EP4341561A1 - Kolbenverdichter, insbesondere radialkolbenverdichter - Google Patents

Kolbenverdichter, insbesondere radialkolbenverdichter

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EP4341561A1
EP4341561A1 EP22729170.5A EP22729170A EP4341561A1 EP 4341561 A1 EP4341561 A1 EP 4341561A1 EP 22729170 A EP22729170 A EP 22729170A EP 4341561 A1 EP4341561 A1 EP 4341561A1
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EP
European Patent Office
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collection volume
pressure
piston compressor
piston
partial
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EP22729170.5A
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Sören GELKE
Tim Müller
Robert SCHERZER
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ThyssenKrupp AG
Thyssenkrupp Dynamic Components GmbH
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ThyssenKrupp AG
Thyssenkrupp Dynamic Components GmbH
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Definitions

  • Piston compressors in particular radial piston compressors
  • the present invention relates to a piston compressor, in particular a radial piston compressor, according to the preamble of claim 1.
  • a piston compressor is an element of fluid technology.
  • the piston-working chamber combinations in a radial piston compressor are arranged radially and perpendicularly to the drive shaft.
  • the conveying or lifting movement of each individual working piston is usually caused by an eccentric located on the drive shaft.
  • the piston compressor in particular a radial piston compressor, comprises a plurality of piston/working chamber combinations which extend in a star shape and radially from the drive shaft.
  • the radial piston compressor pumps a fluid from a low-pressure area into a high-pressure area.
  • Piston compressors are used, for example, as compressors for coolants in air conditioning systems in motor vehicles, in particular also in electrically powered motor vehicles.
  • Refrigerant compressors which work according to the piston principle, usually have two collecting volumes from which the sucked-in low-pressure gas (low-pressure area/LP) feeds and into which the compressed high-pressure gas (high-pressure area/HP) is pushed out.
  • low-pressure area/LP low-pressure area/LP
  • high-pressure area/HP high-pressure area/HP
  • Both collection volumes can, for example, be guided in channels (annular channels or the like).
  • the discontinuous intake at the inlet channel or inlet valve and the ejection at the outlet channel or outlet valve generate pressure pulsations in the respective collection volume, which can continue through the internal channels and the compressor connections into the refrigerant circuit. If the pulsation level is too high, e.g. the heat exchanger can lead to noise being emitted into the passenger cell.
  • a piston refrigerant compressor is proposed in DE 11 2010 000 920 T5, for example, which has a refrigerant suction chamber and a refrigerant discharge chamber, as well as a refrigerant distribution device, which has a distribution line and bypass lines that connect the distribution line and the suction chambers of the compressor units associate.
  • a refrigerant ejection device including a discharge line and bypass lines connecting the discharge line and the discharge chambers of the compressor units.
  • the piston refrigerant compressor proposed here is characterized is characterized in particular in that the compressor further comprises pressure compensation means which are designed to connect the suction chambers of at least two compressor units and/or the discharge chambers of at least two compressor units.
  • the object of the present invention is therefore to propose an improved piston compressor, in particular to propose a piston compressor that can be manufactured more easily and more economically.
  • the low-pressure collection volume comprises a first partial collection volume and at least one second partial collection volume, the first partial collection volume and the second partial collection volume being fluidically connected to one another via a first overflow channel and at least one second overflow channel and/or the high-pressure collection volume comprising a first partial collection volume and at least one second partial collection volume , wherein the first partial collection volume and the second partial collection volume are fluidly connected to one another via a first overflow channel and at least one second overflow channel.
  • the intake and/or exhaust collection volume in two parts, so that the fluid flows through both partial collection volumes of the low-pressure collection volumes before intake and/or both partial collection volumes of the high-pressure pressure collection volumes after compression.
  • the transfer of the fluid between the partial collection volumes is realized by means of overflow channels.
  • the two partial collection volumes are fluidically connected to one another by means of the overflow channels. Fluidly connected to one another means here that the fluid can flow through the respective channels, in particular from one partial collection volume into the other partial collection volume.
  • the pulsations can spread and dampen or even extinguish.
  • the transition channels as well as the partial volumes are preferably like this dimensioned so that a pulsation at the valve or inlet channel or outlet channel cannot continue or can only be dampened to the desired extent in the second partial collecting volume. In principle, this works for both the low-pressure range and the high-pressure range, so that it is not necessary to refer to it separately here. However, the reduction of pulsation is particularly relevant for the high-pressure range. Which damping (which order of the excited vibration) is to be eliminated or dampened can be determined individually and determined by the dimensions/arrangement of the first partial collection volume, the second partial collection volume and the overflow channels.
  • the piston-working space combinations each comprise a piston and a working space, with the piston-working space combinations being arranged radially around a drive shaft.
  • a piston compressor designed in this way, in particular a radial piston compressor, is suitable in a particularly advantageous manner for the proposed invention.
  • the piston compressor includes a housing for accommodating the piston-working chamber combinations and a removable cover.
  • the piston/working space combinations can advantageously be accommodated or partially formed from the housing via the housing.
  • the partial collection volumes are ring-shaped, with the partial collection volumes being arranged in particular next to one another and/or in one plane.
  • An annular configuration of the partial collection volumes preferably coaxially around the longitudinal axis, offers a space-saving configuration of the collection volumes.
  • the partial collection volumes can be designed to be nested in one another and/or housing components can be used for their design.
  • a separating element is arranged between the partial collection volumes, with the overflow channels being arranged in the separating element.
  • a separate separating element enables easy Design and positioning of the overflow channels.
  • different materials can be used for the separating element, which can take on application-specific tasks, for example sealing with a sealing material, forming the overflow channels with metal inserts, etc.
  • the separating element comprises a separating area and a sealing area.
  • the areas can be designed in a correspondingly specific manner depending on the requirements for the separating element.
  • the low-pressure collection volume in particular the first partial collection volume
  • the high-pressure collection volume in particular the second partial collection volume
  • the low-pressure inlet being offset in the circumferential direction, in particular by Offset by 90° to the overflow channels of the low-pressure collection chamber and/or the high-pressure outlet is arranged offset in the circumferential direction, in particular offset by 90°, to the overflow channels of the high-pressure collection chamber. It has been shown that the 90° offset can achieve a good reduction in pulsation in many applications.
  • the overflow channels are arranged in the high-pressure collection volume in such a way that they have the same distance from the high-pressure outlet channel or the fluid has the same path from both passages and/or that the overflow channels in the low-pressure collection volume are arranged in such a way are that they have the same distance to the low-pressure inlet channel or that the fluid has the same path from both passages. It has been shown that the same distance can be used to achieve a good reduction in pulsation in many applications.
  • the position and number of overflow channels are designed or arranged according to possible resonant pressure fluctuations. In this way, a pulsation can be counteracted in the best possible way.
  • the outlet valves and/or the fluid outlet channels are arranged axially or radially with respect to the longitudinal axis of the piston compressor. In principle, the invention can be used both in the case of radially and also axially aligned outlet valves or fluid outlet channels.
  • the separating element comprises different materials, in particular that the separating element comprises sealing material and overflow channels vulcanized on. In this way, the separating element can be optimally adapted to the respective application.
  • the separating element is designed as an insertable component, in particular fixable in the collection volume or fixable on the housing.
  • the high-pressure collection volume and/or the low-pressure collection volume is formed or composed of at least two, preferably several, components of the piston compressor, in particular housing components of the piston compressor.
  • housing components can be used to form the respective or both collection volumes.
