Derartige Kompressoren oder Verdichter sind aus dem Stand der Technik für Klimaeinrichtungen als Basisbestandteil derselben bekannt. Ebenso ist es aus dem Stand der Technik bekannt, dass insbesondere die Kompressoren beziehungsweise Kältemittelverdichter eine große Verlustquelle für die Kli- maaniage darstellen, insofern als sie zu einem signifikanten, zusätzlichen Energie-und somit Treibstoffverbrauch führen.

Eine Ursache für diese energetischen Verluste sind unterschiedliche lrrever- sibilitäten, die einerseits die Kompressorantriebsleistung erhöhen und ande- rerseits die Wärmeleistung erhöhen, die an die Umgebung abzuführen ist. Je nach dem eingesetzten Kältemittel, teilen sich die Verluste im Kompressor unterschiedlich auf verschiedene Verlustvorgängen auf. Zu den bedeutends- ten Verlustvorgängen zählen die hubunabhängige Reibleistung, die hubab- hängige Reibleistung, die Verlustleistung durch innere Leckage, die Drossel- verluste am Saugventil sowie die Drosselverluste am Druckventil. Durch konstruktive Änderungen am Aufbau des Kompressors können gegenläufige Auswirkungen auf die einzelnen Verlustvorgängen bewirkt werden.

Beispielsweise können sich Maßnahmen zur Verbesserung der inneren Dichtheit zwischen einer Volumen-Verdrängungseinrichtung, insbesondere einem Kolben und der dieser zugeordneten Wandung, insbesondere einer Zylinderwand gleichzeitig in einer Erhöhung der Reibleistung niederschlagen, die einen Teil der Verbesserungen wieder zunichte macht.

Wie in intensiven Untersuchungen ermittelt werden konnte, wirken sich, insbesondere bei hohen geförderten Saugvolumenströmen, das heißt, bei einer hohen Drehzahl oder einem hohen Fördergrad des Kompressors sowie bei Verwendung eines Kältemittels mit relativ niedriger volumetrischer Kälte- leistung wie beispielsweise von R134a, insbesondere die Drosselverluste am Saugventil nachteilig aus.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht daher darin, den Gesamt- wirkungsgrad eines Kompressors, insbesondere bei hohen Volumenströmen, dadurch zu verbessern, dass der Druckverlust am Saugventil durch konstruk- tive Maßnahmen abgesenkt wird. Dies wird erfindungsgemäß durch eine Vorrichtung nach Anspruch 1 erreicht. Vorteilhafte Weiterbildungen und Aus- führungsformen sind Gegenstand der Unteransprüche.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Komprimieren gasförmiger Medien weist wenigstens einen Kompressionsraum auf, in den das gasförmige Me- dium eintreten kann und aus dem das gasförmige Medium austreten kann.

Des weiteren ist wenigstens eine erste Ventileinrichtung mit wenigstens einer ersten Öffnung und wenigstens einer ersten, die erste Öffnung wenigstens zeitweise im Wesentlichen bedeckenden Abdichteinrichtung vorgesehen, wobei die erste Ventileinrichtung einen Eintritt des gasförmigen Mediums in den Kompressionsraum erlaubt und einen Austritt des gasförmigen Mediums aus dem Kompressionsraum im Wesentlichen verhindert.

Daneben ist eine zweite Ventileinrichtung mit wenigstens einer zweiten Öff- nung und wenigstens einer zweiten, die zweite Öffnung wenigstens zeitweise im Wesentlichen bedeckenden Abdeckeinrichtung vorgesehen, wobei die zweite Ventileinrichtung einen Austritt des gasförmigen Mediums aus dem

Kompressionsraum erlaubt und einen Eintritt des gasförmigen Mediums in den Kompressionsraum im Wesentlichen verhindert.

Erfindungsgemäß übertrifft der freie Querschnitt einer Ventileinrichtung den freien Querschnitt der anderen Ventileinrichtung erheblich.

