DE3143328A1

DE3143328A1 - Entladungssystem fuer schraubenverdichter

Info

Publication number: DE3143328A1
Application number: DE19813143328
Authority: DE
Inventors: Joseph A. L. N. Windsor Locks Conn. Gagnon; David Norton Unionville Conn. Shaw
Original assignee: Dunham Bush Inc
Current assignee: Dunham Bush Inc
Priority date: 1981-03-10
Filing date: 1981-10-31
Publication date: 1982-09-23
Also published as: US4388048A; FR2501799B1; FR2501799A1; CA1178256A; GB2094401B; JPH0147636B2; GB2094401A; JPS57148098A; DE3143328C2

Description

Die Erfindung betrifft einen Schraubenverdichter oder Schneckenkompressor, insbesondere ein verbessertes schrittweise arbeitendes■Entladungssystem oder Entspannungssystem zur Steuerung der Kompressorkapazität und des Entladungsdruckes einer Maschine durch schrittweise Betätigung eines Schieberventils der Kapazitätssteuerung eines Schraubenverdichters.

Eine Form eines Gaskompressors mit wirksamer Verschiebung ist ein Schraubenverdichter, bei dem ein gasförmiges Arbeitsfluid innerhalb der geschlossenen Windungen von ineinandergreifenden schraubenförmigen Schneckenrotoren eingeschlossen ist, die eine Arbeitskammer mit abnehmendem Volumen bilden. Die schraubenförmigen Schneckenrotoren sind drehbar innerhalb sich schneidender Bohrungen mit koplanaren Achsen montiert, weiche den Zylinderteil

3H33-28

oder Laufbuchsentei1 eines Schraubenverdichtergehäuses bilden. Herkömmlicherweise ist zur Steuerung der Kapazität des Kompressors und zur Steuerung des .Druckverhältnisses oder des Druckes des Arbeitsf1uids bei der Kompressorentladung ein Schieberventil für den Kompressor ' vorgesehen und innerhalb einer in Längsrichtung verlaufenden Aussparung innerhalb der Laufbuchsentei1e des Gehäuses getragen, und zwar in offener Verbindung mit · den Bohrungen, wobei es teilweise über entsprechenden Seiten der ineinandergreifenden Schrauben oder Schnecken liegt. Beispielsweise ist in der US-PS 30 88 659 exemplarisch die Verwendung eines derartigen Schieberventils bei Schraubenverdichtern beschrieben.

Außerdem wird die longitudinale oder axiale Position des Schieberventils selbst normalerweise von einem hydraulischen Linearmotor gesteuert, der einen Zylinder, normalerweise als Erweiterung des Kompressorgehäuses selbst, aufweist und der verschiebbar und abdichtbar einen Kolben trägt, der an das Schieberventil mittels einer Kolbenstange angeschlossen ist, die sich zwischen ihnen erstreckt. Außerdem wird durch Modulation des Flusses des Hydraulikfluids in eine geschlossene Kammer auf einer Seite des Kolbens und/oder durch Entlastung oder Entspannung des Fluiddruckes innerhalb der Kammer auf der gegenüberliegenden Seite des Kolbens der Kolben verschoben. Der Kolben bewegt verschiebbar das Schieberventil relativ zu den ineinandergreifenden schraubenförmigen Schneckenrotoren, um auf diese Weise veränderlich die Größe einer Bypass-Öffnung zu steuern, die zwischen dem Ende des Schieberventils in der Nähe der Ansaugöffnung, die sich zu den ineinandergreifenden schraubenförmigen Rotoren öffnet, und einem festen Stopp oder Anschlag ausgebildet ist. Dabei wird ein Teil des Ansauggases, das in die von den ineinandergreifenden Nuten und Stegen der Rotoren gebildeten Arbeitskammer eintritt,

3U3328

zur Ansaug- oder Niederdruckseite der Maschine ohne Kompression zurückgeführt. Wenn das Schieberventil sich an dem Punkt befindet, wo seine Stirnfläche mit dem festen Anschlag in Kontakt steht und die Bypass-Leitung abschließt, arbeitet der Kompressor bei 100% Kapazität, d.h. voller Last. Andererseits wird durch Verschiebung des Schieberventils in vollem Ausmaß weg vom festen Anschlag und zu dem Punkt, wo keine Unterbrechung zwischen der Ansaugseite und der .Entladungsseite der ineinandergreifenden schraubenförmigen Schneckenrotoren vorhanden ist, keine Kompression des Gases vorgenommen, und der Kompressor arbeitet bei voller Entlastung.

Eine derartige Modulation bei der Kapazitätssteuerungsanordnung ist adäquat und in der Tat in hohem Maße wünschenswert für größere Schraubenverdichtersysteme und ist vorteilhaft bei der Maximierung der Wirksamkeit des Gaskompressorsystems. Bei Kompressoren kleinerer Größe, die eine weniger hochentwickelte Steuerungsan-Ordnung erfordern, ist nicht nur kein Bedarf für eine derartige Modulations-Kapazitätssteuerung, sondern die Verwendung eines derartigen Modulations-Kapazitätssteuerungssystems würde das Gesamtsystem in unzumutbarer Weise teuer machen.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, einen Schraubenverdichter mit einem verbesserten Schieberventi1-Kapazitätssteuerungssystem zu schaffen, d_£S einen Betrieb bei einer Vielzahl von ausgewählten Ladezuständen ermöglicht und das gleichzeitig einfach, in hohem Maße wirksam, relativ preisgünstig ist und das den meisten Systemanforderungen entspricht, die bei Schraubenverdichtern kleiner Größe auftreten.

