WO2014095294A2 - Rolling piston compressor with modifiable delivery volume - Google Patents

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WO2014095294A2
WO2014095294A2 PCT/EP2013/074968 EP2013074968W WO2014095294A2 WO 2014095294 A2 WO2014095294 A2 WO 2014095294A2 EP 2013074968 W EP2013074968 W EP 2013074968W WO 2014095294 A2 WO2014095294 A2 WO 2014095294A2
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slide
rolling piston
cavity
compressor
actuating means
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PCT/EP2013/074968
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Inventor
Simon Klink
Original Assignee
Robert Bosch Gmbh
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Publication date
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04C—ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04C18/00—Rotary-piston pumps specially adapted for elastic fluids
    • F04C18/30—Rotary-piston pumps specially adapted for elastic fluids having the characteristics covered by two or more of groups F04C18/02, F04C18/08, F04C18/22, F04C18/24, F04C18/48, or having the characteristics covered by one of these groups together with some other type of movement between co-operating members
    • F04C18/34—Rotary-piston pumps specially adapted for elastic fluids having the characteristics covered by two or more of groups F04C18/02, F04C18/08, F04C18/22, F04C18/24, F04C18/48, or having the characteristics covered by one of these groups together with some other type of movement between co-operating members having the movement defined in group F04C18/08 or F04C18/22 and relative reciprocation between the co-operating members
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F04C18/30—Rotary-piston pumps specially adapted for elastic fluids having the characteristics covered by two or more of groups F04C18/02, F04C18/08, F04C18/22, F04C18/24, F04C18/48, or having the characteristics covered by one of these groups together with some other type of movement between co-operating members
    • F04C18/34—Rotary-piston pumps specially adapted for elastic fluids having the characteristics covered by two or more of groups F04C18/02, F04C18/08, F04C18/22, F04C18/24, F04C18/48, or having the characteristics covered by one of these groups together with some other type of movement between co-operating members having the movement defined in group F04C18/08 or F04C18/22 and relative reciprocation between the co-operating members
    • F04C18/356—Rotary-piston pumps specially adapted for elastic fluids having the characteristics covered by two or more of groups F04C18/02, F04C18/08, F04C18/22, F04C18/24, F04C18/48, or having the characteristics covered by one of these groups together with some other type of movement between co-operating members having the movement defined in group F04C18/08 or F04C18/22 and relative reciprocation between the co-operating members with vanes reciprocating with respect to the outer member
    • F04C18/3562—Rotary-piston pumps specially adapted for elastic fluids having the characteristics covered by two or more of groups F04C18/02, F04C18/08, F04C18/22, F04C18/24, F04C18/48, or having the characteristics covered by one of these groups together with some other type of movement between co-operating members having the movement defined in group F04C18/08 or F04C18/22 and relative reciprocation between the co-operating members with vanes reciprocating with respect to the outer member the inner and outer member being in contact along one line or continuous surfaces substantially parallel to the axis of rotation
    • F04C18/3564—Rotary-piston pumps specially adapted for elastic fluids having the characteristics covered by two or more of groups F04C18/02, F04C18/08, F04C18/22, F04C18/24, F04C18/48, or having the characteristics covered by one of these groups together with some other type of movement between co-operating members having the movement defined in group F04C18/08 or F04C18/22 and relative reciprocation between the co-operating members with vanes reciprocating with respect to the outer member the inner and outer member being in contact along one line or continuous surfaces substantially parallel to the axis of rotation the surfaces of the inner and outer member, forming the working space, being surfaces of revolution

Definitions

  • the invention relates to a rotary compressor according to the preamble of claim 1 and a method for operating such a rotary compressor according to claim 10.
  • Rotary piston compressors are used for the compression of fluids, especially in refrigerant circuits.
  • a rolling piston is provided with a circular cross-section about an axis with a first radius.
  • This is arranged in a compressor housing, which for this purpose has a cavity with a circular cross-section about a central axis with a second radius.
  • the second radius is larger than the first radius.
  • the axis of the rolling piston extends parallel and at a distance eccentric to the central axis of the cavity. The eccentric distance corresponds essentially to the second radius minus the first radius, so that the rolling piston, which is rotatable and / or orbitally mounted about the central axis, rests in each rotational position on the wall of the cavity.
  • a rotary compressor is characterized by a slide. This is longitudinal, or aligned in the longitudinal direction to the central axis and arranged in a slide opening of the compressor housing, from which it is displaceable in the radial direction in the cavity.
  • a resilient mounting of the slide causes an abutment of an end face of the slide on the rolling piston.
  • An opening in the compressor housing opening into a partial space of the cavity opens adjacent to the slide opening on the rear suction side of the slider.
  • On the pressure side adjacent to the slide opening arranged side also opens an outlet opening in the other subspace of the cavity.
  • a check valve is arranged in this outlet opening.
  • the problem with rotary piston compressors is the change in their performance. From the prior art is known to perform a variable-speed power modulation. However, this requires expensive inverters / inverters. In addition, there are Doppelrollkolbenverêtr in which two pistons are arranged anti-cyclically on a shaft. Double scroll compressors are expensive and the known power modulation is possible only in two stages. By permanently lifting the slide of one of the pistons, the power can be reduced by a fixed proportion.
  • Object of the present invention is therefore to eliminate the disadvantages of the prior art, and to provide a rotary compressor whose delivery capacity can be modulated in a simple, inexpensive, efficient and reliable manner. This is achieved with the features of claims 1 and 10 according to the invention. Advantageous developments can be found in the dependent claims.
  • the invention relates to a rotary piston compressor comprising a rolling piston having a circular cross-section with a first radius around an axis, and a compressor housing having a cavity having a circular cross-section with a second radius about a central axis, wherein the second radius is greater than the first radius wherein the axis of the rolling piston is parallel and spaced eccentrically from the central axis of the cavity, the rolling piston being rotatable or orbitable about the central axis of the cavity, and comprising a slider aligned longitudinally with the central axis, having a front, a back and an end face; which is arranged in the radial direction in the cavity displaceable in a slide opening of the compressor housing, wherein the cavity with the slide and the rolling piston in a first subspace and a second subspace is divisible, and wherein an actuating means is provided, with a Que sectional area of a arranged in the stroke region of the slide connection between the first subspace and the second subspace is changeable.
  • a compound having a defined cross-sectional area may be employed to provide a continuous, limited overcurrent.
  • the compound in a defined angle of rotation of the rolling piston are released, so that in this rotation angle is a reduced compression.
  • the distance between the axis of the rolling piston and the central axis of the cavity preferably corresponds substantially to the second radius minus the first radius.
  • a suction opening into the cavity should be formed in the compressor housing, which is arranged adjacent to the slide opening on the rear suction side of the slider.
  • the suction port is connected in a very large rotational range of the rolling piston with the first subspace.
  • an outlet opening into the cavity should be formed in the compressor housing, which is arranged adjacent to the slide opening on the front-side pressure side of the slider. This outlet opening is then connected to the second subspace in a very large rotational range of the rolling piston and can release pressure therefrom.
  • a check valve is preferably to be arranged in the outlet opening so that compressed fluid can not flow back into the second compartment.
  • the efficiency of compaction is significantly improved.
  • the actuating means is kinematically coupled to the slide, wherein the cross-sectional area can be predetermined by changing a distance between the end face of the slide and the rolling piston.
  • the end face may in this case be designed so that it forms a tangent contact line upon contact with the rolling piston, e.g. by pointed, rounded or round design of the front page.
  • the distance between the end face of the slide and the rolling piston between zero and a maximum distance is the second radius minus the first radius corresponds.
  • a full compaction performance can be achieved when there is a zero clearance.
  • the maximum distance before, the first and second compartment are connected by a maximum large connection with each other, since the slider is completely recessed in the compressor housing. Energy losses are thus avoided in phases of maximum distance. Energy losses are thus avoided in periods of maximum distance and the efficiency of the compression is high.
  • the power regulation is thus essentially on the rotation angle at which the slide is closed. According to the invention, therefore, the slider is lifted at each revolution from top dead center to a certain angle of rotation. As long as the slide is still open, there is thus no compression. A partially opened slide is possible according to the invention, but leads to higher losses than the complete opening or closing described above.
  • the distance between the end face of the slide and the rolling piston by means of the actuating means is electronically controlled.
  • the compaction performance can be automated and precisely regulated.
  • the actuating means is kinematically coupled to an adjustable spacer means, which can be positioned between the slide and the rolling piston, and with which a distance between the end face of the slide and the rolling piston can be changed.
  • the spacer allows to perform the actual lifting movement of the slider by the rotational movement of the rolling piston.
  • the spacer is preferably fixed to the slide and has a running side for contacting the rolling piston.
  • the slider itself is then preferably force-loaded in the direction of the rolling piston, in particular by means of a spring.
  • the actuating means may be positioned outside the cavity, and to actuate the spacer means, for example. By means of a sliding rod extending through the slide.