  • Piston compressor in particular refrigerant compressor, according to the prior art
  • FIG. 2 details of a piston compressor according to the prior art in a sectional representation from the side;
  • 3 is a schematic representation of the high-pressure accumulation volume of a piston compressor according to the invention
  • 4 shows a schematic representation of the low-pressure accumulation volume of a piston compressor according to the invention
  • FIG. 5 shows a schematic representation of the high-pressure collection volume or the low-pressure collection volume of a piston compressor according to the invention in an alternative embodiment
  • 15 shows a top view of a cover of a piston compressor according to the invention
  • 16 shows a piston compressor according to the invention in a cross-sectional view
  • FIG. 17 shows a piston compressor according to the invention in a sectional plan view.
  • HDÜ1 first overcurrent channel (HD)
  • FIG. 1 Reference is first made to FIG. 1 below.
  • FIG. 1 shows a diagram relating to the mass flow and its pulsation in the high-pressure area of a 7-cylinder piston compressor, in particular a refrigerant compressor, according to the prior art.
  • High-pressure accumulation volume HD can be designed as a separate line/pipe and/or on/with compressor components.
  • a recess is provided in at least one housing part of the piston compressor, e.g. in the form of a groove.
  • this housing part e.g. a housing cover, is brought into contact with another housing part and thus a channel, e.g
  • the high-pressure accumulation volume HD can thus be composed, comprising different partial areas, formed on different components of the piston compressor.
  • the tightness is preferably established by components lying against one another or by means of two seals. Reference is now made to FIGS. 16 and 17 .
  • a piston compressor according to the invention essentially comprises at least two, preferably seven, piston-working chamber combinations la-g, as well as a low-pressure collection volume ND and/or a flat-pressure collection volume FID.
  • the piston-working space combinations each include a working space 14 and a piston 13.
  • the pistons 13 can be controlled, for example, via a drive shaft 2, in particular an eccentric shaft.
  • An electric motor 6, for example, can be used as a drive for the piston compressor.
  • An indirect drive by an internal combustion engine of a motor vehicle is also conceivable.
  • the piston compressor preferably comprises a housing 3 in which, for example, the piston/working chamber combinations 1a-g are formed or accommodated. This housing 3 is preferably closed at the end with a removable cover 4 .
  • the drive shaft 2 has a longitudinal axis L.
  • the piston-working chamber combinations 1a-g each have a fluid inlet channel 11a-g, each with a fluid inlet valve 111, and a fluid outlet channel 12a-g, each with a fluid outlet valve 121.
  • the fluid inlets 11a-g are basically connected to the low-pressure collection volume ND and the fluid outlet channels 12a-g to the
  • the piston compressor can in principle be part of a
  • the low-pressure collection volume ND comprises a first partial collection volume ND1 and a second partial collection volume ND2, with the first partial collection volume ND1 and the second partial collection volume ND2 being fluidically connected to one another via a first overflow channel NDÜ1 and at least one second overflow channel NDÜ2 and/or the high-pressure collection volume HD a first partial collection volume HD1 and at least one second partial collection volume HD2, the first partial collection volume HD1 and the second partial collection volume HD2 being fluidically connected to one another via a first overflow channel HDÜ1 and at least one second overflow channel HDÜ2.
  • the fluid in particular a refrigerant, basically flows from the low-pressure collection volume ND, in particular from the first partial collection volume ND1 via the overflow channels NDÜ1 or NDÜ2 into the second partial collection volume ND2, via the fluid inlet channels lla-g or the fluid inlet valve 111 into the working chamber 14 compressed there and passed via the fluid outlet valve 121 or the fluid outlet channels 12a e into the FlochtikAggregation volume HD, in particular in the first partial collection volume HD1 and then in the second partial collection volume HD2.
  • FIG. 3 In the following, reference is made in particular to FIGS. 3 and 4.
  • FIG. 3
  • FIG. 3 A flat pressure accumulation volume of a piston compressor according to the invention is shown cut away in FIG. 3 for better illustration.
  • the fluid outlet channels 12a-g of the respective piston/working chamber combinations 1a-g open into the first partial collection volume HD1.
  • seven piston-working chamber combinations 1a-g are provided, so that a first to seventh fluid outlet channel 12a to 12g open into the first partial collection volume HD1.
  • any number of piston-working chamber combinations can be provided or their fluid outlet channels can open into the flat pressure collecting volume, in particular its first partial collecting volume HD1.
  • the second partial collection volume HD2 is equipped with a flat pressure outlet channel HDA.
  • the compressed fluid exits the piston compressor accordingly from this flat pressure outlet channel HDA and is fed, for example, to a circuit of an air conditioning system.
  • 90° are provided on the circumference to the overflow channels HDÜ1 and HDÜ2.
  • Other oscillations or frequencies of the fluid pulsation to be damped in the flat pressure accumulation volume HD may require a different arrangement of the high-pressure outlet channel HDA can be done in particular by simulation and/or calculation.
  • the simulation or calculation can show that more than two overflow channels are required.
  • the structure of the low-pressure collection volume can be configured identically or at least similarly to the high-pressure collection volume.
  • FIG. 4 shows a low-pressure collection volume, which is also shown cut away for a better illustration.
  • the fluid inlet channels 11a-g of the respective piston/working chamber combinations 1a-g open into the second partial collection volume ND2.
  • seven piston-working chamber combinations are provided, so that a first to seventh fluid inlet channel open into the second partial collection volume ND2.
  • any number of piston-working chamber combinations can be provided or their fluid inlet channels can open into the low-pressure collection volume, in particular its first partial collection volume ND1.
  • the first partial collection volume ND1 is equipped with a low-pressure inlet channel NDE.
  • this low-pressure inlet channel NDE the fluid enters the first partial collection volume ND1 and is fed via the overflow channels NDÜ1 or NDÜ2 to the second partial collection volume ND2 and finally via the fluid inlet channels lla-g to the working spaces of the piston-working space combinations la-g.
  • 90° are provided on the circumference to the overflow channels NDÜ1 and NDÜ2.
  • Other oscillations or frequencies of the pulsation of the fluid to be damped in the low-pressure collection volume ND may require a different arrangement of the low-pressure inlet channel NDE, which can be carried out in particular by simulation and/or calculation.
  • FIG. 5 shows, for example, an alternative embodiment of a collection volume divided into two, in particular a low-pressure collection volume or a high-pressure collection volume.
  • Both reference symbols HD and ND are inserted here only for illustrative purposes. While in the examples presented above, the partial collection volumes ND1 and ND2 or HD1 and HD2 are arranged axially next to one another, a coaxial arrangement is also conceivable in which the partial collection volumes ND1 and ND2 or HD1 and HD2 are arranged in one plane. If the partial collection volumes ND1 and ND2 or HD1 and HD2 are configured in a corresponding ring shape, the partial collection volumes have different diameters.
  • the second partial collection volume ND2 or HD2 is formed in the cover 4, while the first partial collection volume ND1 or HD1 is formed in the housing.
  • two adjacent and detachable compressor components can be used to form the collection volumes.
  • a separating element 5 in particular a seal, in particular a flat seal, with the overflow channels being provided in the separating element 5 .
  • a sheet metal seal for example, but in principle any other sealing material can be considered as the material of the separating element 5 .
  • the collection volume is designed in such a way that the separation can take place by means of a separate separating element 5 .
  • the advantages resulting from the separating element 5 are, in particular, a design which is neutral in terms of installation space or at least takes up little installation space, in particular in comparison to an external collecting volume.
  • no additional parts at least no components/assemblies to be arranged externally, are required. Additional processing steps can advantageously be omitted. Throttling points can be avoided. Thus hardly any thermodynamic losses, no risk of clogging of fine geometries. There are basically no moving or flexible parts. This allows maximum robustness to be achieved.