Unter dem freien Querschnitt beziehungsweise dem engsten freien Quer- schnitt wird die Oberfläche beziehungsweise die Öffnung umfänglich be- grenzende Mantelfläche des geometrischen Raumes beziehungsweise Vo- lumens verstanden, dessen Höhe durch den Abstand der Abdeckeinrichtung (bei geöffnetem Ventil) von der Öffnung und dessen Umfang durch den Um- fang des Öffnungsquerschnittes des Ventils definiert ist. Dabei muss der Ab- stand zwischen der Abdeckeinrichtung und der Öffnung nicht notwendiger- weise konstant sein.

Bevorzugt übertrifft der freie Querschnitt der ersten Ventileinrichtung den freien Querschnitt der zweiten Ventileinrichtung erheblich. Dies bedeutet, dass der freie Querschnitt der Ventileinrichtung, die ein Ansaugen des gas- förmigen Mediums in den Kompressionsraum ermöglicht, den freien Quer- schnitt der Ventileinrichtung, der einen Austritt des gasförmigen Mediums aus dem Kompressionsraum ermöglicht, erheblich übertrifft. Also sind die entsprechenden Querschnitte beim Saugventil größer ausgelegt als die Querschnitte beim Druckventil der Kompressionseinrichtung.

Unter einer Abdeckeinrichtung wird dabei eine Einrichtung verstanden, die die ihr zugeordnete Öffnung wenigstens zeitweise im Wesentlichen vollstän- dig abdeckt und daher für die Öffnung in diesem Zustand abdichtend wirkt.

Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform übertrifft der freie Quer- schnitt der einen Ventileinrichtung den freien Querschnitt der anderen Ven- tileinrichtung wenigstens um einen Faktor 2 ; dies bedeutet, dass bevorzugt der freie Querschnitt des Saugventils den freien Querschnitt des Druckventils um wenigstens einen Faktor 2 übertrifft. Vorzugsweise übertrifft der freie Querschnitt der einen Ventileinrichtung den freien Querschnitt der anderen

Ventileinrichtung wenigstens um einen Faktor 2,5, bevorzugt wenigstens um einen Faktor 3 und, besonders bevorzugt, wenigstens um einen Faktor 4.

Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist die Vorrichtung eine gegenüber dem Kompressionsraum beweglich angeordnete Kolbeneinrich- tung auf, wobei in Abhängigkeit von der Bewegungsrichtung des Kolbens je ein Ventil schließt und eines wenigstens zeitweise geöffnet ist.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist wenigstens eine Abdeck- einrichtung als Lamelle ausgeführt. Bevorzugt sind beide Abdeckeinrichtun- gen Lamellen. Diese sind, je nach Bewegungsrichtung der Kolbeneinrich- tung, gegenüber dem Kompressionsraum entweder von den ihnen zugeord- neten Öffnungen beabstandet oder liegen im Wesentlichen an diesen an, so dass auf diese Weise ein Durchtritt von Gas in einer Richtung durch die Öff- nung verhindert und in der anderen im Wesentlichen ermöglicht wird.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist wenigstens eine Ventil- einrichtung, bevorzugt sind beide Ventileinrichtungen, in einer Ventilplatte angeordnet. Diese Ventilplatte bildet den Abschluss des Kompressionsrau- mes. Damit wird unter dem oben bezeichneten Abstand zwischen der Öff- nung und der Abdeckeinrichtung auch der Abstand zwischen der Ventilplatte beziehungsweise der Oberfläche der Ventilplatte, die der Abdeckeinrichtung zugewandt ist, einerseits, und der Abdeckeinrichtung, andererseits, verstan- den.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist die erste Öffnung der ers- ten Ventileinrichtung, d. h. der Saugventileinrichtung, nicht kreisförmig aus- gebildet.

