verschieberichtung 72 aufweist, dass das Medium direkt vom Zwischenraum 202 über die Abströmöffnungen 144 in den Niederdruckraum 42 strömen kann.
Um außerdem bereits in der Verbundstellung mindestens eine Teilfläche der Stirnseiten 86, 88 der Steuerschieber 52, 54 als mit Niederdruck beaufschlagte Flächen zur Verfügung zu haben, die der Kraftwirkung der Zylinderanordnungen 112 und 132 entgegenwirkende Kräfte zur Folge haben, ist eine der Stirnseiten 86, 88, beispielsweise wie in Fig. 10 und 11 dargestellt die Stirnseite 88, mit einer an die Schieberverdichtungswandflächen 62, 64 und die Teilfläche 172 der Führungsumfangsfläche 58 angrenzenden Dichtrandfläche 232 versehen, relativ zu welcher eine Innenfläche 234 zurückgesetzt oder abgesenkt verläuft, so dass zwischen dieser Innenfläche 234 und der Stirnseite 86 ein Spaltraum 236 entsteht, in dem auch in der Verbundstellung der Steuerschieber 52, 54 unter Niederdruck stehendes Medium vorliegt, so dass die durch den Niederdruck beaufschlagte Innenfläche 234 und der dieser zugewandte Teilbereich der Stirnseite 86 zu den den Zylinderanordnungen 112 und 132 entgegenwirkenden Kräften führen, die den Übergang von der Verbundstellung in die Trennstellung befördern und somit funktionssicherer machen (Fig. 9 bis 11).
Zur Erfassung der Positionen des ersten Steuerschiebers 52 und des zweiten Steuerschiebers 54 ist eine als Ganzes mit 252 bezeichnete Positionserfassungseinrichtung vorgesehen, welche ein sich parallel zur Verschieberichtung 72 der Steuerschieber 52, 54 und somit parallel zu den Schraubenläuferachsen 22, 24 sich erstreckendes Detektorelement 254 umfasst, welches in der Lage ist, die Positionen von Positionsanzeigeelementen 256 und 258 zu erfassen.
Dabei ist das Positionsanzeigeelement 256 fest mit dem ersten Steuerschieber 52 gekoppelt, und zwar mit dem Fortsatz 162 des ersten Steuerschiebers 52, und das Positionsanzeigeelement 258 ist mit dem zweiten Steuerschieber 54 gekoppelt, und zwar mit dem in dem Schieberkanal 56 liegenden und dem ersten Steuerschieber 52 zugewandten Endbereich 154 desselben, wie insbesondere in Fig. 15 dargestellt.
Wie in Fig. 12 dargestellt, umfasst jedes dieser Positionsanzeigeelemente 256 bzw. 258 einen als Ganzes mit 274 bezeichneten Gabelkörper, der mit seinen zwei Gabelschenkeln 276 und 278 einen zwischen diesen liegenden Zwischenraum 282 begrenzt, durch welchen das langgestreckte Detektorelement 254 verläuft. Jeder dieser Gabelkörper 274 ist über einen mit dem Fortsatz 162 bzw. dem Endbereich 154 verbundenen Verbindungskörper 272 mit dem entsprechenden Steuerschieber 52, 54 gekoppelt (Fig. 15).
Die Verbindungskörper 272, die an den jeweiligen Steuerschiebern 52, 54 gehalten sind, durchgreifen einen langgestreckten, schlitzförmigen Durchlass 294, der in eine den Schieberkanal 56 bildende Gehäusewand 296 eingeformt ist und eine Länge aufweist, die in der Trennstellung ein vollständiges Einfahren des zweiten Steuerschiebers 54 in den Einfahrraum 148 und eine Position des ersten Steuerschiebers 52 bei minimalem Anfangsvolumen und eine Position des ersten Steuerschiebers 52 bei minimalem Volumenverhältnis, das heißt maximalem Abstand der Auslasskante 82 von der druckseitigen Abschlussfläche 84, zulässt und außerdem in der Verbundstellung eine Position des zweiten Steuerschiebers 54 mit dem ersten Steuerschieber 52 bei maximalem Volumenverhältnis und minimalem Volumenverhältnis zulässt.