  • FIGS. 6 to 15. 6 shows a detail of a piston compressor according to the invention. It can be seen in particular that the partial collection volumes HD1 and HD2 are separated by a separating element 5 . The resulting arrangement of the sub-volumes HD1 and HD2 corresponds in principle to the arrangement shown in FIG. 3 as an exemption.
  • FIGS. 1-10 different configurations of the separating element 5 are shown in FIGS.
  • FIGS. 10 and 11 in particular, different configurations of an overflow channel HDÜ1 and HDÜ2 in a separating element 5 are shown.
  • FIG. 12 shows a detail of a piston compressor according to the invention, in particular an axially aligned fluid outlet channel 12 .
  • FIG. 13 shows a detail of a piston compressor according to the invention, in particular a radially aligned fluid outlet channel 11 .
  • FIG. 14 shows a detail of a piston compressor according to the invention, in particular the first partial collection volume HD1 and the second partial collection volume HD2 in the flat pressure area with radial orientation of the fluid outlet channel 12 and axial arrangement or separation of the collection volume HD.
  • the arrangement of the partial volumes HD2 that results here corresponds in principle to the partial volume arrangement shown in FIG.
  • the collection volume HD in particular the partial collection volumes HD1 and HD2
  • the collection volume HD can be formed by recesses in the housing 3, in particular the cylinder housing, and the cover 4 of the piston compressor.
  • separating element 5 for a piston compressor according to the invention.
  • a separating area 51 can be seen here, which separates the two partial collection volumes from one another, and a sealing area 52, which essentially seals the collection volumes or the components, such as housing 3 and cover 4, in this area.
  • the present invention can be characterized by further preferred features. Provision can be made for the outlet valve(s) 121 and/or the outlet channel(s) 12 to be arranged axially or radially with respect to the longitudinal axis L of the piston compressor.
  • the separating element 5 comprises different materials, in particular it can be provided that the separating element 5 has a separating area 51 and a sealing area 52 .
  • the overflow channels HDÜ1, HDÜ2, NDÜ1, NDÜ2 consist of a different material than the sealing area 52 of the separating element 5.
  • the overflow channel(s) HDÜ1, HDÜ2, NDÜ1, NDÜ2 can, for example, be vulcanized on.
  • the separating element 5 can be in the form of an insertable component that can be fixed in particular in the collection volume HD or ND or can be fixed on the housing 3 .
  • the position and number of overflow channels HDÜ and LPÜ are designed and arranged according to possible resonant pressure fluctuations. Depending on the dominant pulsation, the number and position of the overflow channels HDÜ or NDÜ can/should be varied in order to optimize the damping behavior. It is advantageous to position the overflow channels HDÜ in the high-pressure collection volume 90° in the circumferential direction before or after the high-pressure outlet HDA and/or to position the overflow channels NDÜ in the high-pressure collection volume 90° in the circumferential direction before or after the low-pressure outlet NDA.
  • the collecting duct design according to the invention can basically be replaced in the intake and exhaust tracts of all types of compressors.
  • the piston compressor according to the invention can be set up so that the resonance in the collection volume can increase the sound pressure.
  • the collecting channel design according to the invention can be designed, in particular optimized, depending on the speed, pressure level, number of pistons, valve characteristics.
  • the piston compressor according to the invention can be designed in such a way that the overflow channels NDÜ or HDÜ are optimized from the first partial collection volume HD1 or ND1 into the second partial collection volume HD2 or ND2. Provision can preferably be made for the overflow ducts NDÜ and HDÜ to be designed as two diametrical bores with the same running distance to the low-pressure inlet NDE or high-pressure outlet HDA.

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Abstract

Kolbenverdichter, insbesondere Radialkolbenverdichter, umfassend - mindestens zwei Kolben-Arbeitsraumkombinationen (1a-g), wobei - jede Kolben-Arbeitsraumkombination mindestens einen Fluideinlasskanal (11a-g) und einen Fluidauslasskanal (12a-g) aufweist, wobei - der mindestens eine Fluideinlasskanal (11a-g) mit einem Niederdrucksammelvolumen ND und/oder der mindestens eine Fluidauslasskanal (12a-g) mit einem Hochdrucksammelvolumen HD fluidisch verbunden sind, wobei - das Niederdrucksammelvolumen (ND) ein erstes Teilsammelvolumen (ND1) und mindestens ein zweites Teilsammelvolumen (ND2) umfasst, wobei das erste Teilsammelvolumen und das zweite Teilsammelvolumen über einen ersten Überstromkanal (NDÜ1) und mindestens einen zweiten Überstromkanal (NDÜ2) fluidisch miteinander verbunden sind und/oder - das Hochdrucksammelvolumen (HD) ein erstes Teilsammelvolumen (HD1) und mindestens ein zweites Teilsammelvolumen (HD2) umfasst, wobei das erste Teilsammelvolumen und das zweite Teilsammelvolumen über einen ersten Überstromkanal (HDÜ1) und mindestens einen zweiten Überstromkanal (HDÜ2) fluidisch miteinander verbunden sind.

Description

Kolbenverdichter, insbesondere Radialkolbenverdichter
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Kolbenverdichter, insbesondere Radialkolbenverdichter, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Ein Kolbenverdichter ist ein Element der Fluidtechnik. Bei einem Radialkolbenverdichter sind die Kolben-Arbeitsraum-Kombinationen im Gegensatz zu einem Axialkolbenverdichter radial und senkrecht zur Antriebswelle angeordnet. Die Förder- bzw. Hubbewegung jedes einzelnen Arbeitskolbens wird in der Regel durch einen auf der Antriebswelle befindlichen Exzenter hervorgerufen. In der Regel umfasst der Kolbenverdichter, insbesondere Radialkolbenverdichter, mehrere Kolben-Arbeitsraum-Kombinationen, die sich sternförmig und radial von der Antriebswelle erstrecken. Der Radialkolbenverdichter pumpt ein Fluid aus einem Niederdruckbereich in einen Hochdruckbereich.
Kolbenverdichter finden beispielsweise als Verdichter für Kühlmittel in Klimaanlagen von Kraftfahrzeugen, insbesondere auch in elektrisch angetriebenen Kraftfahrzeugen, Verwendung.
Kältemittelverdichter, welche nach dem Kolben-Prinzip arbeiten, verfügen in der Regel über zwei Sammelvolumen aus denen sich das angesaugte Niederdruckgas (Niederdruckbereich/ ND) speist und in welche das verdichte Hochdruckgas (Hochdruckbereich/ HD) ausgeschoben wird.
Beide Sammelvolumen können beispielsweise in Kanälen (Ringkanälen oder dgl. geführt werden). Das diskontinuierliche Ansaugen am Einlasskanal bzw. Einlassventil und das Ausstößen am Auslasskanal bzw. Auslassventil erzeugt dabei Druckpulsationen in dem jeweiligen Sammelvolumen, welche sich über die innenliegenden Kanäle und die Verdichteranschlüsse in den Kältemittelkreislauf fortsetzen können. Ein zu hohes Pulsationsniveau kann z.B. über die Wärmetauscher zur Immission von Störgeräuschen in die Fahrgastzelle führen.