Wie oben dargestellt, ergibt sich der freie Querschnitt der Ventileinrichtung aus dem Umfang des Ventilöffnungsquerschnitts und dem Abstand zwischen der Öffnung und der Abdeckeinrichtung. Daher wird bei dieser Ausführungs- form durch die Wahl eines nicht kreisförmigen Querschnitts der Umfang der Öffnung bei gleicher Querschnittsfläche bzw. seitlichem Abmaß und damit

Platzbedarf erhöht. Bekanntermaßen weist ein Kreis das geringste Verhältnis zwischen Kreisumfang und Kreisfläche im Vergleich zu anderen zweidimen- sionalen geometrischen Figuren auf. Daher bewirkt eine Abänderung des Öffnungsquerschnitts vom kreisförmigen Profil eine Erhöhung des Verhält- nisses aus Umfang und Fläche der Öffnung. Anders ausgedrückt, wird ein Verhältnis zwischen Kreisumfang und Kreisfläche ausgewählt, welches grö- ßer ist als 2/r, wobei r der Radius der Kreisöffnung ist.

Der Vorteil dieser Vorgehensweise besteht darin, dass der Umfang der Öff- nung vergrößert werden kann, ohne dass gleichzeitig der Querschnitt bzw. die Fläche der Öffnung in vergleichbarem Maß ansteigt, wodurch insbeson- dere der nur begrenzt auf der Verteilplatte zur Verfügung stehenden Flächen Rechnung getragen werden kann.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist die erste Ventileinrich- tung mehrere erste Öffnungen auf. Auch auf diese Weise kann der Umfang des Ventilöffnungsquerschnittes im Verhältnis zu dessen Fläche erhöht wer- den.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist der Umfang der wenigs- tens einen Öffnung der ersten Ventileinrichtung größer, bevorzugt deutlich größer als der Umfang der wenigstens einen Öffnung der zweiten Ventilen- richtung. Dies bedeutet, dass das Ansaugventil einen größeren, bevorzugt beträchtlich größeren Öffnungsumfang aufweist als das Druckventil. Auf die- se Weise kann-wie eingangs erwähnt-der Verlust der Vorrichtung zum Komprimieren von Gas erheblich gesenkt werden, auch wenn dabei in Kauf genommen wird, dass geringfügig Verluste am Druckventil ansteigen.

Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist wenigstens eine Öff- nung der ersten Ventileinrichtung einen Umfang auf, der-verglichen mit dem Umfang einer fiktiven kreisförmigen Öffnung, welche den gleichen Querschnitt wie die wenigstens eine Öffnung aufweist-um wenigstens 10 %, bevorzugt um wenigstens 20 % und, besonders bevorzugt, um wenigstens 50 % übersteigt. Dies bedeutet, dass die tatsächliche Öffnung einer gedachten kreisförmigen Öffnung gegenübergestellt wird, wobei die

gedachten kreisförmigen Öffnung gegenübergestellt wird, wobei die gedach- te Öffnung die gleiche Querschnittsfläche wie die tatsächliche Öffnung auf- weist und die tatsächliche Öffnung andererseits einen größeren Umfang als die gedachte Öffnung aufweist. Dies kann, wie oben ausgeführt, beispiels- weise durch Abweichungen, bevorzugt signifikante Abweichungen von der kreisförmigen Form erreicht werden.

Die angegebenen Erhöhungen des Umfang-Flächen-Verhältnisses bezüglich der kreisförmigen Öffnung um 10 %, 20 % beziehungsweise 50 %, welche auch als signifikante Erhöhungen verstanden werden, bewirken eine erhebli- che Absenkung des Leistungsverlustes am Saugventil.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist wenigstens eine Ab- deckeinrichtung, bevorzugt die Abdeckeinrichtung der ersten Ventileinrich- tung, wenigstens eine Ausnehmung auf. Unter einer Ausnehmung wird dabei eine Unterbrechung der Abdeckeinrichtung verstanden. Dabei kann die Aus- nehmung beliebige geometrische Formen, beispielsweise kreisförmige, ellip- senförmige, polygonale und/oder ähnliche Querschnitte aufweisen. Dabei können die Ausnehmungen beziehungsweise Durchbrüche in den Bereichen angeordnet sein, infolge derer bei Nichtvorhandensein dieser Durchbrüche ein langer Gasweg mit engem Querschnitt entstehen würde.

Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist wenigstens eine Ab- deckeinrichtung, bevorzugt die erste Abdeckeinrichtung der ersten Ventilen- richtung, wenigstens einen Vorsprung auf. Im Gegensatz zu der obenge- nannten Ausnehmung wird unter einem Vorsprung ein Gebilde verstanden, welches gegenüber der übrigen Fläche hervorsteht, wohingegen die Aus- nehmung im Wesentlichen vollumfänglich von der Fläche der Abdeckeinrich- tung umgeben wird.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist wenigstens eine Abdeck- einrichtung, bevorzugt sind beide Abdeckeinrichtungen, an der Ventilplatte befestigt.

Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist die Gestalt wenigstens einer Abdeckeinrichtung an die Gestalt der dieser Abdeckeinrichtung zuge- ordneten Öffnung angepasst. Unter der der Abdeckeinrichtung zugeordneten Öffnung wird diejenige Öffnung verstanden, die abzudecken die betreffende Abdeckeinrichtung bestimmt ist. Bevorzugt überragen die Umfangsränder wenigstens einer Abdeckeinrichtung die Umfangsränder der zugeordneten Öffnung um zwischen 0,5 mm und 5 mm, bevorzugt um 1 mm bis 3 mm.

Dies bedeutet, dass, wenn beispielsweise die Öffnung kreisrund mit einem Radius von 20 mm ausgebildet wäre, die ihr zugeordnete Abdeckeinrichtung gegenüber der Öffnung konzentrisch angeordnet wäre, mit einem Radius von zwischen 20,5 mm und 25 mm, bevorzugt zwischen 21 mm und 23 mm.

Dabei kann die Abdeckeinrichtung die ihr zugeordnete Öffnung entlang des gesamten Umfangs um einen im Wesentlichen konstanten Betrag überra- gen, der Betrag der Überlappung kann jedoch auch variieren, so dass die Öffnung an unterschiedlichen Bereichen unterschiedlich überragt wird.

Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist wenigstens eine Öff- nung eine um den Öffnungsquerschnitt umlaufende Nut auf. Die oben er- wähnte geringe Überdeckung hat den Vorteil, dass die Dämpfung beim Ab- heben und Anlegen der Abdeckeinrichtung durch den Abriss beziehungswei- se die Verdrängung des Gas-und/oder Kälteölpolsters im engsten Spalt mi- nimiert wird. Um diesen Effekt zu minimieren, kann zusätzlich eine um den Öffnungsquerschnitt umlaufende Nut beziehungsweise eine gezielte Aufrau- ung der Ventilplatte vorgesehen sein.

Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist die Ventilplatte be- vorzugt an der der Abdeckeinrichtung zugewandten Seite wenigstens einen Oberflächenabschnitt mit einer wenigstens abschnittsweise verformbaren Beschichtung auf.

Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist wenigstens eine Ab- deckeinrichtung wenigstens einen Oberflächenabschnitt bevorzugt an der der Öffnung zugewandten Seite mit einer wenigstens abschnittsweise ver- formbaren Beschichtung auf. Dabei weist in einer besonders bevorzugten

Ausführungsform die Beschichtung wenigstens ein Material auf, welches Teflon (PTFE) enthält.