Jeder mit dem jeweiligen Steuerschieber 52 bzw. 54 verbundene Verbindungskörper 272 bildet zusammen mit dem schlitzförmigen Durchlass 294 eine Verdrehsicherung für den jeweiligen Steuerschieber 52, 54 ähnlich einer Führung durch einen Nutenstein und eine Nut, so dass damit die Notwendigkeit entfällt, in den Steuerschiebern 52, 54 Nuten vorzusehen, die mit in den Schieberkanal 56 hineinragenden Nutensteinen zusammenwirken (Fig. 12 und 15).
Der Durchlass 294 ist stets auf dem Druck im Niederdruckraum 42 gehalten und dient somit auch dazu, die Steuerschieber 52, 54 mit ihrer Führungsumfangsfläche 58 in Anlage an dem Schieberkanal 56 zu halten, so dass die Steuerschieber 52, 54 nicht durch sich zwischen dem Schieberkanal 56 und der Führungsumfangsfläche 58 ausbildenden Hochdruck mit den Schieberverdichtungswandflächen 62, 64 gegen die Schraubenläufer 26, 28 drücken können.
Eine Abdichtung des Durchlasses 294 gegen höhere Drücke, insbesondere auch Hochdruck, erfolgt dabei durch den eng tolerierbaren Spalt zwischen dem Schieberkanal 56 und der Führungsumfangsfläche 58 der Steuerschieber 52, 54.
Zum Bewegen der Steuerschieber 52 und 54 in die für diese vorgesehenen Positionen ist, wie in Fig. 1 dargestellt, eine Steuerung 318 vorgesehen, die durch die Verbindung mit der Positionserfassungseinrichtung 252 in der Lage ist, die tatsächlichen Positionen der Steuerschieber 52, 54 zu ermitteln.
Mit der Steuerung 318 sind die Zylinderanordnungen 112 und 132 ansteuerbar, um die Steuerschieber 52, 54 zu positionieren.

Claims

Schraubenverdichter (10) umfassend ein Verdichtergehäuse (12) mit einem in diesem angeordneten Schraubenläuferraum (18), zwei in dem Schraubenläuferraum (18) angeordnete und an dem Verdichtergehäuse (12) jeweils um eine Schraubenläuferachse (22, 24) drehbar gelagerte Schraubenläufer (26, 28), die mit ihren Schraubenkonturen (32, 34) ineinandergreifen und jeweils mit an diese angrenzenden und diese teilweise umschließenden Verdichtungswandflächen (36, 38) zusammenwirken, um über einen im Verdichtergehäuse (12) angeordneten Niederdruckraum (42) zugeführtes gasförmiges Medium aufzunehmen und im Bereich eines im Verdichtergehäuse (12) angeordneten Hochdruckraums (44) abzugeben, wobei das gasförmige Medium in zwischen den Schraubenkonturen (32, 34) und an diesen angrenzenden Verdichtungswandflächen (36, 38) gebildeten Verdichtungskammern bei Niederdruck mit einem Ansaugvolumen eingeschlossen und auf ein Endvolumen bei Hochdruck komprimiert wird, sowie zwei in einem Schieberkanal (56) des Verdichtergehäuses (12) in einer parallel zu den Schraubenläuferachsen (22, 24) verlaufenden Verschieberichtung (72) hintereinander liegend angeordnete und an beide Schraubenläufer (26, 28) mit Schieberverdichtungswandflächen (62, 64) angrenzende Steuerschieber (52, 54), welche in der Verschieberichtung (72) bewegbar sind, wobei ein erster Steuerschieber (52) das Endvolumen beeinflussend und ein zweiter Steuerschieber (54) das Anfangsvolumen beeinflussend angeordnet ist, wobei der erste Steuerschieber (52) und der zweite Steuerschieber (54) in einer Verbundstellung mit einander zugewandten Stirnseiten (86, 88) dicht miteinander abschließend und gemeinsam in der Verschieberichtung (72) bewegbar sind und in einer Trennstellung im Abstand voneinander unter Bildung eines Zwischenraums (202) positionierbar sind,
dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerschieber (52, 54) mindestens in einer zwischen der Verbundstellung und der Trennstellung liegenden Übergangsstellung einen Einströmraum (198) bilden, in den aus einer der Verdichtungskammern das zu verdichtende Medium dadurch einströmt, dass es zwischen den einander zugewandten Stirnseiten (86, 88) der Steuerschieber (52, 54) hindurchtritt, und dass einer der Steuerschieber mit mindestens einem an den Einströmraum (198) angrenzenden Abströmauslass (212) versehen ist, durch welchen das Medium aus dem Einströmraum (198) in eine in dieser Übergangsstellung mit dem Abströmauslass (212) überlappende Abströmöffnung (144) am Schieberkanal (56) eintritt.
Schraubenverdichter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Einströmraum (198) sich in eine zentrale Ausnehmung (184) eines der Steuerschieber (54) hineinerstreckt.
Schraubenverdichter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die zentrale Ausnehmung (184) im zweiten Steuerschieber (54) vorgesehen ist.
Schraubenverdichter nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Abströmauslass (212) im zweiten Steuerschieber (54) angeordnet ist.
Schraubenverdichter nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Abströmauslass (212) in die zentrale Ausnehmung (184) des zweiten Steuerschiebers (54) einmündet.
Schraubenverdichter nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Einströmraum (198) sich auch in einen durch die einander zugewandten Endbereiche (152, 154) der Steuerschieber (52, 54) und den Schieberkanal (56) begrenzten Zwischenraum (202) erstreckt.
Schraubenverdichter nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Schieberkanal (56) mit mindestens einer seitlichen Abströmöffnung (144) versehen ist.
Schraubenverdichter nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Abströmauslass (212) in einem Seitenwandbereich des diesen aufweisenden Steuerschiebers (54) angeordnet ist.
Schraubenverdichter nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in der Trennstellung die Abströmöffnung (144) des Schieberkanals (56) zumindest teilweise mit dem sich zwischen den Endbereichen (152, 154) der Steuerschieber (52, 54) bildenden Zwischenraum (202) überlappt.
Schraubenverdichter nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerschieber (52, 54) an ihren einander zugewandten Endbereichen (152, 154) so ausgebildet sind, dass bei einem Übergang von der Verbundstellung in die Trennstellung sich in einer auf die Verbundstellung nächstfolgenden ersten Übergangsstellung ein erster Drosselspalt (196) mit einer quer zur Verschieberichtung (72) verlaufenden Spaltbreite ausbildet, insbesondere, dass der erste Drosselspalt (196) relativ zu den einander zugewandten Stirnseiten (86, 88) der Steuerschieber (52, 54) in der Verschieberichtung (72) versetzt angeordnet ist.
Schraubenverdichter nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Drosselspalt (196) in der ersten Übergangsstellung eine geringere Spaltbreite aufweist als der sich zwischen den Stirnseiten (86, 88) der Steuerschieber (52, 54) ausbildende Spalt.
Schraubenverdichter nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Drosselspalt (196) mit seiner Spaltbreite über einen Weg in der Verschieberichtung (72) vorliegt, der größer ist als die Spaltbreite des ersten Drosselspalts (196).
Schraubenverdichter nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Drosselspalt (196) durch zwei Wandflächen (192, 194) begrenzt ist, von denen eine (192) am Endbereich (152) des ersten Steuerschiebers (54) und eine andere (194) am Endbereich (154) des zweiten Steuerschiebers (54) angeordnet ist, Z insbesondere, dass die von dem Endbereich (152) des ersten Steuerschiebers (52) gebildete Wandfläche (192) an die Stirnseite (86) des ersten Steuerschiebers (52) angrenzend verläuft, insbesondere, dass die am Endbereich (152) des zweiten Steuerschiebers (54) angeordnete Wandfläche (194) an die Stirnseite (88) des zweiten Steuerschiebers (54) angrenzend verläuft.
Schraubenverdichter nach einem der Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine der Wandflächen (192, 194) im Wesentlichen parallel zur Verschieberichtung (72) verläuft.
Schraubenverdichter nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerschieber (52, 54) an ihren einander zugewandten Endbereichen (152, 154) so ausgebildet sind, dass sich in einer zwischen der ersten Übergangsstellung und der Trennstellung liegenden zweiten Übergangsstellung ein zweiter Drosselspalt (222) mit einer quer zu der Verschieberichtung (72) verlaufenden Spaltbreite ausbildet, die größer ist als die Spaltbreite des ersten Drosselspalts (196), insbesondere, dass der zweite Drosselspalt (222) von mindestens einer Wandfläche begrenzt ist, die auf einer der Stirnseite (86) abgewandten Seite der den ersten Drosselspalt (196) begrenzenden Wandfläche (192) angeordnet ist, und/oder insbesondere, dass der zweite Drosselspalt (222) von einer Wandfläche (194) begrenzt ist, die auch den ersten Drosselspalt (196) begrenzt.