Hierzu wird beispielsweise in der DE 11 2010 000 920 T5 ein Kolben-Kältemittelverdichter vorgeschlagen, der eine Kältemittel-Ansaugkammer und eine Kältemittel-Ausstoßkammer, sowie eine Kältemittel-Verteilervorrichtung aufweist, die eine Verteilerleitung und Umgehungsleitungen aufweist, die die Verteilerleitung und die Ansaugkammern der Verdichtereinheiten verbinden. Ferner ist eine Kältemittel-Ausstoßvorrichtung vorgesehen, die eine Ausstoßleitung und Umgehungsleitungen aufweist, die die Ausstoßleitung und die Ausstoßkammern der Verdichtereinheiten verbinden. Der hier vorgeschlagene Kolben-Kältemittelverdichter zeichnet sich insbesondere dadurch aus, dass der Verdichter weiterhin Druckausgleichsmittel umfasst, die ausgebildet sind, um die Ansaugkammern von mindestens zwei Verdichtereinheiten und/oder die Ausstoßkammern von mindestens zwei Verdichtereinheiten zu verbinden.
Wenngleich hier bereits eine brauchbare Lösung präsentiert wird, einen Kolben- Kältemittelverdichter mit einer einfachen und wirtschaftlichen Struktur bereitzustellen, wobei gleichzeitig das Auftreten von Druckpulsationen vermieden wird, die die Leistungsfähigkeit des Verdichters mindern könnten, so besteht hier dennoch Verbesserungsbedarf, insbesondere im Hinblick auf eine einfache und wirtschaftliche Struktur.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung liegt demnach darin einen verbesserten Kolbenverdichter vorzuschlagen, insbesondere einen Kolbenverdichter vorzuschlagen, der einfacher und wirtschaftlicher gefertigt werden kann.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Dadurch, dass das Niederdrucksammelvolumen einen ersten Teilsammelvolumen und mindestens einen zweiten Teilsammelvolumen umfasst, wobei das erste Teilsammelvolumen und das zweite Teilsammelvolumen über einen ersten Überströmkanal und mindestens einen zweiten Überströmkanal fluidisch miteinander verbunden sind und/oder das Hochdrucksammelvolumen ein erstes Teilsammelvolumen und mindestens ein zweites Teilsammelvolumen umfasst, wobei das erste Teilsammelvolumen und das zweite Teilsammelvolumen über einen ersten Überströmkanal und mindestens einen zweiten Überströmkanal fluidisch miteinander verbunden sind.
Mit anderen Worten, ist es vorzugsweise vorgesehen, das Ansaug- und/oder Ausschub- Sammelvolumen jeweils zweigeteilt zu gestalten, sodass beide Teilsammelvolumen der Niederdrucksammelvolumina vor der Ansaugung und/oder beide Teilsammelvolumen der Hochdruckdrucksammelvolumina nach der Verdichtung von dem Fluid durchströmt werden. Der Übertritt des Fluids zwischen den Teilsammelvolumen ist mittels Überströmkanälen realisiert. Die beiden Teilsammelvolumen sind mittels der Überströmkanäle fluidisch miteinander verbunden. Mit fluidisch miteinander verbunden ist hier gemeint, dass das Fluid durch die jeweiligen Kanäle, insbesondere von einem Teilsammelvolumen in das andere Teilsammelvolumen, fließen kann.
In dem ersten Teilsammelvolumen können sich die Pulsationen ausbreiten und dämpfen oder auch auslöschen. Die Übergangskanäle sowie die Teilvolumina sind vorzugsweise so dimensioniert, dass eine Pulsation am Ventil bzw. Einlasskanal oder Auslasskanal nicht oder nur in gewünschtem Maße gedämpft im zweiten Teilsammelvolumen fortsetzen kann. Grundsätzlich funktioniert dies sowohl für den Niederdruckbereich, als auch den Hochdruckbereich, so dass hier nicht gesondert drauf verwiesen werden muss. Besonders relevant ist die Verminderung der Pulsation jedoch für den Hochdruckbereich. Welche Dämpfung (welche Ordnung der angeregten Schwingung) zu beseitigen oder zu dämpfen ist, kann individuell festgelegt und durch die Dimensionen/Anordnung des ersten Teilsammelvolumens, des zweiten Teilsammelvolumens sowie der Überströmkanäle festgelegt werden.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der vorgeschlagenen Erfindung ergeben sich insbesondere aus den Merkmalen der Unteransprüche. Die Gegenstände bzw. Merkmale der verschiedenen Ansprüche können grundsätzlich beliebig miteinander kombiniert werden.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Kolben- Arbeitsraumkombinationen jeweils einen Kolben und einen Arbeitsraum umfassen, wobei die Kolben-Arbeitsraumkombinationen radial um eine Antriebswelle angeordnet sind. Ein derartig ausgestalteter Kolbenverdichter, insbesondere Radialkolbenverdichter, eignet sich in besonders vorteilhafter Weise für die vorgeschlagene Erfindung.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass der Kolbenverdichter ein Gehäuse zur Aufnahme der Kolben-Arbeitsraumkombinationen und einen abnehmbaren Deckel umfasst. Über das Gehäuse können vorteilhafterweise die Kolben- Arbeitsraumkombinationen aufgenommen bzw. teilweise aus dem Gehäuse ausgebildet werden.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Teilsammelvolumina ringförmig ausgestaltet sind, wobei die Teilsammelvolumina insbesondere nebeneinander und/oder in einer Ebene angeordnet sind. Eine ringförmige Ausgestaltung der Teilsammelvolumina, vorzugsweise koaxial um die Längsachse, bietet eine raumsparende Ausgestaltung der Sammelvolumina. Insbesondere können die Teilsammelvolumina ineinander verschachtelt ausgestaltet werden und/oder Gehäusekomponenten für deren Ausbildung benutzt werden.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass ein Trennelement zwischen den Teilsammelvolumina angeordnet ist, wobei die Überstromkanäle in dem Trennelement angeordnet sind. Ein separates Trennelement ermöglicht die einfache Ausgestaltung und Positionierung der Überstromkanäle. Zudem können unterschiedliche Materialien für das Trennelement verwendet werden, die anwendungsspezifische Aufgaben übernehmen können, beispielsweise Abdichten durch ein Dichtmaterial, Ausbilden der Überstromkanäle durch Metalleinlagen, etc.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass das Trennelement einen Trennbereich und einen Dichtbereich umfasst. Entsprechend spezifisch können die Bereiche je nach Anforderung an das Trennelement ausgestaltet werden.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass das Niederdrucksammelvolumen, insbesondere das erste Teilsammelvolumen, mit einem Niederdruckeinlass ausgestattet ist, wobei das Hochdrucksammelvolumen, insbesondere das zweite Teilsammelvolumen, mit einem Hochdruckeinlass ausgestattet ist, wobei der Niederdruckeinlass in Umfangsrichtung versetzt, insbesondere um 90° versetzt, zu den Überströmkanälen des Niederdrucksammelraums angeordnet ist und/oder der Hochdruckauslass in Umfangsrichtung versetzt, insbesondere um 90° versetzt, zu den Überströmkanälen des Hochdrucksammelraums angeordnet ist. Es hat sich gezeigt, dass durch den Versatz um 90° in vielen Anwendungsfällen eine gute Reduktion der Pulsation erzielt werden kann.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Überströmkanäle in dem Hochdrucksammelvolumen derart angeordnet sind, dass sie den gleichen Abstand zum Hochdruckauslasskanal aufweisen bzw. das Fluid von beiden Durchtritten denselben Weg hat und/oder dass die Überstromkanäle in dem Niederdrucksammelvolumen derart angeordnet sind, dass sie den gleichen Abstand zum Niederdruckeinlasskanal aufweisen bzw. das Fluid von beiden Durchtritten denselben Weg hat. Es hat sich gezeigt, dass durch den gleichen Abstand in vielen Anwendungsfällen eine gute Reduktion der Pulsation erzielt werden kann.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass Position und Anzahl der Überströmkanäle entsprechend möglicher resonanter Druckschwingungen ausgelegt bzw. angeordnet sind. Hierdurch kann einer Pulsation bestmöglich entgegengewirkt werden. In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Auslassventile und/oder die Fluidauslasskanäle axial oder radial zur Längsachse des Kolbenverdichters angeordnet sind. Grundsätzlich kann die Erfindung sowohl bei radial, als auch axial ausgerichteten Auslassventilen bzw. Fluidauslasskanäle Verwendung finden.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass das Trennelement unterschiedliche Materialien umfasst, insbesondere dass das Trennelement Dichtungsmaterial und anvulkanisierte Überstromkanäle umfasst. Auf diese Weise kann das Trennelement optimal auf den jeweiligen Anwendungsfall angepasst werden.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass das Trennelement als einlegbares Bauteil, insbesondere im Sammelvolumen fixierbar oder an dem Gehäuse fixierbar, ausgestaltet ist. Entsprechend können Vorteile, beispielsweise bei der Montage des Kolbenverdichters, erzielt werden
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass das Hochdrucksammelvolumen und/oder das Niederdrucksammelvolumen, durch mindestens zwei, vorzugsweise mehrere Komponenten des Kolbenverdichters, insbesondere Gehäusekomponenten des Kolbenverdichters, ausgebildet bzw. zusammengesetzt ist. Hierdurch können Gehäusekomponenten für die Ausbildung des jeweiligen bzw. beider Sammelvolumina genutzt werden.
Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden deutlich anhand der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die beiliegenden Abbildungen. Darin zeigen
Fig. 1 Massenstrom und dessen Pulsation im HD-bereich eines 7-Zylinder
Kolbenverdichters, insbesondere Kältemittelverdichter, gemäß dem Stand der Technik;
Fig. 2 Details eines Kolbenverdichters gemäß dem Stand der Technik in einer geschnittenen seitlichen Darstellung;
Fig. 3 eine schematische Darstellung des Hochdrucksammelvolumenes eines erfindungsgemäßen Kolbenverdichters; Fig. 4 eine schematische Darstellung des Niederdrucksammelvolumenes eines erfindungsgemäßen Kolbenverdichters;
Fig- 5 eine schematische Darstellung des Hochdrucksammelvolumenes odas Niederdrucksammelvolumens eines erfindungsgemäßen Kolbenverdichters in einer alternativen Ausführungsform;
Fig. 6-11 Details eines erfindungsgemäßen Kolbenverdichters in einer geschnittenen seitlichen Darstellung;
Fig. 12 Details eines erfindungsgemäßen Kolbenverdichters in einer geschnittenen seitlichen Darstellung;
Fig. 13 Details eines erfindungsgemäßen Kolbenverdichters in einer geschnittenen seitlichen Darstellung;
Fig. 14 Details eines erfindungsgemäßen Kolbenverdichters in einer geschnittenen seitlichen Darstellung;
Fig. 15 ein Deckel eines erfindungsgemäßen Kolbenverdichters in einer Draufsicht; Fig. 16 ein erfindungsgemäßer Kolbenverdichter in einer guergeschnittenen Ansicht;
Fig. 17 ein erfindungsgemäßer Kolbenverdichter in einer geschnittenen Draufsicht.
Folgende Bezugszeichen werden in den Abbildungen verwendet:
L Längsachse
HD Hochdrucksammelvolumen
ND Niederdrucksammelvolumen
HDA Hochdruckauslass NDE Niederdruckeinlass
HD1 erster Teilsammelvolumen (Hochdruck)
HD2 zweiter Teilsammelvolumen (Hochdruck)
ND1 erstes Teilsammelvolumen (Niederdruck)
ND2 zweites Teilsammelvolumen (Niederdruck)
HDÜ1 erster Überstromkanal (HD)
HDÜ2 zweiter Überstromkanal (HD)
NDÜ1 erster Überstromkanal (ND)
NDÜ2 zweiter Überstromkanal (HD)
1 (a-g) Kolben-Arbeitsraum-Kombination
2 Antriebswelle, insbesondere Exzenterwelle
3 Gehäuse
4 Deckel
5 Trennelement
6 Elektromotor
11 (a-g) Fluideinlasskanal
12 (a-g) Fluidauslasskanal
13 Kolben
14 Arbeitsraum
51 Trennbereich
52 Dichtungsbereich
111 Fluideinlassventil
121 Fluidauslassventil Dabei gelten Merkmale und Details, die im Zusammenhang mit einem Verfahren beschrieben sind selbstverständlich auch im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung und umgekehrt, sodass bezüglich der Offenbarung zu den einzelnen Erfindungsaspekten stets wechselseitig Bezug genommen wird bzw. werden kann. Außerdem kann ein ggf. beschriebenes erfindungsgemäßes Verfahren mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung durchgeführt werden.
Die hierin verwendete Terminologie dient nur zum Zweck des Beschreibens bestimmter Ausführungsformen und soll die Offenbarung nicht beschränken. Wie hierin verwendet, sollen die Singularformen „ein/eine" und „der/die/das" auch die Pluralformen enthalten, sofern der Kontext dies nicht anderweitig klar erkennen lässt. Es wird zudem klar sein, dass die Ausdrücke „weist auf" und/oder „aufweisend", wenn in dieser Beschreibung verwendet, das Vorhandensein der genannten Merkmale, ganzen Zahlen, Schritte, Operationen, Elemente und/oder Bauteile spezifizieren, aber nicht das Vorhandensein oder den Zusatz von einem/einer oder mehreren anderen Merkmalen, ganzen Zahlen, Schritten, Operationen, Elementen, Bauteilen und/oder Gruppen derselben ausschließen. Wie hierin verwendet, enthält der Ausdruck „und/oder" jedes beliebige und alle Kombinationen von einem oder mehreren der assoziierten, aufgelisteten Elemente.
Nachfolgend wird zunächst auf Fig. 1 Bezug genommen.
In der Fig. 1 ist ein Diagramm bzgl. Massenstrom und dessen Pulsation im Hochdruckbereich eines 7-Zylinder Kolbenverdichters, insbesondere Kältemittelverdichter, gemäß dem Stand der Technik dargestellt.
Nachfolgend wird auf Fig. 2 Bezug genommen. Hier ist am Beispiel eines Hochdrucksammelvolumens HD gezeigt und erläutert, dass ein solches
Hochdrucksammelvolumen HD als separate Leitung/Rohr und/oder an/mit Verdichterkomponenten ausgebildet werden kann. In zumindest einem Gehäuseteil des Kolbenverdichters ist eine Ausnehmung vorgesehen, z.B. in Form einer Nut. Beim Zusammenbau des Kolbenverdichters wird dieses Gehäuseteil, z.B. ein Gehäusedeckel, an einem anderen Gehäuseteil zur Anlage gebracht und dadurch ein Kanal z.B. das
Hochdrucksammelvolumen ausgebildet. Das Hochdrucksammelvolumen HD kann somit zusammengesetzt sein, umfassend verschiedene Teilbereiche, ausgebildet an verschiedenen Komponenten des Kolbenverdichters. Die Dichtigkeit wird vorzugsweise durch aneinander liegende Komponenten oder mittels zweier Dichtungen hergestellt. Nachfolgend wird auf Fig. 16 und Fig. 17 Bezug genommen.