Der Grund für diese Ausführungsform ist, dass durch die signifikante Erhö- hung des Umfangs der Saugventilöffnung und der Ventilplatte auch die Dichtfläche zwischen der Ventilplatte einerseits und der Abdeckeinrichtung andererseits erhöht wird und damit zusätzliche Leckagequerschnitte entste- hen können. Durch die elastisch und/oder plastisch verformbare Beschich- tung auf der Ventilplatte und/oder der Abdeckeinrichtung können diese Le- ckagen zumindest vermindert werden. Wie ausgeführt, kommen für die Be- schichtungen temperaturbeständige Polymere, wie Teflon (PTFE), in Frage, aber auch metallisch-weiche Plattierungen sind in der Lage, Mikrorauhigkei- ten durch plastische Anpassung der Dichtungspartner auszugleichen. In letz- terem Fall ist jedoch eine Lagefixierung der Abdeckeinrichtungen bezie- hungsweise Lamellen in Bezug auf den Zylinderboden erforderlich, was technisch jedoch kein Problem darstellt. r Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist wenigstens eine Ab- deckeinrichtung von ihrer zugeordneten Öffnung im geöffneten Zustand des Ventils wenigstens abschnittsweise einen Abstand auf, der größer als 0,5 mm, bevorzugt größer als 1 mm, besonders bevorzugt größer als 1,5 mm ist.

Bevorzugt handelt es sich dabei um die Abdeckeinrichtung der ersten Ventil- einrichtung.

Wie oben dargestellt, soll der engste freie Querschnitt des Saugventils er- höht werden, wobei sich dieser Querschnitt aus dem Produkt des Umfangs der Ventilöffnung und dem Abstand der Abdeckeinrichtung von der Öffnung beziehungsweise der Ventilplatte ergibt. Anstelle einer Vergrößerung des Umfangs der Öffnung kann also auch eine Vergrößerung des Abstandes vorgenommen werden. Eine Erhöhung dieses Abstandes führt jedoch auch dazu, dass die Öffnungs-und Schließzeiten des Ventils erhöht werden und dadurch zusätzliche innere Leckagen durch zu spätes Schließen des Ventils entstehen können. Es ist jedoch möglich, eine Erhöhung des maximal zuge- lassenen Hubs der Abdeckeinrichtung gegenüber der Ventilplatte in Zusam-

menhang mit einer Abstimmung der Federsteifigkeit und/oder Vorspannung der Abdeckeinrichtung zu verbessern.

Die Erfindung ist ferner auf die Verwendung der erfindungsgemäßen Vorrich- tung in einer Klimaanlage, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, gerichtet. Es sei jedoch klargestellt, dass derartige Vorrichtungen zum Komprimieren von Gas auch in anderen Kältemaschinen, wie beispielsweise Kühlschränken, Anwendung finden können.

Weitere Vorteile und Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung erge- ben sich aus den beigefügten Zeichnungen.

Dabei zeigt : Fig. 1 eine Draufsicht auf die Ventilplatte einer Vorrichtung zum Kompri- mieren eines gasförmigen Mediums nach dem Stand der Technik ; Fig. 2 einen schematischen Schnitt durch die Ventilplatte der Vorrichtung aus Fig. 1 ; Fig. 3 ein Diagramm zur Darstellung der Kompressorverlustleistungen bei einer Vorrichtung nach dem Stand der Technik ; Fig. 4 eine Draufsicht auf eine erste erfindungsgemäße Ausführungsform einer Ventilplatte einer Vorrichtung zum Komprimieren eines gasför- migen Mediums ; Fig. 5 eine Draufsicht auf die erfindungsgemäße Vorrichtung in einer weite- ren Ausführungsform ; Fig. 6 eine Draufsicht auf die erfindungsgemäße Vorrichtung in einer weite- ren Ausführungsform ;

Fig. 7 eine Draufsicht auf die erfindungsgemäße Vorrichtung in einer weite- ren Ausführungsform ; Fig. 8 eine Darstellung der Verlustleistungen für die erfindungsgemäße Vorrichtung ; Fig. 9 eine Darstellung des Wirkungsgrades für eine Vorrichtung nach dem Stand der Technik, und Fig. 10 eine Darstellung des Wirkungsgrades für eine erfindungsgemäße Vorrichtung zum Komprimieren eines gasförmigen Mediums.

Fig. 1 zeigt eine Draufsicht auf die kolbenseitige Oberfläche einer Ventilplat- te 2 einer Kompressionseinrichtung nach dem Stand der Technik. In dieser Ventilplatte ist eine Druckventilöffnung 4 vorgesehen, welche mit einer (nicht dargestellten) Abdeckeinrichtung versehen ist. Des weiteren ist eine Ab- deckeinrichtung 7, eine zweite (verdeckte) Ventilöffnung 13, welche Bestand- teil des Saugventils ist, dargestellt.

Bei der Kompressionseinrichtung nach dem Stand der Technik weisen so- wohl die Öffnung 4 des Druckventils als auch die Öffnung 13 des Saugven- tils ähnlich große Umfänge auf.

Fig. 2 zeigt eine schematische ausschnittsweise Darstellung einer Kompres- sionseinrichtung nach dem Stand der Technik. Dabei bezeichnet das Be- zugszeichen 7 die Abdeckeinrichtung des Saugventils, das in diesem Zu- stand geöffnet ist, wobei das untere Ende 7a der Saugventillamelle an dem linken Anschlag der Einkerbung 3 zu liegen kommt und somit an einer weite- ren Bewegung weg von der Öffnung 13 gehindert wird. Das obere Ende 7b der Abdeckeinrichtung des Saugventils ist zwischen der Ventilplatte 2 und einer Zylinderwandung 18 befestigt. Das Bezugszeichen 13 bezieht sich auf die Öffnung des Saugventils, welche durch die Abdeckeinrichtung 7 in ge- schlossenem Zustand im Wesentlichen abgedeckt wird. Das Bezugszeichen 4 kennzeichnet die Öffnung des Druckventils, welche durch die Abdeckein-

richtung 8 ebenfalls in dem hier gezeigten geschlossenen Zustand im We- sentlichen abgedeckt wird. Die Abdeckeinrichtung 8 ist mit dem unteren En- de zwischen der Ventilplatte 2 und einem Trennsteg 14 befestigt. Dieser Trennsteg 14 dient dazu, den Saugraum 12 gegenüber dem Druckraum 11 im Wesentlichen gas-und/oder flüssigkeitsdicht abzudichten. Durch die Zy- linderwand 18 und die Ventilplatte 2 wird der Kompressionsraum 10 bezie- hungsweise dessen Endbereich abgeschlossen. Innerhalb des Kompressi- onsraums 1'0 bewegt sich eine (nicht gezeigte Kolbeneinrichtung), wobei je nach Bewegungsrichtung der Kolbeneinrichtung entweder das Saugventil oder das Druckventil geschlossen ist. Die Bezugszeichen 16a und 16b zei- gen Ringnuten um die jeweiligen Ventilöffnungen 13 und 4. Diese Ringnuten dienen dazu, die Zeitverzögerungen beim Abheben und Anlegen der jeweili- gen Ventilabdeckeinrichtungen durch den Abriss beziehungsweise die Ver- drängung des Gas-und/oder Kalteölpolsters zu minimieren.

In Fig. 3 ist eine Darstellung der Kompressorverlustleistungen für eine Kom- pressionsvorrichtung nach dem Stand der Technik dargestellt. Dabei wird von definierten Drücken ausgegangen und von dem Originalsaugventil bei einem hohen Druckverhältnis. Auf der y-Achse sind die gesamten Verlust- leistungen in Relation zur isentropen Leistung, das heißt, der Leistung bei konstanter Entropie, dargestellt. Auf der x-Achse sind jeweils unterschiedli- che Kompressordrehzahlen in der Einheit 1/min dargestellt.

Dabei sind die Verlustanteile auf die isentrope Verdichtungsarbeit, also die verlustfreie Verdichtungsarbeit bezogen. Die vier Diagramme zeigen die je- weiligen Verlustleistungen bei unterschiedlichen Fördergraden, wobei das Bezugszeichen A einen Fördergrad von 0,8 kennzeichnet, das Bezugszei- chen B einen Fördergrad von 0,6, das Bezugszeichen C einen Fördergrad von 0,4 und das Bezugszeichen D einen Fördergrad von 0,2.

Der Fördergrad ist dabei definiert als das Produkt aus dem Regelgrad und dem Liefergrad. Dabei ist der Regelgrad X regel wie folgt als das Verhältnis aus dem aktuellen geometrischen Hubvolumen des leistungsregelbaren Kompressors und dem maxialen geometrischen Hubvolumen definiert :

regel-Ugeo/Vgeo-max Der Liefergrad ist in klassischer Weise definiert als das Verhältnis aus real gefördertem Volumenstrom, bezogen auf den theoretisch bei dem aktuellen Hubvolumen geförderten Volumenstrom, nach folgender Gleichung : liefer = GR/ (Psaug Vgeo rc) Damit ergibt sich für den Fördergrad, das heißt, das Produkt aus dem Liefer- grad und dem Regelgrad, folgendes Verhältnis : förder-2 GR/ (psaug'Vgeo-max-rc Die quantitative Ermittlung der einzelnen Verlustbeiträge zum Gesamtverlust ist aufwendig und erfordert einen erheblichen Messaufwand an den Kom- pressoren, zum Beispiel eine Indizierung des Verdichtungsverlaufs mittels einer hochauflösenden Messtechnik.

Dabei sind aus dem Stand der Technik Verdichteroptimierungen bekannt, welche nach"Versuch und Irrtum"ablaufen, wobei im Ergebnis jeweils nur die Auswirkung auf den leicht zu ermittelnden Wirkungsgrad und den Liefer- grad ermittelt wird. Nicht ermittelt wird nach dem Stand der Technik, wie sich die einzelnen Verlustbeiträge quantitativ bei den verschiedenen Betriebsbe- dingungen aufteilen. Eine derartige Auflösung führt zu einem noch verbes- serbaren Optimierungspotential für die Verdichter beziehungsweise Kom- pressoren.

So führen, wie eingangs erwähnt, konstruktive Änderungen an der Kompres- sor-beziehungsweise Verdichtergestaltung gegebenenfalls zu gegenläufigen Auswirkungen auf die einzelnen Verlustvorgänge, wobei die Größe dieser

Auswirkungen wichtige Hinweise für weitere Optimierungsschritte liefern können.

Mittels eines rechnerischen Analyseverfahrens von Messdaten gelingt je- doch eine Quantifizierung der einzelnen Verlustanteile, wodurch Schlussfol- gerungen auf die dominierenden Verlustmechanismen unter verschiedenen Rahmen-beziehungsweise Betriebsbedingungen gewonnen werden können.

Dieses Optimierungsverfahren ist jedoch nicht Gegenstand der vorliegenden Erfindung und wird infolgedessen nicht detaillierter beschrieben. Vielmehr wird an einem konkreten Beispiel das Ergebnis einer derartigen Verlustana- lyse dargelegt und die Schlussfolgerungen abgeleitet, die bei einem R134a- Verdichter für die Kraftfahrzeug-Klimatisierung eine Steigerung des Ge- samtwirkungsgrades zur Folge haben kann.

Dabei bezieht sich in Fig. 3 das Bezugszeichen 31 a auf die relative hub- unabhängige Reibleistung, das Bezugszeichen 31 b auf die relative hubab- hängige Reibleistung, das Bezugszeichen 31 c auf den relativen Leckagever- lust, das Bezugszeichen 31 d auf den relativen Druckventilverlust und das Bezugszeichen 31 e auf den relativen Saugventilverlust. Man erkennt, dass die relative hubunabhängige Reibleistung sowie die relative hubabhängige Reibleistung im Wesentlichen unabhängig von der jeweiligen Kompressor- drehzahl ist. Der relative Leckageverlust 31 c sowie der relative Druckventil- verlust 31 d ändern sich in Abhängigkeit von der Kompressordrehzahl. