EP4341561B1

EP4341561B1 - Kolbenverdichter, insbesondere radialkolbenverdichter

Info

Publication number: EP4341561B1
Application number: EP22729170.5A
Authority: EP
Inventors: Sören GELKE; Tim Müller; Robert SCHERZER
Original assignee: ThyssenKrupp AG; Thyssenkrupp Dynamic Components GmbH
Current assignee: ThyssenKrupp AG; Thyssenkrupp Dynamic Components GmbH
Priority date: 2021-05-18
Filing date: 2022-05-13
Publication date: 2025-04-02
Anticipated expiration: 2042-05-13
Also published as: US20240229791A1; DE102021205041A1; EP4341561A1; CN117441062A; WO2022243201A1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Kolbenverdichter, insbesondere Radialkolbenverdichter, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 oder Anspruchs 2.
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 Ausstoßen 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.
Ein Kolbenverdichter mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1 ist beispielsweise aus der JPS 63 100 681 U bekannt geworden. Ein Kolbenverdichter mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 2 ist beispielsweise aus der US 4 988 269 A oder DE 100 03 882 A1 bekannt geworden.
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 dadurch gelöst , 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.
Alternativ oder zusätzlich wird diese Aufgabe auch mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 2 dadurch gelöst, 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. Es hat sich gezeigt, dass durch den gleichen Abstand in vielen Anwendungsfällen eine gute Reduktion der Pulsation erzielt werden kann.
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 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 quergeschnittenen 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 1a-g, sowie ein Niederdrucksammelvolumen ND und/oder ein Hochdrucksammelvolumen HD. 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 1a-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 1a-g weisen jeweils einen Fluideinlasskanal 11a-g mit jeweils einem Fluideinlassventil 111, sowie jeweils einen Fluidauslasskanal 12a-g mit jeweils einem Fluidauslassventil 121 auf. Die Fluideinlässe 11a-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.
Es 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 11a-g bzw. das Fluideinlassventil 111 in den Arbeitsraum 14, wird dort verdichtet und über das Fluidauslassventil 121 bzw. die Fluidauslasskanäle 12a e in das Hochdrucksammelvolumen 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 Hochdrucksammelvolumen 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 1a-g in das ersten Teilsammelvolumen HD1 münden. In dem hier vorliegenden Beispiel sind sieben Kolben-Arbeitsraum-Kombinationen 1a-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 Hochdrucksammelvolumen, insbesondere dessen ersten Teilsammelvolumen HD1, münden.
Es ist ferner erkennbar bzw. vorgesehen, dass das zweite Teilsammelvolumen HD2 mit einem Hochdruckauslasskanal HDA ausgestattet ist. Aus diesem Hochdruckauslasskanal HDA tritt das verdichtet Fluid entsprechend aus dem Kolbenverdichter aus und wird beispielsweise einem Kreislauf einer Klimaanlage zugeführt.
Es ist in einer erfindungsgemäßen Ausführungsform vorgesehen, dass die Überstromkanäle HDÜ1 bzw. HDÜ2 derart angeordnet sind, dass sie den gleichen Abstand zum Hochdruckauslasskanal 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. Frequenzen der in dem Hochdrucksammelvolumen 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 11a-g der jeweiligen Kolben-Arbeitsraum-Kombinationen 1a-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 11a-g den Arbeitsräumen der Kolben-Arbeitsraum Kombinationen 1a-g zugeführt.
Es ist ferner vorzugsweise vorgesehen, dass die Überstromkanäle 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. Frequenzen 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 Hochdruckbereich 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 einsetzbar.
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

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)fluidisch verbunden ist,
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.
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 Fluidauslasskanal (12a-g) mit einem Hochdrucksammelvolumen (HD) fluidisch verbunden ist, wobei

- 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 Überströmkanal (HDÜ1) und mindestens einen zweiten Überströmkanal (HDÜ2) fluidisch miteinander verbunden sind,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Überströmkanäle (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.
Kolbenverdichter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Kolben-Arbeitsraumkombinationen (1a-g) jeweils einen Kolben (13) und einen Arbeitsraum (14) umfassen, wobei die Kolben-Arbeitsraumkombinationen (1a-g) radial um eine Antriebswelle (2) angeordnet sind.
Kolbenverdichter nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolbenverdichter ein Gehäuse (3) zur Aufnahme der Kolben-Arbeitsraumkombinationen (1a-g) und einen abnehmbaren Deckel (4) umfasst.
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.
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.
Kolbenverdichter nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Trennelement (5) einen Trennbereich (51) und einen Dichtbereich (52) umfasst.
Kolbenverdichter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Niederdrucksammelvolumen (ND), insbesondere das erste Teilsammelvolumen (ND1), mit einem Niederdruckeinlass (NDE) ausgestattet ist, wobei der Niederdruckeinlass (NDE) in Umfangsrichtung versetzt, insbesondere um 90° versetzt, zu den Überströmkanälen (NDÜ1, NDÜ2) des Niederdrucksammelraums (ND) angeordnet ist.
Kolbenverdichter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Hochdrucksammelvolumen (HD), insbesondere das zweite Teilsammelvolumen (HD2), mit einem Hochdruckauslass (HDA) ausgestattet ist, wobei der Hochdruckauslass (HDA) in Umfangsrichtung versetzt, insbesondere um 90° versetzt, zu den Überströmkanälen (HDÜ1, HDÜ2) des Hochdrucksammelraums (HD) angeordnet ist.
Kolbenverdichter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, 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.
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.
Kolbenverdichter nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Fluidauslasskanäle (12a-g) axial oder radial zur Längsachse (L) des Kolbenverdichters angeordnet sind.
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.
Kolbenverdichter nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Trennelement (5) als einlegbares Bauteil, insbesondere im Sammelvolumen (ND bzw. HD) fixierbar oder an dem Gehäuse (3) fixierbar, ausgestaltet ist.
Kolbenverdichter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass 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.
Kolbenverdichter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Hochdrucksammelvolumen (HD) durch mindestens zwei, vorzugsweise mehrere Komponenten des Kolbenverdichters, insbesondere Gehäusekomponenten, wie Gehäuse (3) und Deckel (4), des Kolbenverdichters, ausgebildet bzw. zusammengesetzt ist.