Ein erfindungsgemäßer Kolbenverdichter umfasst im Wesentlichen mindestens zwei, vorzugsweise sieben, Kolben-Arbeitsraumkombinationen la-g, sowie ein Niederdrucksammelvolumen ND und/oder ein Flochdrucksammelvolumen FID. Die Kolben- Arbeitsraumkombinationen umfassen jeweils einen Arbeitsraum 14 und einen Kolben 13. Die Kolben 13 können beispielsweise über eine Antriebswelle 2, insbesondere Exzenterwelle, angesteuert werden. Als Antrieb für den Kolbenverdichter kommt beispielsweise ein Elektromotor 6 in Frage. Denkbar ist aber auch ein indirekter Antrieb durch einen Verbrennungsmotor eines Kraftfahrzeugs. Der Kolbenverdichter umfasst vorzugsweise ein Gehäuse 3, in dem beispielsweise die Kolben-Arbeitsraumkombinationen la-g ausgebildet bzw. aufgenommen sind. Vorzugsweise ist dieses Gehäuse 3 endseitig mit einem abnehmbaren Deckel 4 verschlossen. Die Antriebswelle 2 weist eine Längsachse L auf.
Die Kolben-Arbeitsraumkombinationen la-g weisen jeweils einen Fluideinlasskanal lla-g mit jeweils einem Fluideinlassventil 111, sowie jeweils einen Fluidauslasskanal 12a-g mit jeweils einem Fluidauslassventil 121 auf. Die Fluideinlässe lla-g sind grundsätzlich mit dem Niederdrucksammelvolumen ND und die Fluidauslasskanäle 12a-g mit dem
Hochdrucksammelvolumen HD verbunden. Der Kolbenverdichter kann grundsätzlich Teil einer
Klimaanlage sein. Die Rolle des Kolbenverdichters und die weiteren Komponenten einer Klimaanlage sind dem Fachmann hinreichend bekannt und bedürfen hier keiner weiteren Erläuterung.
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass das Niederdrucksammelvolumen ND ein erstes Teilsammelvolumen ND1 und ein zweites Teilsammelvolumen ND2 umfasst, wobei das erste Teilsammelvolumen ND1 und das zweite Teilsammelvolumen ND2 über einen ersten Überströmkanal NDÜ1 und mindestens einen zweiten Überströmkanal NDÜ2 fluidisch miteinander verbunden sind und/oder das Hochdrucksammelvolumen HD ein erstes Teilsammelvolumen HD1 und mindestens ein zweites Teilsammelvolumen HD2 umfasst, wobei das erste Teilsammelvolumen HD1 und das zweite Teilsammelvolumen HD2 über einen ersten Überströmkanal HDÜ1 und mindestens einen zweiten Überströmkanal HDÜ2 fluidisch miteinander verbunden sind. Das Fluid, insbesondere ein Kältemittel, strömt grundsätzlich von dem Niederdrucksammelvolumen ND, insbesondere von dem ersten Teilsammelvolumen ND1 über die Überstromkanäle NDÜ1 bzw. NDÜ2 in das zweite Teilsammelvolumen ND2, über die Fluideinlasskanäle lla-g bzw. das Fluideinlassventil 111 in den Arbeitsraum 14, wird dort verdichtet und über das Fluidauslassventil 121 bzw. die Fluidauslasskanäle 12a e in das Flochdrucksammelvolumen HD, insbesondere in das erste Teilsammelvolumen HD1 und anschließend in das zweite Teilsammelvolumen HD2, geleitet.
Nachfolgend wird insbesondere auf die Fig. 3 und 4 Bezug genommen.
Ein Flochdrucksammelvolumen eines erfindungsgemäßen Kolbenverdichters ist zur besseren Darstellung in der Fig. 3 freigeschnitten dargestellt.
Es ist vorzugsweise vorgesehen, dass die Teilsammelvolumina HD1 bzw. HD2 ringförmig, insbesondere als ringförmige Kanäle, ausgestaltet sind.
Es ist ferner erkennbar bzw. vorgesehen, dass die Fluidauslasskanäle 12a-g der jeweiligen Kolben-Arbeitsraum-Kombinationen la-g in das ersten Teilsammelvolumen HD1 münden. In dem hier vorliegenden Beispiel sind sieben Kolben-Arbeitsraum-Kombinationen la-g vorgesehen, so dass ein erster bis siebter Fluidauslasskanal 12a bis 12g in das erste Teilsammelvolumen HD1 münden. Grundsätzlich können beliebig viele Kolben-Arbeitsraum- Kombinationen vorgesehen sein bzw. deren Fluidauslasskanäle in den Flochdrucksammelvolumen, insbesondere dessen ersten Teilsammelvolumen HD1 , münden.
Es ist ferner erkennbar bzw. vorgesehen, dass das zweite Teilsammelvolumen HD2 mit einem Flochdruckauslasskanal HDA ausgestattet ist. Aus diesem Flochdruckauslasskanal HDA tritt das verdichtet Fluid entsprechend aus dem Kolbenverdichter aus und wird beispielsweise einem Kreislauf einer Klimaanlage zugeführt.
Es ist ferner vorzugsweise vorgesehen, dass die Überstromkanäle HDÜ1 bzw. HDÜ2 derart angeordnet sind, dass sie den gleichen Abstand zum Flochdruckauslasskanal HDA aufweisen bzw. das Fluid von beiden Durchtritten denselben Weg hat. In der Fig. 3 sind beispielsweise 90° am Umfang zu den Überströmkanälen HDÜ1 bzw. HDÜ2 vorgesehen. Andere Schwingungen bzw. Freguenzen der in dem Flochdrucksammelvolumen HD zu dämpfenden Pulsation des Fluides können eine andere Anordnung des Hochdruckauslasskanals HDA erfordern, welche insbesondere durch Simulation und oder Berechnung erfolgen kann. Zudem kann die Simulation oder Berechnung ergeben, dass mehr als zwei Überströmkanäle erforderlich sind.
Prinzipiell kann der Aufbau des Niederdrucksammelvolumens identisch oder zumindest ähnlich zu dem Hochdrucksammelvolumen ausgestaltet sein. Der Vollständigkeit halber sei auf die Fig. 4 verwiesen, welche ein Niederdrucksammelvolumen darstellt, welches ebenfalls für eine bessere Darstellung freigeschnitten dargestellt ist.
Es ist erkennbar bzw. vorgesehen, dass die Fluideinlasskanäle lla-g der jeweiligen Kolben- Arbeitsraum-Kombinationen la-g in das zweite Teilsammelvolumen ND2 münden. In dem hier vorliegenden Beispiel sind sieben Kolben-Arbeitsraum-Kombinationen vorgesehen, so dass ein erster bis siebter Fluideinlasskanal in das zweite Teilsammelvolumen ND2 münden. Grundsätzlich können beliebig viele Kolben-Arbeitsraum-Kombinationen vorgesehen sein bzw. deren Fluideinlasskanäle in den Niederdrucksammelvolumen, insbesondere dessen ersten Teilsammelvolumen ND1, münden.
Es ist ferner erkennbar bzw. vorgesehen, dass das erste Teilsammelvolumen ND1 mit einem Niederdruckeinlasskanal NDE ausgestattet ist. In diesen Niederdruckeinlasskanal NDE tritt das Fluid entsprechend in das erste Teilsammelvolumen ND1 ein und wird über die Überströmkanäle NDÜ1 bzw. NDÜ2 dem zweiten Teilsammelvolumen ND2 und letztendlich über die Fluideinlasskanäle lla-g den Arbeitsräumen der Kolben-Arbeitsraum Kombinationen la-g zugeführt.
Es ist ferner vorzugsweise vorgesehen, dass die Überströmkanäle NDÜ1 bzw. NDÜ2 derart angeordnet sind, dass sie den gleichen Abstand zum Niederdruckeinlasskanal NDE aufweisen bzw. das Fluid von beiden Überströmkanälen NDÜ1 bzw. NDÜ2 denselben Weg hat. In der Fig. 4 sind beispielsweise 90° am Umfang zu den Überströmkanälen NDÜ1 bzw. NDÜ2 vorgesehen. Andere Schwingungen bzw. Freguenzen der in dem Niederdrucksammelvolumen ND zu dämpfenden Pulsation des Fluides können eine andere Anordnung des Niederdruckeinlasskanals NDE erfordern, welche insbesondere durch Simulation und oder Berechnung erfolgen kann.
In der Fig. 5 ist beispielsweise eine alternative Ausgestaltung eines zweigeteilten Sammelvolumens, insbesondere Niederdrucksammelvolumen oder Hochdrucksammelvolumen, dargestellt. Lediglich zu illustrativen Zwecken sind hier beide Bezugszeichen HD bzw. ND eingefügt. Während bei den oben dargestellten Beispielen, die Teilsammelvolumina ND1 und ND2 bzw. HD1 und HD2 axial nebeneinander angeordnet sind, ist auch eine koaxiale Anordnung denkbar, bei dem die Teilsammelvolumina ND1 und ND2 bzw. HD1 und HD2 in einer Ebene angeordnet sind. Bei entsprechend ringförmiger Ausgestaltung der Teilsammelvolumina ND1 und ND2 bzw. HD1 und HD2, weisen die Teilsammelvolumina unterschiedliche Durchmesser auf.
Es kann ferner vorzugsweise vorgesehen sein, dass die Teilsammelvolumina, insbesondere das Hochdrucksammelvolumen und/oder das Niederdrucksammelvolumen, durch mindestens zwei, vorzugsweise mehrere Komponenten des Kolbenverdichters, insbesondere Gehäusekomponenten des Kolbenverdichters, ausgebildet bzw. zusammengesetzt sind. Beispielsweise ist das zweite Teilsammelvolumen ND2 bzw. HD2 in dem Deckel 4 ausgebildet, während das erste Teilsammelvolumen ND1 bzw. HD1 in dem Gehäuse ausgebildet ist. Grundsätzlich kommen aber zwei aneinander grenzende und lösbare Verdichterbauteile für die Ausbildung der Sammelvolumina in Frage.
Es kann ferner vorzugsweise vorgesehen sein, dass das erste Teilsammelvolumen und das zweite Sammelvolumen durch ein Trennelement 5, insbesondere eine Dichtung, insbesondere Flachdichtung, voneinander getrennt sind, wobei die Überströmkanäle in dem Trennelement 5 vorgesehen sind. Als Material des Trennelementes 5 kommt beispielsweise eine Blechdichtung, aber grundsätzlich auch jedes andere Dichtmaterial, in Frage.
Grundsätzlich kann bevorzugt vorgesehen sein, dass das Sammelvolumen so ausgebildet ist, dass die Trennung mittels separatem Trennelement 5 erfolgen kann.
Die sich aus dem Trennelement 5 ergebenden Vorteile sind insbesondere eine bauraumneutrale oder zumindest wenig Bauraum in Anspruch nehmende Ausgestaltung, insbesondere im Vergleich zu einem externen Sammelvolumen. Zudem werden keine zusätzlichen Teile, zumindest keine extern anzuordnenden Bauteile/Baugruppen benötigt. Zusätzlichen Bearbeitungsschritte können vorteilhafterweise wegfallen. Drosselstellen können vermieden werden. Somit kaum thermodynamischen Verluste, keine Gefahr des Zusetzens feiner Geometrien. Es existieren grundsätzlich keine beweglichen oder nachgiebigen Teile. Hierdurch kann eine maximale Robustheit erreicht werden.
Weitere Details der vorliegenden Erfindung ergeben sich insbesondere aus den Fig. 6 bis 15. In der Fig. 6 ist ein Detail eines erfindungsgemäßen Kolbenverdichters dargestellt. Es ist insbesondere erkennbar, dass die Teilsammelvolumina HD1 bzw. HD2 mittels eines Trennelementes 5 getrennt sind. Die sich ergebende Anordnung der Teilvolumina HD1 und HD2 entspricht prinzipiell der in Figur 3 freigestellt gezeigten Anordnung.
In den Fig. 7 bis 9 sind insbesondere unterschiedliche Ausgestaltungen des Trennelementes 5 dargestellt.
In den Fig. 10 und 11 sind insbesondere unterschiedliche Ausgestaltungen eines Überströmkanals HDÜ1 und HDÜ2 in einem Trennelement 5 dargestellt.
In der Fig. 12 ist ein Detail eines erfindungsmäßen Kolbenverdichters, insbesondere ein axial ausgerichteter Fluidauslasskanal 12, gezeigt.
In der Fig. 13 ist ein Detail eines erfindungsmäßen Kolbenverdichters, insbesondere ein radial ausgerichteter Fluidauslasskanal 11, gezeigt.
In der Fig. 14 ist ein Detail eines erfindungsmäßen Kolbenverdichters, insbesondere das erste Teilsammelvolumen HD1 und das zweite Teilsammelvolumen HD2 im Flochdruckbereich bei radialer Ausrichtung des Fluidauslasskanals 12 und axialer Anordnung bzw. Trennung des Sammelvolumens HD, gezeigt. Die sich hier ergebende Anordnung der Teilvolumina HD2 entspricht prinzipiell der in Figur 3 freigestellt gezeigten Teilvolumina-Anordnung.
In den Fig. 12 bis 14 ist insbesondere auch erkennbar, dass das Sammelvolumen HD, insbesondere die Teilsammelvolumina HD1 bzw. HD2, durch Aussparungen in dem Gehäuse 3, insbesondere dem Zylindergehäuse, und dem Deckel 4 des Kolbenverdichters gebildet werden können.
In der Fig. 15 ist ein Trennelement 5 für einen erfindungsgemäßen Kolbenverdichter dargestellt. Hier ist insbesondere ein Trennbereich 51 erkennbar, welcher die beiden Teilsammelvolumina voneinander trennt, sowie ein Dichtbereich 52, welcher im Wesentlichen die Sammelvolumina bzw. die Komponenten, wie Gehäuse 3 und Deckel 4, in diesem Bereich abdichtet.
Die vorliegende Erfindung kann sich durch weitere bevorzugte Merkmale auszeichnen. Es kann vorgesehen sein, dass das bzw. die Auslassventile 121 und/oder der Auslasskanal bzw. die Auslasskanäle 12 axial oder radial zur Längsachse L des Kolbenverdichters angeordnet sind.
Es kann vorgesehen sein, dass das Trennelement 5 unterschiedliche Materialien umfasst, insbesondere kann vorgesehen sein, dass das Trennelement 5 einen Trennbereich 51 und einen Dichtbereich 52 aufweist. In diesem Zusammenhang kann vorteilhafterweise vorgesehen sein, dass die Überströmkanäle HDÜ1, HDÜ2, NDÜ1, NDÜ2 aus einem anderen Material als der Dichtbereich 52 des Trennelementes 5 besteht. Der bzw. die Überströmkanäle HDÜ1, HDÜ2, NDÜ1, NDÜ2 können beispielsweise anvulkanisiert sein.
Es kann vorgesehen sein, dass das Trennelement 5 als einlegbares Bauteil, insbesondere im Sammelvolumen HD bzw. ND fixierbar oder an dem Gehäuse 3 fixierbar, ausgestaltet ist.
Es kann vorgesehen sein, dass Position und Anzahl der Überströmkanäle HDÜ bzw. NDÜ entsprechend möglicher resonanter Druckschwingungen ausgelegt bzw. angeordnet werden. Je nach dominanter Pulsation kann/sollte Anzahl und Position der Überströmkanäle HDÜ bzw. NDÜ variiert werden, um das Tilgungsverhalten zu optimieren. Vorteilhaft ist eine Positionierung der Überströmkanäle HDÜ im Hochdrucksammelvolumen 90° in Umfangsrichtung vor bzw. nach dem Hochdruckauslass HDA und/oder eine Positionierung der Überströmkanäle NDÜ im Hochdrucksammelvolumen 90° in Umfangsrichtung vor bzw. nach dem Niederdruckauslass NDA.
Die erfindungsgemäße Sammelkanalgestaltung ist grundsätzlich im Ansaug- und im Ausschubtrakt von Kompressoren aller Art ersetzbar.
Der erfindungsgemäße Kolbenverdichter kann dazu eingerichtet sein, dass die Resonanz im Sammelvolumen den Schalldruck überhöhen kann.
Die erfindungsgemäße Sammelkanalgestaltung kann in Abhängigkeit von Drehzahl, Druckniveau, Kolbenzahl, Ventilcharakteristik ausgestaltet, insbesondere optimiert, sein.
Der erfindungsgemäße Kolbenverdichter kann derart ausgestaltet sein, dass die Überströmkanäle NDÜ oder HDÜ von dem ersten Teilsammelvolumen HD1 bzw. ND1 in das zweite Teilsammelvolumen HD2 bzw. ND2 optimiert sind. Es kann vorzugsweise vorgesehen sein, dass die Überstromkanäle NDÜ bzw. HDÜ als zwei diametrale Bohrungen mit gleicher Laufweite zum Niederdruckeinlass NDE bzw. Hochdruckauslass HDA ausgestaltet sind.
Es kann vorzugsweise vorgesehen sein, dass ein umlaufender Ausstoß aus den Arbeitsräumen 14 in das erste Teilsammelvolumen HD1 des Hochdrucksammelvolumens HD stattfindet.

Claims

Ansprüche
1. Kolbenverdichter, insbesondere Radialkolbenverdichter, umfassend mindestens zwei Kolben-Arbeitsraumkombinationen (la-g), wobei jede Kolben-Arbeitsraumkombination mindestens einen Fluideinlasskanal (lla-g) und einen Fluidauslasskanal (12a-g) aufweist, wobei der mindestens eine Fluideinlasskanal (lla-g) mit einem Niederdrucksammelvolumen (ND) und/oder der mindestens eine Fluidauslasskanal (12a-g) mit einem Flochdrucksammelvolumen (HD) fluidisch verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, dass das Niederdrucksammelvolumen (ND) ein erstes Teilsammelvolumen (ND1) und mindestens ein zweites Teilsammelvolumen (ND2) umfasst, wobei das erste Teilsammelvolumen und das zweite Teilsammelvolumen über einen ersten Überströmkanal (NDÜ1) und mindestens einen zweiten Überströmkanal (NDÜ2) fluidisch miteinander verbunden sind und/oder das Flochdrucksammelvolumen (HD) ein erstes Teilsammelvolumen (HD1) und mindestens ein zweites Teilsammelvolumen (HD2) umfasst, wobei das erste Teilsammelvolumen und das zweite Teilsammelvolumen über einen ersten Überströmkanal (HDÜ1) und mindestens einen zweiten Überströmkanal (HDÜ2) fluidisch miteinander verbunden sind.
2. Kolbenverdichter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kolben-
Arbeitsraumkombinationen (la-g) jeweils einen Kolben (13) und einen Arbeitsraum (14) umfassen, wobei die Kolben-Arbeitsraumkombinationen (la-g) radial um eine Antriebswelle (2) angeordnet sind.
3. Kolbenverdichter nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolbenverdichter ein Gehäuse (3) zur Aufnahme der Kolben- Arbeitsraumkombinationen (la-g) und einen abnehmbaren Deckel (4) umfasst.
4. Kolbenverdichter nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Teilsammelvolumina (ND1 und ND2 und/oder HD1 und HD2) ringförmig ausgestaltet sind, wobei die Teilsammelvolumina insbesondere nebeneinander und/oder in einer Ebene angeordnet sind.
5. Kolbenverdichter nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Trennelement (5) zwischen den Teilsammelvolumina (ND1 und ND2 und/oder HD1 und HD2) angeordnet ist, wobei die Überströmkanäle (NDÜ1, NDÜ2 bzw. HDÜ1, HDÜ2) in dem Trennelement (5) angeordnet sind.
6. Kolbenverdichter nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Trennelement (5) einen Trennbereich (51) und einen
Dichtbereich (52) umfasst.
7. Kolbenverdichter nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Niederdrucksammelvolumen (ND), insbesondere das erste Teilsammelvolumen (ND1), mit einem Niederdruckeinlass (NDE) ausgestattet ist, wobei das Hochdrucksammelvolumen (HD), insbesondere das zweite Teilsammelvolumen (HD2), mit einem Hochdruckauslass (HDA) ausgestattet ist, wobei der Niederdruckeinlass (NDE) in Umfangsrichtung versetzt, insbesondere um 90° versetzt, zu den Überströmkanälen (NDÜ1, NDÜ2) des Niederdrucksammelraums (ND) angeordnet ist und/oder der
Hochdruckauslass (HDA) in Umfangsrichtung versetzt, insbesondere um 90° versetzt, zu den Überströmkanälen (HDÜ1, HDÜ2) des Hochdrucksammelraums (HD) angeordnet ist.
8. Kolbenverdichter nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Überstromkanäle (HDÜ1 bzw. HDÜ2) in dem Hochdrucksammelvolumen derart angeordnet sind, dass sie den gleichen Abstand zum Hochdruckauslasskanal (HDA) aufweisen bzw. das Fluid von beiden Durchtritten denselben Weg zurücklegt und/oder dass die Überströmkanäle (NDÜ1 bzw. NDÜ2) in dem
Niederdrucksammelvolumen derart angeordnet sind, dass sie den gleichen Abstand zum Niderdruckeinlasskanal (NDE) aufweisen bzw. das Fluid von beiden Durchtritten denselben Weg zurücklegt.
9. Kolbenverdichter nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Position und Anzahl der Überströmkanäle (NDÜ1, NDÜ2 bzw. HDÜ1, HDÜ2) entsprechend möglicher resonanter Druckschwingungen ausgelegt bzw. angeordnet sind.
10. Kolbenverdichter nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Auslassventile (121) und/oder die Fluidauslasskanäle (12a-g) axial oder radial zur Längsachse (L) des Kolbenverdichters angeordnet sind.
11. Kolbenverdichter nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Trennelement (5) unterschiedliche Materialien umfasst, insbesondere dass das Trennelement (5) Dichtungsmaterial und anvulkanisierte Überströmkanäle (NDÜ bzw. HDÜ) umfasst.
12. Kolbenverdichter nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Trennelement (5) als einlegbares Bauteil, insbesondere im Sammelvolumen (ND bzw. HD) fixierbar oder an dem Gehäuse (3) fixierbar, ausgestaltet ist.
13. Kolbenverdichter nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Hochdrucksammelvolumen (HD) und/oder das Niederdrucksammelvolumen (ND), durch mindestens zwei, vorzugsweise mehrere Komponenten des Kolbenverdichters, insbesondere Gehäusekomponenten, wie Gehäuse (3) und Deckel (4), des Kolbenverdichters, ausgebildet bzw. zusammengesetzt ist.
EP22729170.5A 2021-05-18 2022-05-13 Kolbenverdichter, insbesondere radialkolbenverdichter Active EP4341561B1 (de)

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DE102021205041.7A DE102021205041A1 (de) 2021-05-18 2021-05-18 Kolbenverdichter, insbesondere Radialkolbenverdichter
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EP4341561A1 true EP4341561A1 (de) 2024-03-27
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