  • the actuating means is kinematically coupled to a valve arranged in the slide, wherein the cross-sectional area is variable with the valve.
  • a valve according to the invention is not only suitable as an alternative solution, but also in combination with a lift-off slider, wherein the connection is then formed by the valve and the gap between the slide and rolling piston.
  • the actuating means is an electric servomotor.
  • Such can be designed and controlled inexpensively.
  • it allows fast positioning times:
  • it can be closed in reverse by analyzing a voltage present at the actuator to the rotational position and rotational speed of the rolling piston, when the slide and the rolling piston are kinematically coupled. A synchronization between the rotational movement of the rolling piston and the lifting movement of the slider is so feasible.
  • a further embodiment of the invention provides an electromagnet as actuating means. Electromagnets allow very fast positioning times without mechanical translation.
  • the slide opening can be formed enclosed in the compressor housing, so that no fluid escapes, no expensive sealing means for sealing the slide to the compressor housing are necessary, the slider is movable with low friction and high efficiency of the compression is achieved.
  • the slider is resiliently mounted according to a training. By a resilient mounting a synchronization between the rolling piston and slide is particularly easy to implement, or not necessary due to a kinematic coupling. Damage caused by misalignments between slide and rolling piston can be avoided.
  • an active actuation by means of the actuating means in only one direction is sufficient.
  • the spring counteracts the actuating means as a return spring.
  • the slider should be resiliently acted upon here in the direction of the rolling piston. Thus, there is a defined contact pressure in the direction of Rolling piston, wherein the slide can rest with its front side or a spacer on the rolling piston.
  • the invention relates to a method of operating a rotary piston compressor comprising a rolling piston having a circular cross-section with a first radius around an axis, and a compressor housing having a cavity having a circular cross-section with a second radius about a central axis, the second radius being larger is as the first radius, wherein the rolling piston is rotatable or orbitally mounted about the central axis of the cavity, wherein the axis of the rolling piston parallel and spaced by a distance eccentric to the central axis of the cavity, and comprising a longitudinally aligned to the central axis slide with a front, a Rear side and a front side, which is arranged in the radial direction in the cavity displaceable in a slide opening of the compressor housing, wherein the cavity with the slide and the rolling piston in a first subspace and a second subspace is divisible, wherein the rolling piston to di e central axis of the cavity is rotated or orbitiert, and wherein a flow rate or flow rate of
  • connection By releasing or changing the connection in the stroke range of the slide, it is now possible that the flow rate or flow rate of the rotary compressor is changed.
  • a compound having a defined cross-sectional area may be employed to provide a continuous, limited overcurrent.
  • the connection can be released only in a defined rotation angle of the rolling piston, so that no compression takes place in this rotation angle.
  • a modulation of the capacity of the compressor is possible in a simple manner.
  • the connection can be released in the rotation angle of the rolling piston between the intake and outlet ports, in order to increase the efficiency. In this rotation angle, the intake and outlet openings are already in direct communication via the cavity.
  • the movement of the slider is synchronized with the rotational movement of the rolling piston by determining a maximum deflection of the slider in the presence of a contact between the Slider and the rolling piston.
  • the rotational position at the maximum deflection is sufficient to determine the exact rotational position with sufficient accuracy.
  • a further development of the method according to the invention provides for synchronizing the movement of the slide with the rotational movement of the rolling piston by analyzing an electrical voltage applied to the actuating means in the presence of a contact between the slide and the rolling piston. If there is contact between slide and rolling piston, can be closed by the kinematically induced displacement of the slider and thus induced voltage on the actuating means to the rotational position of the rolling piston. If the actuating means is subsequently actuated in such a way that the contact between slide and rolling piston no longer exists, the electronics have the most current possible value of the rotational position of the rolling piston, which can be updated again at the next contacting.
  • the drawings illustrate embodiments of the invention and show in FIG.
  • FIG. 1 shows a rotary compressor with a displaceable by an actuator slide and a valve in the slide.
  • FIG. 2 shows a rotary piston compressor with an actuating means and a spacer means.
  • the compressor housing 20 has a cavity 21 which has a circular cross-section about a central axis M with a second radius R2.
  • the rolling piston 10 is arranged in the cavity 21 and has a circular cross section about an axis A with a first radius Rl, wherein the first radius Rl is smaller than the second radius R2.
  • the axis A of the rolling piston 10 is also positioned parallel and at a distance al eccentric to the central axis M of the cavity 21.
  • the distance a1 ie the eccentricity, between the axis A of the rolling piston 10 and the center axis M of the cavity 21 is substantially equal to the second radius R2 less the first radius R1.
  • the rolling piston 10 is rotatable about the central axis M of the cavity 21 and / or stored orbital. In an orbiting bearing, the rotation of the rolling piston 10 about the center axis M of the cavity 21 is decoupled from the self-rotation of the rolling piston 10 about its own axis A. The storage thereby complicates slightly, but the friction between the rolling piston 10, the compressor housing 20 and the slider 30 can be reduced.
  • Said slider 30 has a front side 31, a rear side 32 and an end face 33. In addition, it is longitudinal, or aligned longitudinally to the central axis M, and arranged in the radial direction in the cavity 21 slidably in a slide opening 22 of the compressor housing 10.
  • the cavity 21 with the slider 30 and the rotary piston 10 can be divided into a first partial space VI and a second partial space V2.
  • the first subspace VI now forms a suction side 35 and the second subspace V2 forms a pressure side 34.
  • Adjacent to the slide opening 22 lead a suction port 23 and an outlet opening 24 through the compressor housing 20 and open into the cavity 21.
  • the suction port 23 is adjacent to the slide opening 22 on the rear 32 suction side 35 of the slider 30.
  • Dayeren the outlet opening 24 opens adjacent to the slide opening 22 on the front side 31 pressure side 34 of the slider 30.
  • a check valve 25 is provided in this outlet opening 24, a check valve 25 is provided.
  • 1 and 2 also mean that in each case an actuating means 40 is provided, with which a cross-sectional area F of a arranged in the stroke region of the slider 30 connection 50 between the first subspace VI and the second subspace V2 is variable.
  • the actuating means 40 is kinematically coupled to the slide 30, wherein the cross-sectional area F can be predetermined by changing a distance a2 between the end face 33 of the slide 30 and the rolling piston 10.
  • the actuating means 40 is in particular an electric servomotor 41, which is designed as an electromagnet 42.
  • the distance a2 is effected in particular by lifting the slide 30 from the rolling piston 10. Consequently, the slider 30 is no longer moved over its end face 33 with the rolling piston 10 here. Rather, the movement of the slide 30 takes place exclusively by the actuating means 40, in particular without mechanical coupling between slide 30 and rolling piston 10.
  • the actuating means 40 is kinematically coupled via a push rod 71 with a valve 70 arranged in the slide 30, whereby the cross-sectional area F is also variable with the valve 70. While the gap between the slide 30 and the rotary piston 10 is present over the entire axial length, the valve 70 can be designed shorter and with a much smaller and more finely metered cross-sectional area.
  • the distance a2 between the end face 33 of the slider 30 and the rolling piston 10 is between zero and a maximum distance, wherein the maximum distance corresponds to at least the second radius R2 minus the first radius Rl.
  • a resilient mounting of the slide 30 by means of a spring 80 is provided in FIG.
  • This acts on the slide 30 in the direction of the rolling piston 10 with a force.
  • the slider 30 is always moved into abutment in the cavity 21.
  • the actuating means 40 is kinematically coupled via a push rod 61 with an adjustable spacer means 60.
  • the spacer 60 is positionable between the slider 30 and the rolling piston 10. In particular, it is mounted in the slide 30 and can be pushed out of this.
  • the axial extent of the spacer means 60 is smaller than that of the slider 30th
  • a spacer 60 can be combined with a valve 70 or both can be dispensed with.
  • a method can be carried out in which the rolling piston 10 is rotated or orbitiert about the central axis M of the cavity 21, and in which the capacity of the rotary compressor by changing the cross-sectional area F of the arranged in the stroke range of the slider 30 connection 50 between the first compartment VI and the second compartment V2 by means of actuating the actuating means 40 is changed.
  • a process supplement makes sense in which the movement of the slider 30 with the rotational movement of the rolling piston 10 by determining a maximum displacement of the slider 30 is synchronized in the presence of a contact between the slider 30 and the rolling piston 10.
  • This synchronization can be performed by analyzing an electrical voltage applied to the actuating means 40 in the presence of contact between the slider 30 and the rolling piston 10, as induced by the slider movement induction in the actuating means 40.

Abstract

Modulating the delivery volume of rolling piston compressors in the prior art is laborious, expensive and imprecise. This situation is to be remedied. The invention therefore relates to a rolling piston compressor comprising a rolling piston and a compressor housing with a cavity, wherein the rolling piston is mounted so as to be able to rotate or orbit about a central axis of the cavity, and further comprising a slide oriented along the central axis and arranged displaceably in the radial direction in the cavity in a slide opening of the compressor housing, wherein the cavity can be subdivided by means of the slide and the rolling piston into a first sub-chamber and a second sub-chamber, and wherein an actuating means is provided, with which a cross-sectional area of a connection between the first sub-chamber and the second sub-chamber arranged in the stroke region of the slide can be modified.

Description

BESCHREIBUNG  DESCRIPTION
Rollkolbenverdichter mit veränderbarer Förderleistung Rotary piston compressors with variable capacity
Die Erfindung betrifft einen Rollkolbenverdichter nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 und ein Verfahren zum Betrieb eines solchen Rollkolbenverdichters nach Anspruch 10. Rollkolbenverdichter dienen der Verdichtung von Fluiden, insbesondere in Kältemittelkreisläufen. Hierfür ist ein Rollkolben mit einem um eine Achse kreisförmigen Querschnitt mit einem ersten Radius vorgesehen. Dieser ist in einem Verdichtergehäuse angeordnet, das hierfür einen Hohlraum mit einem um eine Mittelachse kreisförmigen Querschnitt mit einem zweiten Radius aufweist. Der zweite Radius ist größer als der erste Radius. Weiterhin verläuft die Achse des Rollkolbens parallel und um einen Abstand exzentrisch zur Mittelachse des Hohlraums. Der Exzenterabstand entspricht im Wesentlichen dem zweiten Radius abzüglich des ersten Radius, sodass der Rollkolben, welcher um die Mittelachse drehbar und/oder orbitierbar gelagert ist, in jeder Drehstellung an der Wandung des Hohlraums anliegt. The invention relates to a rotary compressor according to the preamble of claim 1 and a method for operating such a rotary compressor according to claim 10. Rotary piston compressors are used for the compression of fluids, especially in refrigerant circuits. For this purpose, a rolling piston is provided with a circular cross-section about an axis with a first radius. This is arranged in a compressor housing, which for this purpose has a cavity with a circular cross-section about a central axis with a second radius. The second radius is larger than the first radius. Furthermore, the axis of the rolling piston extends parallel and at a distance eccentric to the central axis of the cavity. The eccentric distance corresponds essentially to the second radius minus the first radius, so that the rolling piston, which is rotatable and / or orbitally mounted about the central axis, rests in each rotational position on the wall of the cavity.
Außerdem zeichnet sich ein Rollkolbenverdichter durch einen Schieber aus. Dieser ist längs, bzw. in Längsrichtung zur Mittelachse ausgerichtet und in einer Schieberöffnung des Verdichtergehäuses angeordnet, aus der er in radialer Richtung in den Hohlraum verschiebbar ist. Eine federnde Lagerung des Schiebers bewirkt eine Anlage einer Stirnseite des Schiebers an dem Rollkolben. Hierdurch wird der Hohlraum des Gehäuses mit dem Schieber und dem Rollkolben in zwei Teilräume unterteilt. Durch Rotation und/oder Orbitation des Rollkolbens ist das Volumen der beiden Teilräume relativ zueinander veränderbar, weswegen in einem der Teilräume ein Unterdruck und im anderen ein Überdruck erzeugbar ist. In addition, a rotary compressor is characterized by a slide. This is longitudinal, or aligned in the longitudinal direction to the central axis and arranged in a slide opening of the compressor housing, from which it is displaceable in the radial direction in the cavity. A resilient mounting of the slide causes an abutment of an end face of the slide on the rolling piston. As a result, the cavity of the housing with the slider and the rolling piston is divided into two subspaces. By rotation and / or orbitation of the rolling piston, the volume of the two subspaces is variable relative to each other, which is why in one of the subspaces a negative pressure and in the other an overpressure can be generated.
Eine in einen Teilraum des Hohlraums mündende Ansaugöffnung im Verdichtergehäuse mündet benachbart zur Schieberöffnung auf der rückseitigen Saugseite des Schiebers. Auf der druckseitig benachbart zur Schieberöffnung angeordneten Seite mündet zudem eine Auslassöffnung in den anderen Teilraum des Hohlraums. Oftmals ist in dieser Auslassöffnung ein Rückschlagventil angeordnet. Problematisch ist bei Rollkolbenverdichtern die Veränderung von deren Leistung. Aus dem Stand der Technik ist bekannt, eine drehzahlvariable Leistungsmodulation durchzuführen. Hierfür sind jedoch teure Inverter/Umrichter notwendig. Außerdem existieren Doppelrollkolbenverdichter, bei denen zwei Kolben antizyklisch auf einer Welle angeordnet sind. Doppelrollkolbenverdichter sind jedoch teuer und die bekannte Leistungsmodulation ist nur in zwei Stufen möglich. Durch permanentes Abheben des Schiebers von einem der Kolben lässt sich die Leistung um einen festen Anteil reduzieren. An opening in the compressor housing opening into a partial space of the cavity opens adjacent to the slide opening on the rear suction side of the slider. On the pressure side adjacent to the slide opening arranged side also opens an outlet opening in the other subspace of the cavity. Often, a check valve is arranged in this outlet opening. The problem with rotary piston compressors is the change in their performance. From the prior art is known to perform a variable-speed power modulation. However, this requires expensive inverters / inverters. In addition, there are Doppelrollkolbenverdichter in which two pistons are arranged anti-cyclically on a shaft. Double scroll compressors are expensive and the known power modulation is possible only in two stages. By permanently lifting the slide of one of the pistons, the power can be reduced by a fixed proportion.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, die Nachteile des Standes der Technik zu beseitigen, und einen Rollkolbenverdichter zu schaffen, dessen Förderleistung auf einfache, kostengünstige, effiziente und zuverlässige Weise modulierbar ist. Erfindungsgemäß wird dies mit den Merkmalen der Patentansprüche 1 und 10 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind den Unteransprüchen zu entnehmen. Object of the present invention is therefore to eliminate the disadvantages of the prior art, and to provide a rotary compressor whose delivery capacity can be modulated in a simple, inexpensive, efficient and reliable manner. This is achieved with the features of claims 1 and 10 according to the invention. Advantageous developments can be found in the dependent claims.
Die Erfindung betrifft einen Rollkolbenverdichter umfassend einen Rollkolben mit einem um eine Achse kreisförmigen Querschnitt mit einem ersten Radius, und ein Verdichtergehäuse mit einem Hohlraum, der einen um eine Mittelachse kreisförmigen Querschnitt mit einem zweiten Radius aufweist, wobei der zweite Radius größer ist als der erste Radius, wobei die Achse des Rollkolbens parallel und um einen Abstand exzentrisch zur Mittelachse des Hohlraums verläuft, wobei der Rollkolben um die Mittelachse des Hohlraums rotierbar oder orbitierbar gelagert ist, und umfassend einen längs zur Mittelachse ausgerichteten Schieber mit einer Vorderseite, einer Rückseite und einer Stirnseite, der in radialer Richtung in den Hohlraum verschiebbar in einer Schieberöffnung des Verdichtergehäuses angeordnet ist, wobei der Hohlraum mit dem Schieber und dem Rollkolben in einen ersten Teilraum und einen zweiten Teilraum unterteilbar ist, und wobei ein Betätigungsmittel vorgesehen ist, mit dem eine Querschnittsfläche einer im Hubbereich des Schiebers angeordneten Verbindung zwischen dem ersten Teilraum und dem zweiten Teilraum veränderbar ist. The invention relates to a rotary piston compressor comprising a rolling piston having a circular cross-section with a first radius around an axis, and a compressor housing having a cavity having a circular cross-section with a second radius about a central axis, wherein the second radius is greater than the first radius wherein the axis of the rolling piston is parallel and spaced eccentrically from the central axis of the cavity, the rolling piston being rotatable or orbitable about the central axis of the cavity, and comprising a slider aligned longitudinally with the central axis, having a front, a back and an end face; which is arranged in the radial direction in the cavity displaceable in a slide opening of the compressor housing, wherein the cavity with the slide and the rolling piston in a first subspace and a second subspace is divisible, and wherein an actuating means is provided, with a Que sectional area of a arranged in the stroke region of the slide connection between the first subspace and the second subspace is changeable.
Durch Freigeben der Verbindung im Hubbereich des Schiebers ist es nunmehr möglich, dass die Förderleistung bzw. Fördermenge des Rollkolbenverdichters verändert, insbesondere reduziert wird. Wahlweise kann eine Verbindung mit einer definierten Querschnittsfläche eingesetzt werden, um einen kontinuierlichen, begrenzten Überstrom zu schaffen. Alternativ oder ergänzend kann die Verbindung in einem definierten Drehwinkel des Rollkolbens freigegeben werden, sodass in diesem Drehwinkel eine verringerte Verdichtung erfolgt. Somit wird auf einfache Weise eine Modulation der Förderleistung des Verdichters möglich. Der Abstand zwischen der Achse des Rollkolbens und der Mittelachse des Hohlraums entspricht bevorzugt im Wesentlichen dem zweiten Radius abzüglich des ersten Radius. Hierdurch hat der Rollkolben in jeder Drehstellung dichtenden Kontakt zum Verdichtergehäuse. Unterstützt wird die Dichtung bevorzugt durch Öl im Hohlraum, das zudem die Reibung zwischen Rollkolben, Schieber und Verdichtergehäuse reduziert. By releasing the connection in the stroke region of the slide, it is now possible that the delivery rate or flow rate of the rotary piston compressor changed, in particular reduced. Optionally, a compound having a defined cross-sectional area may be employed to provide a continuous, limited overcurrent. Alternatively or additionally, the compound in a defined angle of rotation of the rolling piston are released, so that in this rotation angle is a reduced compression. Thus, a modulation of the capacity of the compressor is possible in a simple manner. The distance between the axis of the rolling piston and the central axis of the cavity preferably corresponds substantially to the second radius minus the first radius. As a result, the rolling piston in each rotational position sealing contact with the compressor housing. The seal is preferably supported by oil in the cavity, which also reduces the friction between the rolling piston, slide and compressor housing.
Weiterhin sollte eine in den Hohlraum mündende Ansaugöffnung im Verdichtergehäuse ausgebildet sein, die benachbart zur Schieberöffnung auf der rückseitigen Saugseite des Schiebers angeordnet ist. Damit ist die Ansaugöffnung in einem sehr großen Drehbereich des Rollkolbens mit dem ersten Teilraum verbunden. Hier kann sie dann Fluid in den sich vergrößernden ersten Teilraum einströmen lassen. Gleichzeitig sollte eine in den Hohlraum mündende Auslassöffnung im Verdichtergehäuse ausgebildet sein, die benachbart zur Schieberöffnung auf der vorderseitigen Druckseite des Schiebers angeordnet ist. Diese Auslassöffnung ist dann in einem sehr großen Drehbereich des Rollkolbens mit dem zweiten Teilraum verbunden und kann Druck aus diesem entweichen lassen. Furthermore, a suction opening into the cavity should be formed in the compressor housing, which is arranged adjacent to the slide opening on the rear suction side of the slider. Thus, the suction port is connected in a very large rotational range of the rolling piston with the first subspace. Here it can then let fluid flow into the enlarging first subspace. At the same time, an outlet opening into the cavity should be formed in the compressor housing, which is arranged adjacent to the slide opening on the front-side pressure side of the slider. This outlet opening is then connected to the second subspace in a very large rotational range of the rolling piston and can release pressure therefrom.
In der Auslassöffnung ist vorzugsweise ein Rückschlagventil anzuordnen, sodass komprimiertes Fluid nicht zurück in den zweiten Teilraum strömen kann. Die Effizienz der Verdichtung wird so erheblich verbessert. Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Betätigungsmittel kinematisch mit dem Schieber gekoppelt ist, wobei die Querschnittsfläche durch Veränderung eines Abstands zwischen der Stirnseite des Schiebers und dem Rollkolben vorgebbar ist. Die Stirnseite kann hierbei so ausgebildet sein, dass sie bei Kontakt mit dem Rollkolben eine tangierende Berührungslinie ausbildet, z.B. durch spitze, abgerundete oder runde Ausgestaltung der Stirnseite. Mit Hilfe des Abhebens des Schiebers vom Rollkolben wird auf einfache Weise eine Verbindung zwischen dem ersten Teilraum und dem zweiten Teilraum geschaffen. Gleichzeitig wird Reibung und Verschleiß reduziert. Eine Abhebung des Schiebers ist zudem wesentlich einfacher und zuverlässiger realisierbar als ein Abheben des Kolbens von dem Verdichtergehäuse. A check valve is preferably to be arranged in the outlet opening so that compressed fluid can not flow back into the second compartment. The efficiency of compaction is significantly improved. According to one embodiment of the invention it is provided that the actuating means is kinematically coupled to the slide, wherein the cross-sectional area can be predetermined by changing a distance between the end face of the slide and the rolling piston. The end face may in this case be designed so that it forms a tangent contact line upon contact with the rolling piston, e.g. by pointed, rounded or round design of the front page. With the help of the lifting of the slide from the rolling piston, a connection between the first subspace and the second subspace is created in a simple manner. At the same time, friction and wear are reduced. A lift of the slide is also much easier and more reliable to implement than lifting the piston from the compressor housing.
Bevorzugterweise beträgt der Abstand zwischen der Stirnseite des Schiebers und dem Rollkolben zwischen null und einem Maximalabstand, wobei der Maximalabstand dem zweiten Radius abzüglich des ersten Radius entspricht. Damit kann bei Vorliegen eines Abstandes mit dem Betrag null eine volle Verdichtungsleistung erzielt werden. Liegt hingegen der Maximalabstand vor, sind der erste und zweite Teilraum durch eine maximal große Verbindung miteinander verbunden, da der Schieber vollständig in dem Verdichtergehäuse versenkt ist. Energieverluste werden hierdurch in Phasen des Maximalabstands vermieden. Energieverluste werden hierdurch in Phasen des Maximalabstands vermieden und die Effizienz der Verdichtung ist hoch. Die Leistungsregulierung erfolgt somit im Wesentlichen über den Drehwinkel, bei welchem der Schieber geschlossen wird. Erfindungsgemäß wird daher bei jeder Umdrehung ab dem oberen Totpunkt bis zu einem bestimmten Drehwinkel der Schieber abgehoben. Solange der Schieber noch geöffnet ist, erfolgt somit keine Verdichtung. Auch ein teilweise geöffneter Schieber ist erfindungsgemäß möglich, führt aber höheren Verlusten als das vorstehend beschriebene komplette Öffnen oder Schließen. Preferably, the distance between the end face of the slide and the rolling piston between zero and a maximum distance, the maximum distance is the second radius minus the first radius corresponds. Thus, a full compaction performance can be achieved when there is a zero clearance. If, however, the maximum distance before, the first and second compartment are connected by a maximum large connection with each other, since the slider is completely recessed in the compressor housing. Energy losses are thus avoided in phases of maximum distance. Energy losses are thus avoided in periods of maximum distance and the efficiency of the compression is high. The power regulation is thus essentially on the rotation angle at which the slide is closed. According to the invention, therefore, the slider is lifted at each revolution from top dead center to a certain angle of rotation. As long as the slide is still open, there is thus no compression. A partially opened slide is possible according to the invention, but leads to higher losses than the complete opening or closing described above.
Gemäß einer näheren Ausgestaltung der Erfindung ist der Abstand zwischen der Stirnseite des Schiebers und dem Rollkolben mittels des Betätigungsmittels elektronisch geregelt. Durch eine elektronische Regelung kann die Verdichtungsleistung automatisiert und exakt geregelt werden. Insbesondere wenn die Verdichtung mittels eines Drucksensors bestimmt wird, können auch Einflüsse, wie zum Beispiel hervorgerufen durch die Beschaffenheit eines Öls im Hohlraum und Passungsveränderungen durch Verschleiß, korrigiert werden. Mittels einer elektronischen Regelung sind zudem sehr schnelle Veränderungen der Querschnittsfläche der Verbindung vornehmbar. Die Leistungsmodulation ist hierdurch sehr flexibel. Einer Fortbildung der Erfindung nach ist das Betätigungsmittel mit einem verstellbaren Distanzmittel kinematisch gekoppelt, welches zwischen dem Schieber und dem Rollkolben positionierbar ist, und mit dem ein Abstand zwischen der Stirnseite des Schiebers und dem Rollkolben veränderbar ist. Das Distanzmittel erlaubt, die eigentliche Hubbewegung des Schiebers durch die Drehbewegung des Rollkolbens durchzuführen. Hierfür ist das Distanzmittel vorzugsweise am Schieber festgelegt und hat eine Laufseite zur Kontaktierung des Rollkolbens. Der Schieber selbst ist dann bevorzugt in Richtung des Rollkolbens kraftbelastet, insbesondere mittels einer Feder. Durch Ausfahren des Distanzmittels ist dann der Abstand zwischen der Stirnseite des Schiebers und dem Rollkolben sehr gut und sicher definierbar. Eine solche Ausbildung ist auch besonders einfach realisierbar, günstig und zuverlässig. Das Betätigungsmittel kann dabei außerhalb des Hohlraums positioniert sein, und das Distanzmittel bspw. mittels einer durch den Schieber verlaufenden Schubstange zu betätigen. In einer weiteren Variante der Erfindung ist das Betätigungsmittel mit einem im Schieber angeordneten Ventil kinematisch gekoppelt, wobei die Querschnittsfläche mit dem Ventil veränderbar ist. Bei solch einer Ausbildung wird auf einfache Weise ein Überlauf zwischen dem ersten Teilraum und dem zweiten Teilraum geschaffen. Denkbar ist bspw. ein Schieberventil im Schieber. Die Schnittstelle zwischen Schieber und Rollkolben kann durch eine solche Ventillösung vor Schäden durch Kontaktierungsbewegungen geschützt werden. Außerdem ist hierdurch ein Überlauf auch mit sehr geringer Querschnittsfläche realisierbar, was aufgrund eines Abrisses eines Ölfilms zwischen dem Rollkolben und einem sich abhebenden Schieber nicht immer sicherstellbar ist. Daher eignet sich solch ein erfindungsgemäßes Ventil nicht nur als alternative Lösung, sondern auch hervorragend in Kombination mit einem sich abhebenden Schieber, wobei die Verbindung dann vom Ventil und dem Spalt zwischen Schieber und Rollkolben ausgebildet wird. Vorzugsweise ist das Betätigungsmittel ein elektrischer Stellmotor. Ein solcher kann kostengünstig ausgebildet und geregelt werden. Zudem erlaubt er schnelle Stellzeiten: Weiterhin kann rückwärts durch Analyse einer am Stellmotor vorliegenden Spannung auf die Drehstellung und Drehgeschwindigkeit des Rollkolbens geschlossen werden, wenn der Schieber und der Rollkolben kinematisch gekoppelt sind. Eine Synchronisation zwischen der Drehbewegung des Rollkolbens und der Hubbewegung des Schiebers ist so durchführbar. According to a further embodiment of the invention, the distance between the end face of the slide and the rolling piston by means of the actuating means is electronically controlled. By an electronic control, the compaction performance can be automated and precisely regulated. In particular, when the compression is determined by means of a pressure sensor, also influences, such as caused by the nature of an oil in the cavity and changes in fit by wear, can be corrected. By means of an electronic control also very rapid changes in the cross-sectional area of the compound are vornehmbar. The power modulation is thus very flexible. According to a development of the invention, the actuating means is kinematically coupled to an adjustable spacer means, which can be positioned between the slide and the rolling piston, and with which a distance between the end face of the slide and the rolling piston can be changed. The spacer allows to perform the actual lifting movement of the slider by the rotational movement of the rolling piston. For this purpose, the spacer is preferably fixed to the slide and has a running side for contacting the rolling piston. The slider itself is then preferably force-loaded in the direction of the rolling piston, in particular by means of a spring. By extending the spacer then the distance between the end face of the slide and the rolling piston is very well defined and safe. Such training is also particularly easy to implement, cheap and reliable. The actuating means may be positioned outside the cavity, and to actuate the spacer means, for example. By means of a sliding rod extending through the slide. In a further variant of the invention, the actuating means is kinematically coupled to a valve arranged in the slide, wherein the cross-sectional area is variable with the valve. With such a design, an overflow between the first subspace and the second subspace is easily created. It is conceivable, for example, a slide valve in the slide. The interface between slide and rolling piston can be protected by such a valve solution from damage by contacting movements. In addition, an overflow even with very small cross-sectional area is thereby realized, which is not always ensured due to a tear of an oil film between the rolling piston and a lift-off slide. Therefore, such a valve according to the invention is not only suitable as an alternative solution, but also in combination with a lift-off slider, wherein the connection is then formed by the valve and the gap between the slide and rolling piston. Preferably, the actuating means is an electric servomotor. Such can be designed and controlled inexpensively. In addition, it allows fast positioning times: Furthermore, it can be closed in reverse by analyzing a voltage present at the actuator to the rotational position and rotational speed of the rolling piston, when the slide and the rolling piston are kinematically coupled. A synchronization between the rotational movement of the rolling piston and the lifting movement of the slider is so feasible.
Eine nähere Ausgestaltung der Erfindung sieht einen Elektromagneten als Betätigungsmittel vor. Elektromagneten ermöglichen sehr schnelle Stellzeiten ohne mechanische Übersetzung. Außerdem kann die Schieberöffnung im Verdichtergehäuse gekapselt ausgebildet werden, so dass kein Fluid entweicht, keine teuren Dichtmittel zur Abdichtung des Schiebers zum Verdichtergehäuse notwendig sind, der Schieber mit geringer Reibung bewegbar ist und eine hohe Effizienz der Verdichtung erreicht wird. Ferner ist der Schieber gemäß einer Fortbildung federnd gelagert. Durch eine federnde Lagerung ist eine Synchronisation zwischen Rollkolben und Schieber besonders einfach realisierbar, bzw. aufgrund einer kinematischen Kopplung überhaupt nicht notwendig. Schäden durch Fehlstellungen zwischen Schieber und Rollkolben werden vermieden. Außerdem ist eine aktive Betätigung mittels des Betätigungsmittels in nur einer Richtung ausreichend. Die Feder wirkt dem Betätigungsmittel als Rückstellfeder entgegen. Insbesondere sollte der Schieber hierbei in Richtung des Rollkolbens federnd kraftbeaufschlagt sein. Somit besteht ein definierter Anpressdruck in Richtung des Rollkolbens, wobei der Schieber mit seiner Stirnseite oder einem Distanzmittel auf dem Rollkolben aufliegen kann. A further embodiment of the invention provides an electromagnet as actuating means. Electromagnets allow very fast positioning times without mechanical translation. In addition, the slide opening can be formed enclosed in the compressor housing, so that no fluid escapes, no expensive sealing means for sealing the slide to the compressor housing are necessary, the slider is movable with low friction and high efficiency of the compression is achieved. Furthermore, the slider is resiliently mounted according to a training. By a resilient mounting a synchronization between the rolling piston and slide is particularly easy to implement, or not necessary due to a kinematic coupling. Damage caused by misalignments between slide and rolling piston can be avoided. In addition, an active actuation by means of the actuating means in only one direction is sufficient. The spring counteracts the actuating means as a return spring. In particular, the slider should be resiliently acted upon here in the direction of the rolling piston. Thus, there is a defined contact pressure in the direction of Rolling piston, wherein the slide can rest with its front side or a spacer on the rolling piston.
Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betrieb eines Rollkolbenverdichters umfassend einen Rollkolben mit einem um eine Achse kreisförmigen Querschnitt mit einem ersten Radius, und ein Verdichtergehäuse mit einem Hohlraum, der einen um eine Mittelachse kreisförmigen Querschnitt mit einem zweiten Radius aufweist, wobei der zweite Radius größer ist als der erste Radius, wobei der Rollkolben um die Mittelachse des Hohlraums rotierbar oder orbitierbar gelagert ist, wobei die Achse des Rollkolbens parallel und um einen Abstand exzentrisch zur Mittelachse des Hohlraums verläuft, und umfassend einen längs zur Mittelachse ausgerichteten Schieber mit einer Vorderseite, einer Rückseite und einer Stirnseite, der in radialer Richtung in den Hohlraum verschiebbar in einer Schieberöffnung des Verdichtergehäuses angeordnet ist, wobei der Hohlraum mit dem Schieber und dem Rollkolben in einen ersten Teilraum und einen zweiten Teilraum unterteilbar ist, bei dem der Rollkolben um die Mittelachse des Hohlraums rotiert oder orbitiert wird, und bei dem eine Förderleistung bzw. Fördermenge des Rollkolbenverdichters durch Verändern der Querschnittsfläche der im Hubbereich des Schiebers angeordneten Verbindung zwischen dem ersten Teilraum und dem zweiten Teilraum mittels Betätigen des Betätigungsmittels verändert wird. Furthermore, the invention relates to a method of operating a rotary piston compressor comprising a rolling piston having a circular cross-section with a first radius around an axis, and a compressor housing having a cavity having a circular cross-section with a second radius about a central axis, the second radius being larger is as the first radius, wherein the rolling piston is rotatable or orbitally mounted about the central axis of the cavity, wherein the axis of the rolling piston parallel and spaced by a distance eccentric to the central axis of the cavity, and comprising a longitudinally aligned to the central axis slide with a front, a Rear side and a front side, which is arranged in the radial direction in the cavity displaceable in a slide opening of the compressor housing, wherein the cavity with the slide and the rolling piston in a first subspace and a second subspace is divisible, wherein the rolling piston to di e central axis of the cavity is rotated or orbitiert, and wherein a flow rate or flow rate of the rotary compressor is changed by changing the cross-sectional area of the arranged in the stroke range of the slide connection between the first subspace and the second subspace by actuating the actuating means.
Durch Freigeben oder Verändern der Verbindung im Hubbereich des Schiebers, ist es nunmehr möglich, dass die Förderleistung bzw. Fördermenge des Rollkolbenverdichters verändert wird. Wahlweise kann eine Verbindung mit einer definierten Querschnittsfläche eingesetzt werden, um einen kontinuierlichen, begrenzten Überstrom zu schaffen. Alternativ oder ergänzend kann die Verbindung nur in einem definierten Drehwinkel des Rollkolbens freigegeben werden, sodass in diesem Drehwinkel keine Verdichtung erfolgt. Somit wird auf einfache Weise eine Modulation der Förderleistung des Verdichters möglich. Zusätzlich kann die Verbindung im Drehwinkel des Rollkolbens zwischen der Ansaug- und Austrittsöffnung freigegeben werden, um die Effizienz zu steigern. In diesem Drehwinkel stehen die Ansaug- und Austrittsöffnung ohnehin über den Hohlraum in unmittelbarer Verbindung. Eine Kompression und Expansion des Fluids innerhalb der in diesem Drehwinkel ausgebildeten Druck- und Saugbereiche verbraucht daher nur unnötig Energie, welche durch ein Freigeben der Verbindung eingespart werden kann. In einer erfindungsgemäßen Erweiterung der Erfindung erfolgt ein Synchronisieren der Bewegung des Schiebers mit der Drehbewegung des Rollkolbens durch Bestimmen einer maximalen Auslenkung des Schiebers bei Vorliegen eines Kontakts zwischen dem Schieber und dem Rollkolben. Die Drehstellung bei der maximalen Auslenkung ist ausreichend, um die exakte Drehposition hinreichend genau zu bestimmen. Durch die Synchronisation kann das Maß an Überlauf zwischen dem ersten und zweiten Teilraum genau eingestellt werden, auch wenn Rollkolben und Schieber unterschiedliche Betätigungsmittel aufweisen, insbesondere wenn die Bewegungen des Schiebers und des Rollkolbens nicht kinematisch/mechanisch gekoppelt sind. By releasing or changing the connection in the stroke range of the slide, it is now possible that the flow rate or flow rate of the rotary compressor is changed. Optionally, a compound having a defined cross-sectional area may be employed to provide a continuous, limited overcurrent. Alternatively or additionally, the connection can be released only in a defined rotation angle of the rolling piston, so that no compression takes place in this rotation angle. Thus, a modulation of the capacity of the compressor is possible in a simple manner. In addition, the connection can be released in the rotation angle of the rolling piston between the intake and outlet ports, in order to increase the efficiency. In this rotation angle, the intake and outlet openings are already in direct communication via the cavity. Compression and expansion of the fluid within the pressure and suction regions formed in this rotation angle therefore consumes only unnecessarily energy, which can be saved by releasing the connection. In an extension of the invention, the movement of the slider is synchronized with the rotational movement of the rolling piston by determining a maximum deflection of the slider in the presence of a contact between the Slider and the rolling piston. The rotational position at the maximum deflection is sufficient to determine the exact rotational position with sufficient accuracy. By synchronizing the amount of overflow between the first and second subspace can be accurately adjusted, even if rolling piston and slide have different actuating means, especially when the movements of the slide and the rolling piston are not kinematically / mechanically coupled.
Alternativ oder ergänzend sieht eine Fortbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens ein Synchronisieren der Bewegung des Schiebers mit der Drehbewegung des Rollkolbens durch Analysieren einer am Betätigungsmittel anliegenden elektrischen Spannung bei Vorliegen eines Kontakts zwischen dem Schieber und dem Rollkolben vor. Sofern ein Kontakt zwischen Schieber und Rollkolben vorliegt, kann durch die kinematisch hervorgerufene Verschiebung des Schiebers und hierdurch induzierte Spannung am Betätigungsmittel auf die Drehstellung des Rollkolbens geschlossen werden. Wird das Betätigungsmittel anschließend derart betätigt, dass der Kontakt zwischen Schieber und Rollkolben nicht mehr besteht, liegt der Elektronik ein möglichst aktueller Wert der Drehstellung des Rollkolbens vor, der bei der nächsten Kontaktierung erneut aktualisierbar ist. Die Zeichnungen stellen Ausführungsbeispiele der Erfindung dar und zeigen in Alternatively or additionally, a further development of the method according to the invention provides for synchronizing the movement of the slide with the rotational movement of the rolling piston by analyzing an electrical voltage applied to the actuating means in the presence of a contact between the slide and the rolling piston. If there is contact between slide and rolling piston, can be closed by the kinematically induced displacement of the slider and thus induced voltage on the actuating means to the rotational position of the rolling piston. If the actuating means is subsequently actuated in such a way that the contact between slide and rolling piston no longer exists, the electronics have the most current possible value of the rotational position of the rolling piston, which can be updated again at the next contacting. The drawings illustrate embodiments of the invention and show in FIG
Fig. 1 einen Rollkolbenverdichter mit einem von einem Betätigungsmittel verschiebbaren Schieber sowie einem Ventil im Schieber; und Fig. 2 einen Rollkolbenverdichter mit einem Betätigungsmittel und einem Distanzmittel. Figure 1 shows a rotary compressor with a displaceable by an actuator slide and a valve in the slide. and FIG. 2 shows a rotary piston compressor with an actuating means and a spacer means.
Die Fig. 1 und 2 zeigen jeweils einen Rollkolbenverdichter 1 mit einem Verdichtergehäuse 20, einem Rollkolben 10 und einem Schieber 30. Das Verdichtergehäuse 20 weist einen Hohlraum 21 auf, der einen um eine Mittelachse M kreisförmigen Querschnitt mit einem zweiten Radius R2 hat. Der Rollkolben 10 ist in dem Hohlraum 21 angeordnet und hat einen um eine Achse A kreisförmigen Querschnitt mit einem ersten Radius Rl, wobei der erste Radius Rl kleiner ist als der zweite Radius R2. Die Achse A des Rollkolbens 10 ist zudem parallel und um einen Abstand al exzentrisch zur Mittelachse M des Hohlraums 21 positioniert. Wie man erkennt, beträgt der Abstand al, d.h. die Exzentrizität, zwischen der Achse A des Rollkolbens 10 und der Mittelachse M des Hohlraums 21 im Wesentlichen dem zweiten Radius R2 abzüglich des ersten Radius Rl. Der Rollkolben 10 ist um die Mittelachse M des Hohlraums 21 rotierbar und/oder orbitierbar gelagert. Bei einer orbitierenden Lagerung ist die Rotation des Rollkolbens 10 um die Mittelachse M des Hohlraums 21 von der Eigenrotation des Rollkolbens 10 um seine eigene Achse A entkoppelt. Die Lagerung verkompliziert sich hierdurch geringfügig, dafür kann jedoch die Reibung zwischen dem Rollkolben 10, dem Verdichtergehäuse 20 und dem Schieber 30 reduziert werden. 1 and 2 each show a rotary compressor 1 with a compressor housing 20, a rolling piston 10 and a slide 30. The compressor housing 20 has a cavity 21 which has a circular cross-section about a central axis M with a second radius R2. The rolling piston 10 is arranged in the cavity 21 and has a circular cross section about an axis A with a first radius Rl, wherein the first radius Rl is smaller than the second radius R2. The axis A of the rolling piston 10 is also positioned parallel and at a distance al eccentric to the central axis M of the cavity 21. As can be seen, the distance a1, ie the eccentricity, between the axis A of the rolling piston 10 and the center axis M of the cavity 21 is substantially equal to the second radius R2 less the first radius R1. The rolling piston 10 is rotatable about the central axis M of the cavity 21 and / or stored orbital. In an orbiting bearing, the rotation of the rolling piston 10 about the center axis M of the cavity 21 is decoupled from the self-rotation of the rolling piston 10 about its own axis A. The storage thereby complicates slightly, but the friction between the rolling piston 10, the compressor housing 20 and the slider 30 can be reduced.
Genannter Schieber 30 hat eine Vorderseite 31, eine Rückseite 32 und eine Stirnseite 33. Außerdem ist er längs, bzw. in Längsrichtung zur Mittelachse M ausgerichtet, sowie in radialer Richtung in den Hohlraum 21 verschiebbar in einer Schieberöffnung 22 des Verdichtergehäuses 10 angeordnet. Hierdurch kann der Hohlraum 21 mit dem Schieber 30 und dem Rollkolben 10 in einen ersten Teilraum VI und einen zweiten Teilraum V2 unterteilt werden. Durch Rotation des Rollkolbens 10 in der gezeigten Drehrichtung bildet der erste Teilraum VI nunmehr eine Saugseite 35 und der zweite Teilraum V2 eine Druckseite 34. Said slider 30 has a front side 31, a rear side 32 and an end face 33. In addition, it is longitudinal, or aligned longitudinally to the central axis M, and arranged in the radial direction in the cavity 21 slidably in a slide opening 22 of the compressor housing 10. As a result, the cavity 21 with the slider 30 and the rotary piston 10 can be divided into a first partial space VI and a second partial space V2. By rotation of the rolling piston 10 in the direction of rotation shown, the first subspace VI now forms a suction side 35 and the second subspace V2 forms a pressure side 34.
Benachbart zur Schieberöffnung 22 führen eine Ansaugöffnung 23 und eine Auslassöffnung 24 durch das Verdichtergehäuse 20 und münden in den Hohlraum 21. Die Ansaugöffnung 23 liegt benachbart neben der Schieberöffnung 22 auf der rückseitigen 32 Saugseite 35 des Schiebers 30. Dahingegen mündet die Auslassöffnung 24 benachbart zur Schieberöffnung 22 auf der vorderseitigen 31 Druckseite 34 des Schiebers 30. In dieser Auslassöffnung 24 ist ein Rückschlagventil 25 vorgesehen. Adjacent to the slide opening 22 lead a suction port 23 and an outlet opening 24 through the compressor housing 20 and open into the cavity 21. The suction port 23 is adjacent to the slide opening 22 on the rear 32 suction side 35 of the slider 30. Dahingegen the outlet opening 24 opens adjacent to the slide opening 22 on the front side 31 pressure side 34 of the slider 30. In this outlet opening 24, a check valve 25 is provided.
Gemein ist den Fig. 1 und 2 zudem, dass jeweils ein Betätigungsmittel 40 vorgesehen ist, mit dem eine Querschnittsfläche F einer im Hubbereich des Schiebers 30 angeordneten Verbindung 50 zwischen dem ersten Teilraum VI und dem zweiten Teilraum V2 veränderbar ist. 1 and 2 also mean that in each case an actuating means 40 is provided, with which a cross-sectional area F of a arranged in the stroke region of the slider 30 connection 50 between the first subspace VI and the second subspace V2 is variable.
Gemäß Fig. 1 ist das Betätigungsmittel 40 kinematisch mit dem Schieber 30 gekoppelt, wobei die Querschnittsfläche F durch Veränderung eines Abstands a2 zwischen der Stirnseite 33 des Schiebers 30 und dem Rollkolben 10 vorgebbar ist. Bei dem Betätigungsmittel 40 handelt es sich insbesondere um einen elektrischen Stellmotor 41, der als Elektromagnet 42 ausgebildet ist. Der Abstand a2 wird insbesondere durch Abheben des Schiebers 30 von dem Rollkolben 10 bewirkt. Folglich wird der Schieber 30 hier nicht mehr über seine Stirnseite 33 mit dem Rollkolben 10 mitbewegt. Vielmehr erfolgt die Bewegung des Schiebers 30 ausschließlich durch das Betätigungsmittel 40, insbesondere ohne mechanische Kopplung zwischen Schieber 30 und Rollkolben 10. Zusätzlich ist das Betätigungsmittel 40 über eine Schubstange 71 mit einem im Schieber 30 angeordneten Ventil 70 kinematisch gekoppelt, wodurch die Querschnittsfläche F auch mit dem Ventil 70 veränderbar ist. Während der Spalt zwischen Schieber 30 und Rollkolben 10 über die gesamte axiale Länge vorliegt, kann das Ventil 70 kürzer sowie mit einer sehr viel kleineren und feiner dosierbaren Querschnittsfläche ausgelegt sein. Der Abstand a2 zwischen der Stirnseite 33 des Schiebers 30 und dem Rollkolben 10 liegt zwischen null und einem Maximalabstand, wobei der Maximalabstand wenigstens dem zweiten Radius R2 abzüglich des ersten Radius Rl entspricht. According to FIG. 1, the actuating means 40 is kinematically coupled to the slide 30, wherein the cross-sectional area F can be predetermined by changing a distance a2 between the end face 33 of the slide 30 and the rolling piston 10. The actuating means 40 is in particular an electric servomotor 41, which is designed as an electromagnet 42. The distance a2 is effected in particular by lifting the slide 30 from the rolling piston 10. Consequently, the slider 30 is no longer moved over its end face 33 with the rolling piston 10 here. Rather, the movement of the slide 30 takes place exclusively by the actuating means 40, in particular without mechanical coupling between slide 30 and rolling piston 10. In addition, the actuating means 40 is kinematically coupled via a push rod 71 with a valve 70 arranged in the slide 30, whereby the cross-sectional area F is also variable with the valve 70. While the gap between the slide 30 and the rotary piston 10 is present over the entire axial length, the valve 70 can be designed shorter and with a much smaller and more finely metered cross-sectional area. The distance a2 between the end face 33 of the slider 30 and the rolling piston 10 is between zero and a maximum distance, wherein the maximum distance corresponds to at least the second radius R2 minus the first radius Rl.
In Fig. 2 ist abweichend hierzu zunächst eine federnde Lagerung des Schiebers 30 mittels einer Feder 80 vorgesehen. Diese beaufschlagt den Schieber 30 in Richtung des Rollkolbens 10 mit einer Kraft. Bei Rotation/Orbitation des Rollkolbens 10 wird der Schieber 30 stets bis auf Anschlag in den Hohlraum 21 hineinbewegt. Zur Herstellung und Veränderung eines Abstandes a2 zwischen der Stirnseite 33 des Schiebers 30 und dem Rollkolben 10 ist das Betätigungsmittel 40 über eine Schubstange 61 mit einem verstellbaren Distanzmittel 60 kinematisch gekoppelt. Das Distanzmittel 60 ist zwischen dem Schieber 30 und dem Rollkolben 10 positionierbar. Insbesondere ist es im Schieber 30 gelagert und kann aus diesem herausgeschoben werden. Die axiale Erstreckung des Distanzmittels 60 ist dabei kleiner als die des Schiebers 30. In contrast to this, initially a resilient mounting of the slide 30 by means of a spring 80 is provided in FIG. This acts on the slide 30 in the direction of the rolling piston 10 with a force. During rotation / orbitation of the rolling piston 10, the slider 30 is always moved into abutment in the cavity 21. For producing and changing a distance a2 between the end face 33 of the slider 30 and the rolling piston 10, the actuating means 40 is kinematically coupled via a push rod 61 with an adjustable spacer means 60. The spacer 60 is positionable between the slider 30 and the rolling piston 10. In particular, it is mounted in the slide 30 and can be pushed out of this. The axial extent of the spacer means 60 is smaller than that of the slider 30th
Die Erfindung ist nicht auf eine dieser Ausführungsformen beschränkt, sondern in vielfältiger Weise abwandelbar. So kann unter anderem auch ein Distanzmittel 60 mit einem Ventil 70 kombiniert oder aber auf beide verzichtet werden. The invention is not limited to one of these embodiments, but can be modified in many ways. Thus, inter alia, a spacer 60 can be combined with a valve 70 or both can be dispensed with.
Sowohl mit einem Rollkolbenverdichter 1 nach den Fig. 1 und 2 als auch mit Kombinationen und Abwandlungen hieraus kann ein Verfahren durchgeführt werden, bei dem der Rollkolben 10 um die Mittelachse M des Hohlraums 21 rotiert oder orbitiert wird, und bei dem die Förderleistung des Rollkolbenverdichters 1 durch Verändern der Querschnittsfläche F der im Hubbereich des Schiebers 30 angeordneten Verbindung 50 zwischen dem ersten Teilraum VI und dem zweiten Teilraum V2 mittels Betätigen des Betätigungsmittels 40 verändert wird. Both with a rotary compressor 1 according to FIGS. 1 and 2 and with combinations and modifications thereof, a method can be carried out in which the rolling piston 10 is rotated or orbitiert about the central axis M of the cavity 21, and in which the capacity of the rotary compressor by changing the cross-sectional area F of the arranged in the stroke range of the slider 30 connection 50 between the first compartment VI and the second compartment V2 by means of actuating the actuating means 40 is changed.
Insbesondere bei Ausführungsvarianten, bei denen der Schieber 30 in von dem Rollkolben 10 abgehobener Stellung keine mechanische bzw. kinematische Verbindung zum Rollkolben 10 besteht, ist eine Verfahrensergänzung sinnvoll, bei der die Bewegung des Schiebers 30 mit der Drehbewegung des Rollkolbens 10 durch Bestimmen einer maximalen Auslenkung des Schiebers 30 bei Vorliegen eines Kontakts zwischen dem Schieber 30 und dem Rollkolben 10 synchronisiert wird. Diese Synchronisation kann durch Analysieren einer am Betätigungsmittel 40 anliegenden elektrischen Spannung bei Vorliegen eines Kontakts zwischen dem Schieber 30 und dem Rollkolben 10 durchgeführt werden, da durch die Schieberbewegung eine Induktion im Betätigungsmittel 40 bewirkt wird. In particular, in embodiments in which the slide 30 in lifted position of the rolling piston 10 position no mechanical or kinematic connection to the rolling piston 10, a process supplement makes sense in which the movement of the slider 30 with the rotational movement of the rolling piston 10 by determining a maximum displacement of the slider 30 is synchronized in the presence of a contact between the slider 30 and the rolling piston 10. This synchronization can be performed by analyzing an electrical voltage applied to the actuating means 40 in the presence of contact between the slider 30 and the rolling piston 10, as induced by the slider movement induction in the actuating means 40.

Claims

PATENTANSPRÜCHE
1. Rollkolbenverdichter (1) umfassend 1. Rotary piston compressor (1) comprising
a) einen Rollkolben (10) mit einem um eine Achse (A) kreisförmigen Querschnitt mit einem ersten Radius (Rl), und  a) a rolling piston (10) having a about an axis (A) circular cross section with a first radius (Rl), and
b) ein Verdichtergehäuse (20) mit einem Hohlraum (21), der einen um eine Mittelachse (M) kreisförmigen Querschnitt mit einem zweiten Radius (R2) aufweist,  b) a compressor housing (20) having a cavity (21) having a circular cross section with a second radius (R2) about a central axis (M),
• wobei der zweite Radius (R2) größer ist als der erste Radius (Rl),  Wherein the second radius (R2) is greater than the first radius (R1),
• wobei die Achse (A) des Rollkolbens (10) parallel und um einen Abstand (al) exzentrisch zur Mittelachse (M) des Hohlraums (21) verläuft,  Wherein the axis (A) of the rolling piston (10) extends parallel and at a distance (al) eccentric to the central axis (M) of the cavity (21),
• wobei der Rollkolben (10) um die Mittelachse (M) des Hohlraums (21) rotierbar und/oder orbitierbar gelagert ist,  Wherein the rolling piston (10) is rotatable and / or orbitable about the central axis (M) of the cavity (21),
• und umfassend  • and comprehensive
c) einen längs zur Mittelachse (M) ausgerichteten Schieber (30) mit einer Vorderseite (31), einer Rückseite (32) und einer Stirnseite (33), der in radialer Richtung in den Hohlraum (21) verschiebbar in einer Schieberöffnung (22) des Verdichtergehäuses (10) angeordnet ist, wobei der Hohlraum (21) mit dem Schieber (30) und dem Rollkolben (10) in einen ersten Teilraum (VI) und einen zweiten Teilraum (V2) unterteilbar ist,  c) a slide (30) aligned longitudinally with respect to the central axis (M) and having a front side (31), a rear side (32) and an end face (33) displaceable in the radial direction into the cavity (21) in a slide opening (22) the compressor housing (10) is arranged, wherein the cavity (21) with the slide (30) and the rolling piston (10) into a first subspace (VI) and a second subspace (V2) is subdivided,
dadurch gekennzeichnet, dass  characterized in that
ein Betätigungsmittel (40) vorgesehen ist, mit dem eine Querschnittsfläche (F) einer im Hubbereich des Schiebers (30) angeordneten Verbindung (50) zwischen dem ersten Teilraum (VI) und dem zweiten Teilraum (V2) veränderbar ist.  an actuation means (40) is provided with which a cross-sectional area (F) of a connection (50) arranged in the stroke region of the slide (30) can be changed between the first subspace (VI) and the second subspace (V2).
2. Rollkolbenverdichter (1) nach Anspruch 1, 2. Rotary piston compressor (1) according to claim 1,
dadurch gekennzeichnet, dass das Betätigungsmittel (40) kinematisch mit dem Schieber (30) gekoppelt ist, wobei die Querschnittsfläche (F) durch Veränderung eines Abstands (a2) zwischen der Stirnseite (33) des Schiebers (30) und dem Rollkolben (10) vorgebbar ist.  characterized in that the actuating means (40) is kinematically coupled to the slide (30), wherein the cross-sectional area (F) by changing a distance (a2) between the end face (33) of the slide (30) and the rolling piston (10) predetermined is.
3. Rollkolbenverdichter (1) nach Anspruch 2, 3. Rotary piston compressor (1) according to claim 2,
dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand (a2) zwischen der Stirnseite (33) des Schiebers (30) und dem Rollkolben (10) zwischen null und einem Maximalabstand liegt, wobei der Maximalabstand dem zweiten Radius (R2) abzüglich des ersten Radius (Rl) entspricht. characterized in that the distance (a2) between the end face (33) of the slide (30) and the rolling piston (10) is between zero and a maximum distance, the maximum distance corresponding to the second radius (R2) minus the first radius (Rl) ,
4. Rollkolbenverdichter (1) nach einem der Ansprüche 2 oder 3, 4. Rotary piston compressor (1) according to one of claims 2 or 3,
dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand (a2) zwischen der Stirnseite (33) des Schiebers (30) und dem Rollkolben (10) mittels des Betätigungsmittels (40) elektronisch geregelt ist.  characterized in that the distance (a2) between the end face (33) of the slide (30) and the rolling piston (10) by means of the actuating means (40) is electronically controlled.
5. Rollkolbenverdichter (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, 5. Rotary piston compressor (1) according to one of the preceding claims,
dadurch gekennzeichnet, dass das Betätigungsmittel (40) mit einem verstellbaren Distanzmittel (60) kinematisch gekoppelt ist, welches zwischen dem Schieber (30) und dem Rollkolben (10) positionierbar ist, und mit dem ein Abstand (a2) zwischen der Stirnseite (33) des Schiebers (30) und dem Rollkolben (10) veränderbar ist.  characterized in that the actuating means (40) is kinematically coupled to an adjustable spacer means (60) which is positionable between the slide (30) and the rolling piston (10), and with which a distance (a2) between the end face (33) of the slide (30) and the rolling piston (10) is variable.
6. Rollkolbenverdichter (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, 6. Rotary piston compressor (1) according to one of the preceding claims,
dadurch gekennzeichnet, dass das Betätigungsmittel (40) mit einem im Schieber (30) angeordneten Ventil (70) kinematisch gekoppelt ist, wobei die Querschnittsfläche (F) mit dem Ventil (70) veränderbar ist.  characterized in that the actuating means (40) with a valve (70) arranged in the valve (70) is kinematically coupled, wherein the cross-sectional area (F) with the valve (70) is variable.
7. Rollkolbenverdichter (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, 7. Rotary piston compressor (1) according to one of the preceding claims,
dadurch gekennzeichnet, dass das Betätigungsmittel (40) ein elektrischer Stellmotor (41) ist.  characterized in that the actuating means (40) is an electric servomotor (41).
8. Rollkolbenverdichter (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, 8. Rotary piston compressor (1) according to one of the preceding claims,
dadurch gekennzeichnet, dass das Betätigungsmittel (40) ein Elektromagnet (42) ist.  characterized in that the actuating means (40) is an electromagnet (42).
9. Rollkolbenverdichter (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, 9. Rotary piston compressor (1) according to one of the preceding claims,
dadurch gekennzeichnet, dass der Schieber (30) federnd gelagert ist.  characterized in that the slide (30) is resiliently mounted.
10. Verfahren zum Betrieb eines Rollkolbenverdichters (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, 10. A method for operating a rotary piston compressor (1) according to one of the preceding claims,
gekennzeichnet durch folgende Schritte:  characterized by the following steps:
· Rotieren und/oder Orbitieren des Rollkolbens (10) um die Mittelachse (M) des Rotate and / or orbit the rolling piston (10) about the central axis (M) of the
Hohlraums (21); und Cavity (21); and
• Verändern einer Förderleistung des Rollkolbenverdichters (1) durch Verändern der Querschnittsfläche (F) der im Hubbereich des Schiebers (30) angeordneten Verbindung (50) zwischen dem ersten Teilraum (VI) und dem zweiten Teilraum (V2) mittels Betätigen des Betätigungsmittels (40). Changing a delivery rate of the rotary piston compressor (1) by changing the cross-sectional area (F) of the connection (50) arranged in the stroke range of the slide (30) between the first partial space (VI) and the second partial space (V2) by actuating the actuating means (40) ,
11. Verfahren nach Anspruch 10, 11. The method according to claim 10,
gekennzeichnet durch folgenden Schritt:  characterized by the following step:
• Synchronisieren der Bewegung des Schiebers (30) mit der Drehbewegung des Rollkolbens (10) durch Bestimmen einer maximalen Auslenkung des Schiebers (30) bei Vorliegen eines Kontakts zwischen dem Schieber (30) und dem Rollkolben (10).  • Synchronizing the movement of the slide (30) with the rotational movement of the rolling piston (10) by determining a maximum deflection of the slide (30) in the presence of contact between the slide (30) and the rolling piston (10).
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 oder 11, 12. The method according to any one of claims 10 or 11,
gekennzeichnet durch den folgenden Schritt:  characterized by the following step:
• Synchronisieren der Bewegung des Schiebers (30) mit der Drehbewegung des Rollkolbens (10) durch Analysieren einer am Betätigungsmittel (40) anliegenden elektrischen Spannung bei Vorliegen eines Kontakts zwischen dem Schieber (30) und dem Rollkolben (10).  • Synchronizing the movement of the slider (30) with the rotational movement of the rolling piston (10) by analyzing an electrical voltage applied to the actuating means (40) in the presence of contact between the slide (30) and the rolling piston (10).
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