Die Erfindung betrifft daher ein· mit schrittweisem Betrieb arbeitendes Schieberventi1-Entladungssystem oder

3H3328

Entspannungssystem für eine wirksame Verschiebung eines Schraubenverdichters oder Schneckenkompressors. Ein Kompressorgehäuse ist mit einem Laufbuchsenbereich oder Zylinderbereich versehen, der von sich schneidenden oder kreuzenden Bohrungen mit koplanaren Achsen gebildet wird, die sich zwischen axial im Abstand angeordneten Stirnwänden.befinden und eine Niederdruck-Ansaugöffnung und eine Hochdruck-Entladungsöffnung in Verbindung mit den Bohrungen an gegenüberliegenden Enden des Zylinderteiles aufweisen. Schnecken- oder Schraubenrotoren mit Nuten und Stegen sind drehbar innerhalb der jeweiligen Bohrungen montiert, wobei die Stege und Nuten der jeweiligen Rotoren ineinandergreifen. Eine axial verlaufende Aussparung ist innerhalb des Zylinderteiles des Gehäuses in offener Verbindung mit den Bohrungen vorgesehen.

Ein Schieberventil ist in Längsrichtung verschiebbar in der Aussparung angeordnet, wobei die Innenfläche des Schieberventils komplementär zur Hülle des Teiles der Bohrungen des Gehäuseaufbaus ist, der der Öffnung der Aussparung gegenübersteht, welche mit dem Bohrungsteil des Gehäuses in Verbindung steht. Das Schieberventil ist in abdichtender Anordnung mit den gegenüberstehenden Rotoren angeordnet. Zumindest ein Teil der Entladungsöffnung befindet sich innerhalb des Zylinderteiles des Gehäuses, wobei das Schieberventil zwischen Extrempositionen bewegbar ist, wobei das Ende des Schieberventils in der Nähe der Ansaugöffnung in veränderlicher Weise eine Bypass-Leitung in offener Verbindung mit der An-Säugöffnung abschließt und so arbeitet, daß es unkomprimiertes gasförmiges Arbeitsflui.d umleitet. Das Schieberventil hat normalerweise ausreichende Länge, um die gesamte verbleibende Länge des gegenüberstehenden Teiles der Rohranordnung über den Bewegungsbereich des Schieberventils zwischen seinen extremen Positionen abzudecken.

3U3328

-ΙΟΙ Ein linearer Antriebsmotor für das Schieberventil weist einen Zylinder, einen Hauptantriebskolben, der abdichtend und verschiebbar innerhalb des Zylinders untergebracht ist, sowie eine Kolbenstange auf, die den Kolben mit dem Schieberventil verbindet. Der Kolben bildet mit dem Zylinder eine innere Kammer auf der Seite·des Kolbens in der Nähe des Schieberventils sowieeine äußere Kammer auf der gegenüberliegenden Seite. Ferner ist eine Einrichtung vorgesehen, um den Hydraulikfluiddruck für mindestens eine der Kammern zuzuführen bzw. abzulassen, um das Schieberventil zwischen den Extremstellungen zu verschieben.

Gemäß der Erfindung ist vorgesehen, daß ein schrittweise arbeitender Kolben vorgesehen, ist, der vom Linearmotor getragen und zwischen zurückgezogenen und vorgeschobenen Positionen gegenüber einer der Kammern verschiebbar ist, um die. KoIbenbewegung zwischen den Extremstellungen des Schieberventils zu begrenzen, um auf diese Weise mit dem Hauptantriebskolben des Linearmotors drei unterschiedliche Kapazitätssteuerungs-Schrittpositionen für das Schieberventil zu definieren.

Die innere Kammer kann sich direkt zur Kompressor-Auslaßöffnung öffnen, so daß bei nicht vorhandener Fluiddruckbeaufschlagung der äußeren Kammer der Kolben in seine extreme Entladungsposition verschoben wird, die durch das Ende des Zylinders definiert ist, der die äußere Kammer bildet. Der Zylinder ist vorzugsweise mit einem zylindrischen Gehäuseerweiterungsteil an seinem äußeren Ende versehen, wobei das Gehäuseerweiterungsteil einen Schrittzylinder bildet. Ein Schrittkolben ist abdichtend innerhalb der Schrittzylinderbohrung montiert und hat ein von seiner Innenfläche vorstehendes Teil, das in die äußere Kammer des Hauptantriebs-Linearmotors vorschiebbar ist und eine solche Länge besitzt, daß dann,

3U3328" - li -

wenn der Schrittkolben sich in seiner extremen inneren Stellung gegenüber dem Schieberventil befindet, der Vorsprung sich vollständig in die äußere Kammer des Hauptantriebs-Linearmotors erstreckt, um einen wirksamen Anschlag für den Kolben des linearen Antriebsmotors zu bilden, und z.war in einem gewissen Abstand vom äußeren Ende des Zylinders des linearen Antriebsmotors.

Das System weist ferner eine Einrichtung auf, um selektiv Hydraul.! kfl uiddruck der äußeren Kammer des Schrittzylindes zuzuführen, um das Vorsprungsteil des Kolbens aus der zurückgezogenen Stellung in die vorgeschobene Stellung innerhalb der äußeren Kammer des Zylinders des linearen Hauptantriebs und/oder die äußere Kammer des linearen Antriebsmotors zu bringen.

Die Einrichtung, um Hydraulikfluiddruck den äußeren Kammern des linearen Hauptantriebsmo.tors und des Schrittzylindes zuzuführen bzw. von diesem abzulassen, kann eine Hydraulikdruckquelle und eine Leitungsanordnung aufweisen, welche die Hydraulikdruckquelle mit der äußeren Kammer sowohl des Hauptantriebszylinders als auch des Schrittzylinders verbindet und zur Rückführung von Hydraulikfluid aus den äußeren Kammern zu einem Sammelbehälter des Systems dient.

Selektiv betätigbare Ventile, die in der Leitungsanordnung vorgesehen sind, verbinden jede der äußeren Kammern selektiv mit der Hydraulikdruckquelle oder dem Sammelbehälter, um in Abhängigkeit von den Gegebenheiten dafür zu sorgen, daß der Hauptantriebskolben das Schieberventil gegen den festen Anschlag und in den maximalen Ladezustand für den Kompressor treibt, oder daß der Schrittzylinderkolben in die vorgeschriebene Position getrieben wird, um eine Kompres.sorentl adung zu verhindern, wobei der Hauptantriebskolben zum Ende der äußeren

Kammer des Hauptantriebsmotors geschoben wird, um den Kompressor teilweise zu entladen oder sowohl die Hauptantriebszylinder- und Schrittzylinder-Außenkammern zum Sammelbehälter zu öffnen, damit der Kompressorentladungsdruck dafür sorgt, daß der Hauptantriebsmotorkolben des Schieberventils nahezu gegen das Ende des Schieberventil-Antriebszylinders anliegt, und zwar entfernt von den verstärkten Schraubenrotoren, wobei sich das SchieberventiT in der maximalen Entladungsposition befindet.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der Beschreibung von Ausführungsbeispielen und'unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung näher erläutert. Die Zeichnung zeigt in

Fig. 1 eine schematische Darstellung, teilweise im

Schnitt eines Schieberventi1-Ent!adungssystems für einen Schraubenverdichter gemäß einer Ausführungsform der Erfindung, wobei der Kompressor -unter maximalen Entladungsbedingungen arbeitet;

Fig. 2 eine der Fig. 1 ähnliche Darstellung des Systems, . . wobei sich das Schieberventil in eine Zwischen-Entl a.dungsstel 1 ung des Kompressors bewegt hat; und in

Fig. 3 eine den Fig. 1 und 2 ähnliche Darstellung des Systems, wobei sich das Schieberventil in der maximalen Ladungsstellung des Kompressors befindet.

Fig. 1 zeigt ein mit Schrittbetrieb arbeitendes Entladungssystem füreinen Schraubenverdichter oder Schnekkenkompressor gemäß einer Ausführungsform der Erfindung. Das .Steuerungssystem findet Anwendung bei einem Schnekkenkompressor oder Schraubenverdichter, der allgemein

3U3328 '

mit 10 bezeichnet ist und im wesentlichen einen Kompressorbereich 12, der von ineinandergreifenden Schneckenoder Schraubenrotoren 14 und 16 gebildet wird, sowie einen Schi ebervent.i 1 bereich aufweist, der allgemein mit 18 bezeichnet. Der Drehantriebsmotor für den Schraubenverdichter ist absichtlich der. Klarheit halber nicht dargestellt, obwohl er erforderlich ist, um die Rotoren 14 und 16 in Drehbewegung zu versetzen. Außerdem weist das System eine Hochdruck-Hydraul i kfl'ui ddruckquel Ie , die schematisch mit dem Pfeil.20 angedeutet ist, sowie einen Sammelbehälter für das zurücklaufende Hydraulikfluid auf, das allgemein mit dem Pfeil 22 angedeutet ist. Eine allgemein mit 24 bezeichnete Leitungsahordnung führt das unter Druck stehende Hydraulikfluid dem Schieberventi1 bereich 18 zu und sorgt für seinen Rücklauf zum Sammelbehälter.

Hinsichtlich des Schraubenverdichters oder Kompressors 10 besitzt dieser ein Gehäuse, das allgemein mit 26 bezeichnet ist undeinen zentralen Buchsenbereich 28 modifizierter zylindrischer Form aufweist, der aus Gußmetall besteht und an seinem Ansaug- oder Niederdruckende mit einem Enddeckel oder einer Endwand 30 abgeschlossen ist. Die gegenüberliegende Hochdruck- oder Auslaßseite ist mit einem Enddeckel oder einer Endwand 32 abgeschlossen. Obwohl nicht eigens dargestellt, sind die Gehäusebereiche gegeneinander mittels O-Ringen oder dergleichen abgedichtet und zusammengeschraubt, um ein Auseinandernehmen zu ermöglichen. Der zentrale Buchsenbereich 28 des Gehäuses 26, der sich zwischen den Endwän· den 30 und 32 befindet, ist mit einer Druckkammer oder einem Arbeitsraum ausgestattet, der von zwei sich schneidenden oder kreuzenden Bohrungen gebildet wird, wie es bei 34 angedeutet ist, welche jeweils die Schraubenrotoren 14 und 16 tragen, deren Achsen koplanar sind und die sich in diesem Falle horizontal durch den

3U3328 ^:

- 14 ■ l Buchsenbereich 28 des Gehäuses 26 erstrecken.

Der Schraubenverdichter 10 ist in dieser Hinsicht konventionell, und sowohl die mit Vorsprüngen als auch die mit Ausnehmungen versehenen Rotoren haben schraubenförmige Stege und dazwischenliegende Nuten, die ineinander-• greifen, wobei die Rotoren 14 und 16 so montiert sind, daß sie sich .in den Bohrungen mittels geeigneter Lager drehen, wobei sie mit Wellen 36 gelagert sind, welche die Schraubenrotoren 14 und 16 tragen. Eine Vielzahl von Antifriktionslagern 38 kann verwendet werden, um die Wellen 36 und somit die ineinandergreifenden Rotoren zur Drehuag um ihre Achse zu lagern. Die eine Welle 36 kann sich durch die Endwand 30 erstrecken und kann direkt an den Rotor eines nicht dargestellten elektrischen Antriebsmotors oder dergleichen angeschlossen werden, der zum Antrieb der ineinandergreifenden Schraubenrotoren dient. Dabei arbeitet einer der Rotoren, um den anderen anzutreiben. Der zentrale Buchsenbereich 28 im Gehäuse 26 des Schraubenverdichters 10 ist mit einer Niederdruck-Ansaugöffnung 40 an oder in der Nähe von der einen Endwand 30 versehen, welche sich zu den ineinandergreifenden Schraubenrotoren 14 und 16 an diesem Ende der Maschine öffnet.

Der zentrale Buchsenbereich 28 des Schraubenverdichters 10 ist außerdem mit einer in Längsrichtung verlaufenden Aussparung 42 versehen, die sich an einem Ende zu einer Hochdruck-Auslaßöffnung 44 öffnet, während ihr gegenüberliegendes Ende bei einer Bypass-Leitung 46 endet, die sich quer zur Ansaugöffnung 40 öffnet. Innerhalb der Aussparung 42 ist ein in Längsrichtung verschiebbares Schieberventi1 teil 50 verschiebbar montiert, das abdichtend in die Aussparung 42 eingepaßt ist und ein Umfangsteil 50a trägt, das den Umfängsteilen der ineinandergreifenden Schraubenrotoren 14 und' 16 gegenüberliegt und in Gleitkontakt mit ihnen steht und das eine

Enveloppe oder Hülle für den Verdichtungsprozeß bildet, der innerhalb der Arbeitskammern ahläuft, welche von den ineinandergreifenden Schraubenrotoren 14 und 16, dem Buchsenbereich 28 und dem Schieberventilteil 50 gebildet werden. Üblicherweise ist die Stirnfläche 50b des Schieberventils in der Nähe der Ansaugöffnung 40 und somit der Niederdruckseite der Maschine flach, verlä.uft unter einem rechten Winkel zur Achse des Schieber-· ventilteiles 50 und liegt bei der extrem linken Position in den Fig. der Zeichnung gegen einen festen Stopp oder Anschlag 52 an. Das Schieberventilteil 50 und der Anschlag 52 bilden eine Bypass-Öffnung 54 variabler Größe, die von den ineinandergreifenden Schraubenrotoren 14 und 16 und den Bohrungen 34 zur Bypass-Leitung 46 führt.

Die Bypass-Leitung 46 ist an die Ansaugs'eite der Maschine über einen Gehäusehohlraum 48 angeschlossen.

Während ein Teil der gegenüberliegenden Stirnfläche 50c des Schieberventi1teiles 50 vertikal und unter rechtem Winkel zu seiner Achse verläuft und flach ausgebildet ist, ist ein am Umfang abfallendes Teil 56 des Umfangteiles 50a des Schieberventi1teiles 50 vorgesehen, das mit dem Gehäuse 26 eine gemeinsame, axial und radial verlaufende Hochdruck-Auslaßöffnung 44 für den Kompressor oder Schraubenverdichter 10 bildet, die zur Kompressorgehäuse-Auslaßöffnung 44a führt.

Herkömmlicherweise ist das Schieberventi1tei1 50 abdichtend innerhalb des Gehäusebereiches getragen und wird zwischen zwei in Längsrichtung auseinanderliegenden Extremstellungen durch Antrieb verschoben. Gemäß der Erfindung ist ein abgewandelter hydraulischer linearer Antriebsmotor vorgesehen, der allgemein mit 60 bezeichnet ist. Insofern ist der Enddeckel oder die Endwand 32 mit einem Zylinder 62 versehen, der eine innere zylindrische Bohrung 64 aufweist, die koaxial mit der Längsachse

3H3328 -■ - - -

des Schieberventiltei1 es 50 ausgefluchtet ist. Die Zylinderbohrung 64 trägt abdichtend und verschiebbar einen Hauptantriebskolben 66 für den Schieberventi1 bereich 18, wobei dieser Hauptantriebskolben 66 an das Schieberventilteil 50 mittels einer Kolbenstange 68 angeschlossen ist. Der Hauptantriebskolben 66 ist mit einer Nut 70 in seinem Umfang versehen, die einen O-Ring oder eine entsprechende Dichtung trägt, die allgemein mit 72 bezeichnet ist. Der Hauptantriebskolben 66 bildet mit dem Zylinder eine abgedichtete innere Kammer 74 in der Nähe des Schieberventi1teiles 50 und auf seiner gegenüberliegenden Seite, rechts vom Hauptantriebskolben 66, eine abgedichtete äußere Kammer 76.

Im Unterschied zu herkömmlichen Schraubenverdichtern ist die äußere Kammer 76 nicht einfach mit einer Stirnwand oder -platte abgeschlossen, die das offene Ende des Zylinders 62 überspannt, welcher den Hauptantriebskolben für das Schieberventi1tei1 50 aufnimmt. In diesem Falle ist vielmehr eine Schrittkölbenanordnung vorgesehen, die allgemein mit 78 bezeichnet ist und einen' Schrittkolbenzylinder 80 aufweist, der an seinem linken Ende offen und an seinem rechten Ende mit einer kugelförmigen .Stirnwand oder End-Wand 82 abgeschlossen ist.

Der Zylinder 80 ist teilweise an seiner linken Seite mit einer vertikalen Endwand oder Stirnwand 84 abgeschlossen, die sich in radialer'Richtung über den Umfang des Zylinders 80 hinaus erstreckt, um die äußere Kammer 76 des Hauptantriebsmotors abzuschließen und bildet somit einen vergrößerten radialen Flansch.

Die Endwand 84 ist mit einer kreisförmigen Öffnung 86 in ihrem Zentrum versehen, die sich ins Innere des hohlen Zylinders 80 öffnet. Der Zylinder 80 ist mit einer kreisförmigen Bohrung 87 ausgebildet, in der verschiebbar und abgedichtet ein Schrittkolben montiert ist, der

■ 3H3323' · ■"

allgemein mit 88 bezeichnet ist. Der Schrittkolben 88 ist mit einem e-twas geringeren Durchmesser als der Durchmesser der Bohrung 87 ausgestattet, in der er angeordnet ist. Der Schrittkolben 88 trägt eine Nut 90 in seinem Umfang, in der eine O-Ringdichtung 92 sitzt. Der Kolben 88 dichtet die äußere Kammer 94 innerhalb des Schrittkolbenzylinders 80 ab. Integral mit dem Schrittkolben 88 ist ein zylindrischer Vorsprung 96 mit reduziertem Durchmesser ausgebildet, wobei der Durchmesser in der Größenordnung der kreisförmigen Öffnung 86 in der Wand 84 ist, in der der Vor.sprung 96 läuft.

Somit ist der Kolben 88 mit T-förmigem Querschnitt ausgebildet, wobei der größere Kopf im Inneren des Schrittkolbenzylinders 80 untergebracht ist. Außerdem ist die Länge des Vorsprunges 96 so gewählt, daß dann, wenn der Hauptantriebskol ben 66 nach rechts getrieben wird, so daß seine dem Schieberventi1tei1 50 abgelegene Fläche nahezu mit der Stirnwand 84 der Schrittkolbenanordnung 78 in Berührung steht, der Vorsprung 96 nahezu vollständig in den Schrittkolbenzylinder 80 zurückgezogen ist, wobei seine Stirnfläche 96a nahezu bündig mit der Fläche der Stirnwand 84 liegt. Die Stirnwand.82 verhindert ein vollständiges Zurückziehen des Vorsprunges 96 aus der äußeren Kammer 76, obwohl der Schrittkolbenzylinder 80 zur Erreichung dieses Zweckes verlängert werden könnte. Um eine axiale Verschiebung des Hauptantriebskolbens 66 des linearen Hauptantriebsmotors 60 für das Schieberventi1tei1 50 vorzunehmen sowie unabhängig davon den Vorsprung 96 des Schrittkolbens 88 in die äußere Kammer 76 des linearen Antriebsmotors zu bringen, werden bei dem hier vorliegenden System Mittel verwendet, um eine gesteuerte Beaufschlagung des Hydraulikdruckes bei den äußeren Kammern 76 bzw. 94 vorzunehmen.

Diesbezüglich ist das System, wie oben erwähnt, mit einer Leitungsanordnung 24 versehen, um den Fluß des unter Druck stehenden Hydraulikfluids von einer mit dem Pfeil 20 bezeichneten Hydraul.i kquelIe den äußeren Kammern 76 und 94 zuzuführen bzw. den Hydraulikdruck durch den" Rücklauf des Hydraulikfluids zum Sammelbehälter, der mit dem Pfeil 22 angedeutet ist, abzubauen. Insbesondere teilt sich die Versorgungsleitung 98 im Punkt 100, so daß ein Versorgungsleitungsteil 98a an die eine Seite eines Magnetventils 106 anschließt, während das andere Versorgungsleitungsteil 98b an die eine Seite eines zweiten Magnetventils 108 anschließt. Eine Versorgungs- und Rückleitung 101 verbindet die andere Seite des Magnetventils 106 mit der äußeren Kammer der Schrittkolbenanordnung 78 und öffnet sich in diese Kammer über eine Öffnung 102 in der Zylinder-Stirnwand 82 der Schrittkolbenanordnung 78.

Eine Versorgungs- und Rückleitung 103 führt unter Druck stehendes Hydraulikfluid der äußeren Kammer 76 des linearen Antriebsmotors für das Schieberventi1tei1 50 zu und ist über eine Leitung 104 mit kleinem Durchmesser innerhalb" der Stirnwand oder Endwand 84 sowie eine Öffnung 104a an die äußere Kammer 76 angeschlossen. Die Magnetventile 106 und 108 sind Zwei-Positions-Venti1e. Das bedeutet, die Magnetventile sind mittels Federn 110 vorgespannt, um normalerweise, in Abwesenheit einer Erregung der Magnetventile, wie es bei 112 angedeutet ist, die Leitungen 101 und 103 mit einer gemeinsamen Sammelbehälter- oder Fluidrückleitung 114 zu verbinden, die zu dem Sammelbehälter führt, wie es mit dem Pfeil 22 angedeutet ist. Die Rückleitung 114 ist über die ■ Rückleitung 114b an das Magnetventil 106 und über die Rückleitung 114a an das Magnetventil 108 angeschlossen.

Bewegliche Veritilteile 111 innerhalb der Magnetventile ermöglichen eine selektive Verbindung über den Durchlaß

118 im jeweiligen Falle von der Versorgungsleitung 98 mit den jeweiligen Versorgungs- und Rückleitungen 101 bzw. 103. Alternativ dazu wird über den Durchlaß 120 innerhalb der beweglichen Ventilteile 111 und die Rückleitungen 114a und 114b eine Verbindung der Versorgungsund Rückleitungen 101 und 103 zur gemeinsamen Rückleitung 114 vorgenommen.

Im folgenden wird auf Fig. 3 Bezug genommen. Wenn die Stirnfläche 50b des Schieberventi1tei1 es 50 gegen die Stirnfläche 52a des Anschlages 52 anliegt, ist die Bypass-Öffnung 54 abgesperrt und die Bypass-Leitung 46 kann kein unkomprimiertes Arbeitsfluid zur Ansaugseite der Maschine zurückführen, die durch den Gehäusehohlraum 48 gebildet ist. Dies ist eine extreme Kapazitätssteuerung oder Ladeposition für den Kompressor. Dabei handelt es sich bei der dargestellten und beschriebenen Ausführungsform um die Position der vollen Last.

Das maximale Volumen an Arbeitsgas wird komprimiert, wobei das gesamte an der Ansaugseite der Maschine über die Ansaugöffnung 40 hereingenommene Arbeitsgas mit einem Kompressionsverhältnis komprimiert wird, das durch die Maschinenparameter bestimmt wird, während der Auslaß unter hohem Druck durch die Auslaßöffnung 44 auf der rechten Seite der ineinandergreifenden Rotoren 14 und 16 erfolgt. Bei einer Schrittsteuerung bewegt sich das Schieberventilteil 50 teilweise nach rechts (vgl. Fig. 2) zu dem Punkt, wo der Hauptantriebskolben 66 gegen die Stirnfläche 96a des Schrittkolben-Vorsprungs 96 anliegt, wenn er in der vorstehenden Position gemäß Fig. 2 gehalten wird, indem man die äußere Kammer 94 mit Fluiddruck beaufschlagt. Diese Position des Schieberventil tei 1 es 50 gemäß Fig. 2 zeigt beispielsweise eine Zwei-Drittel1ast oder -ladung des Kompressors. Eine weitere schrittweise Entladung oder Entlastung ist in dem Maße möglich, daß der Hauptantriebskolben

66 nahezu gegen die Stirnwand 84 anliegt, d.h. vollständig nach rechts verschoben ist, wobei der Schrittkolben 88 nahezu vollständig zurückgezogen ist, wie es in Fig. 1 dargestellt ist. In dieser Position ist die zur Bypass-Leitung 46 führende Bypass-Öffnung 54 maximal geöffnet, wobei sehr wenig Arbeitsfluid von den ineinandergreifenden Rotoren komprimiert wird, während das meiste Arbeitsfluid vor der Kompression zur Ansaugseite der Maschine zurückgeführt wird.

Bei Normal betrieb findet der-Ablauf "von· Fig. 1 zu Fig. 3 statt. Aus Fig. 1 ist ersichtlich., daß sich das Schieberventil tei 1 50 in seiner extrem rechten Position befindet, wobei der Hauptantriebskolben 66 nahezu gegen die Stirnwand 84 anliegt und den Vorsprung 96 des Schrittkolbens 88 nach rechts verschoben hat, wobei si.ch der Schrittkolben 88 in der Nähe der Stirnwand 82 der Schrittkolbenanordnung 78 befindet. Dies ist die Position, die beim Start oder kurz nach dem Start auftritt, wo der Druck des Entladungsgases die innere Kammer 74 füllt und den Hauptantriebskolben 66 nach rechts verschiebt.

Die entwickelte Kraft, die auf den Hauptantriebskolben 66 wirkt, .ist größer als die, die auf die Stirnfläche 50b des Schieberventi1tei1 es 50 wirkt, und verschiebt das Schieberventi1tei1 50 nach rechts innerhalb seiner Aussparung 42. Außerdem haben bei nicht-erregten Magnetventilen 106 und 108 die Vorspannungsfedern 110 die Tendenz, ihre beweglichen Ventilteile 111 nach rechts zu schieben, so daß die Versorgungs- und Rückleitungen 101 und 103 mit der gemeinsamen Rückleitung 114 verbunden sind, um einen Ablauf für die äußeren Kammern 94 bzw. 76 zu bilden. Der Kompressor arbeitet bei seiner minimalen Kapazität, d.h. seinem größten Entladungsvermögen.

3H3328-'

Bei der dargestellten Ausführungsform erfolgt die schrittweise Entladung (bzw. die schrittweise Ladung) von einem Ein-Drittel-Ladezustand, wie er in Fig. 1 dargestellt ist, über einen Zwei-Drittel-Ladezustand gemäß Fig. 2 zum vollständigen Ladezustand des Kompressors gemäß Fig. 3. Um dies nacheinander zu erreichen, läßt sich aus Fig. 2 entnehmen, daß das Magnetventil 108 aberregt bleibt, so daß die äußere' Kammer 76 nicht unter Druck steht. Wird jedoch das Magnetventil 106 erregt, ist der angelegte Fluiddruck innerhalb der äusseren Kammer 94 der Schrittkolbenanordnung 76 hoch genug, um die Entladungsdruckdifferenz zu überwinden, die zwischen der inneren Fläche des Hauptantriebskolbens 66 und der Stirnfläche 50b des Schieberventi1tei1 es 50 wirkt, so daß der Vorsprung 96 des Schrittkolbens 88 am weitesten in die äußere Kammer 76 des linearen Hauptantriebsmotors für das Schieberventi1tei1 50 vorsteht. Dies bildet in wirksamer Weise einen Anschlag, um eine weitere Bewegung des Hauptantriebskolbens 66 in Richtung auf die Stirnwand 84 unter diesen Bedingungen zu verhindern.

Bei erregtem Magnetventil 106 wird Hydraulikdruck, wie mit dem Pfeil 20 angedeutet, an die gemeinsame Versorgungsleitung 98 angelegt und geht über den- Versorgungsleitungsteil 98a und den Durchlaß 118 im Ventilteil 111 des Magnetventils 106 zur Versorgungs- und Rückleitung 101. Somit bewirkt das unter Druck an die Ka;mmer 94 angelegte.HydraulikfIuId eine Verschiebung des Schrittkolbens 88 und seines Vorsprunges 96 nach links (vgl. Fig. 2). Zwischenzeitlich bleibt die zur äußeren Kammer 76 führende Versorgungs- und Rückleitung 103 an die gemeinsame Rückleitung 114 zum Sammelbehälter angeschlossen_;und zwar über die Rückleitung 114a und den Durchlaß 120 des Ventilteiles 111. des Magnetventils 108, wobei dieses Magnetventil 108 aberregt bleibt.

Um das Schieberventi1tei1 50 schrittweise nach links und in seine extreme Ladeposition zu bringen sowie die Bypass-Öffnung 54 abzusperren, muß Fluiddruck an die äußere Kammer 76 des linearen Antriebsmotors angelegt werden, um eine Verschiebung des Hauptantriebskolbens 66 weiter nach links als in Fig. 2 dargestellt vorzunehmen, und zwar gegen den Entladungsdruck, der innerhalb der inneren Kammer 74 auf die gegenüberliegende Seite des Hauptantriebskolbens 66 wirkt. Dies wird gemäß Fig. 3 durch Erregung des Magnetventils 108 erreicht, um die Fluidverbindungen zur Versorgungs- und Rückleitung 103 von der Rückleitung .114 zur Hydraulikdruck-Versorgungsleitung 98 zu verschieben, und zwar über die Zweigleitung 98b und den Durchlaß 118 innerhalb des Ventilteiles 111 des Magnetventi1 es 108.

Der Schrittkolben 88 hat den Zweck, automatisch einen schrittweisen Entladungsvorgang zu erzeugen, wenn eine Umkehrung im Betrieb stattfindet, d.h., wenn bei arbeitendem Kompressor der Fluiddruck, der an die äußere Kammer 76 des linearen Hauptantriebsmotors angelegt ist, beendet ist und die Kammer zu dem mit dem Pfeil 22 angedeuteten Sammelbehälter 22 offen ist, während das Magnetventil 106 erregt bleibt, wird der Kompressor sich einfach schrittweise vom vollen Ladezustand gemäß Fig. 3 zu einem Zwei-Drittel-Ladezustand gemäß Fig. 2 entladen.

Wenn andererseits die Magnetventile 108 und 106 beide nicht erregt sind oder wenn das Magnetventil 106, bei erregtem Magnetventil 108, zu Beginn nicht erregt ist, wird bei Beendigung der Erregung des Magnetventils 108 das System zu dem Zustand gemäß Fig! I zurückkehren, der eine maximale Entladung darstellt und wobei der Hauptantriebskolben 66 nahezu gegen die Stirnwand 84 anliegt, um jede weitere Bewegung des Schieberventil-

3H3328

- 23 teiles 50 nach rechts zu beenden.

Während die drei Schritte beim Lade/Entladevorgang bei einem Satz von gleichen Kapazitätsänderungsschritten einer typischen Lade- oder Entl-adef olge dargestellt sind, kann der Kompressor auch so ausgebildet sein, daß sich das Schieberventi1 von einer Position voller Ladung zur Position voller Entladung mit einer halben Entlade/Lade-Zwischenschrittpositiön bei einer Drei-Schritt-Folge bewegt. Andererseits können sowohl andere Schieberventil-Schrittpositionen als auch eine größere Anzahl von Schrittpositionen vorgenommen werden, die sich unter Verwendung von zusätzlichen Kolbenanordnungen

ähnlich der Sch'rittkol benanordnung 78 bestimmen lassen. 15

Meissner & Bolte

Patentanwälte 20

Leersei te

Claims

Ansprüche

10

(j) Entladungssystem für einen Schraubenverdichter, mit ei nem Kompressorgehä'use mit einem Buchsenbereich^der von sich schneidenden Bohrungen mit koplanaren Achsen .gebildet wird, die sich zwischen axial im Abstand angeordneten Endwänden befinden und eine Niederdruck-Ansaugöffnung und eine Hochdruck-Auslaßöffnung in Verbindung mit den Bohrungen an den gegenüberliegenden Enden des Buchsenbereiches aufweisen, mit Schraubenrotoren, die mit Nuten und Stegen versehen und drehbar innerhalb der jeweiligen Bohrungen montiert sind, wobei die Stege und Nuten der jeweiligen Rotoren ineinandergreifen,
m.it einer axial verlaufenden Aussparung, die innerhalb

-z-

des Buchsenbereiches des Gehäuses vorgesehen ist und in offener Verbindung mit den Bohrungen steht, mit einem Schieberventi1tei1, das in der Aussparung in Längsrichtung verschiebbar ist, wobei die Innenfläche . des Schieberventilteiles komplementär zur Hülle in dem Bereich der Bohrungen der Gehäuseanordnung ist, der die Öffnung der Aussparung gegenüberliegt, welche mit dem Bohrungsbereich des Gehäuses in Verbindung steht, wobei .das' Schi eberventi 1 tei 1 in abdichtender Relation zu den gegenüberliegenden Rotoren angeordnet ist und zumindest ein Teil der Auslaßöffnung sich innerhalb des Buchsenbereiches des Gehäuses befindet, wobei das Schieberventi1tei1 zwischen Extremstellungen bewegbar ist und das Ende des Schieberventi1tei1 es in der Nähe der Ansaugöffnung einen Teil der Aussparung in offener Verbindung mit der Ansaugöffnung variabel abschließt " und als Bypass-Leitung für ein gasförmiges Arbeitsfluid dient,
mit einem linearen Antriebsmotor für das Schieberventi1-teil, wobei der Motor einen Zylinder, einen Hauptantriebskolben, der abdichtend und verschiebbar innerhalb des Zylinders angeordnet ist, und eine Kolbenstange aufweist, die den Kolben mit dem Schieberventi1 teil verbindet, wobei der Kolben mit dem Zylinder eine innere Kammer auf der Seite des Kolbens in der Nähe des Schieberventi 1 tei les und eine äußere Kammer auf der gegenüberliegenden Seite bildet,

und mit einer Einrichtung zum Zuführen und Ablassen von Hydraulikfluiddruck bei mindestens einer der Kammern zur Verschiebung des Schieberventi1teiles zwischen den Extremstellungen, dadurch gekennzeichnet, daß ein Schrittkolben vorgesehen ist, der von dem Linearmotor getragen ist und ein Teil aufweist, das zwischen zurückgezogenen und vorgeschobenen Stellungen in eine der Kammern hinein bzw. aus dieser heraus verschiebbar ist, um die Bewegung des Hauptantriebskolbens zwischen den Extremstellungen des Schieberventi1tei1 es zu begrenzen,

um damit mit dem Hauptantriebskolben des Linearmotors drei getrennte Kapazitätssteuerungs-Schrittpositionen für das Schieberventi1tei1 zu bilden.
2. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die innere Kammer sich direkt zur Kompressor-Auslaßöffnung öffnet, so daß bei nicht vorhandener Fluiddruckbeaufsch!agung der äußeren Kammer der Hauptantriebskolben in seine extreme Entladungsposition verschoben wird, die durch das Ende des Zylinders definiert ist, der die äußere Kammer bildet, und daß der Zylinder mit einer zylindrischen Gehäuseerweiterung an seinem äußeren Ende versehen ist, wobei die Gehäuseerweiterung einen Schrittzylinder bildet, daß der Schrittkolben abdichtend innerhalb der Schrittzylinderbohrung montiert und in seiner Größe an die Zylinderbohrung angepaßt sowie darin verschiebbar und abdichtend positioniert ist, daß der Schrittkolben ein vorstehendes Teil aufweist, das integral mit ihm ausgebildet ist und sich von seiner Innenfläche in die äußere Kammer des linearen Antriebsmotors erstreckt und eine solche Länge besitzt, daß dann, wenn sich der Schrittkolben in seiner extremen inneren Stellung gegenüber dem Schieberventil tei 1 befindet, der Vorsprung sich in die äußere Kammer des linearen Hauptantriebsmotors erstreckt, um einen wirksamen Anschlag für den Hauptantriebskolben des linearen Hauptantriebsmotors in einem bestimmten Abstand vom äußeren Ende des linearen Antriebsmotorzylinders zu bilden.
3. System nach Anspruch 1 oder 2, dadurch

gekennzeichnet, daß die Einrichtung für die Zuführung von Hydraulikfluid .und Druck zumindestens einer der Kammern eine Einrichtung aufweist, um selektiv Hydraulikfluiddruck der äußeren Kammer des Schrittzylinders zuzuführen, um den Vorsprung des Schrittkolbens aus der zurückgezogenen Position in die vorgeschobene Position

3U3328

innerhalb der äußeren Kammer des Zylinders des linearen Hauptantriebsmotors zu" bringen, oder der äußeren Kammer des linearen Hauptantriebsmotors Hydraulikfluiddruck ' . zuzuführen, um den Hauptantriebskolben vom Vorsprung des Schrittkolbens weg in Richtung des gegenüberliegenden Endes des Zylinders des Hauptantriebsmotors und in die Position der maximalen vollen Ladung des Kompressors zu verschieben.
4. System nach einem der Ansprüche 1 bis

3, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung für die Zuführung von Hydraulikfluiddruck zu und das Ablassen von Hydraulikfluiddruck von zumindest einer der Kammern eine Hydraulikdruckquelle, eine Leitungsanordnung sowie selektiv betätigbare Ventile aufweist, daß die Leitungsanordnung die Hydraulikdruckquelle mit den. äußeren Kammern des Hauptantriebszylinders und des Schrittzylinders verbindet und für die Rückführung von Hydraulikfluid von den äußeren Kammern zu einem Sammelbehälter sorgt,

daß die selektiv betätigbaren Ventile innerhalb der Leitungsanordnung selektiv jede der äußeren Kammern mit der Hydraulikdruckquelle oder dem Sammelbehälter verbinden, um eine schrittweise Entladung des Kompressors vorzunehmen, so daß bei der Zuführung von Hydraulikfluiddruck zur äußeren Kammer des Kolbens des linearen Antriebsmotors das Schieberventi1tei1 gegen seinen festen Anschlag und in den maximalen Ladezustand für den Kompressor ·getrieben wird, daß bei der Zuführung von Hy-" draulikfluiddruck zur äußeren Kammer des SchrittzyTinders der Vorsprung des Schrittkolbens in die äußere Kammer des linearen Hauptantriebsmotors vorsteht, um zu verhindern, daß der K.ompressorentl adungsdruck den Hauptantriebskolben in die Nähe des Endes des Zylinders des linearen Hauptantriebsmotors entfernt von der Ansaugöffnung verschiebt, und um das Schieberventi1tei1 in

1 einer Zwischen-Ladepositi on anzuhalten, und daß bei Beendigung des Hydraulikfluiddruckes innerhalb von beiden äußeren Kammern der Kompressorentladungsdruck dafür sorgt, daß der Kolben des linearen Hauptantriebsmotors
5 nahezu gegen das Ende des Zylinders des Schieberventi1 Antriebsmotors entfernt von der Ansaugöffnung des Kompressors anliegt, um das Kompressor-Schieberventil schrittweise in seine maximale Entladungsposition zu bringen. 10

Mei ssner & BoI te Patentanwälte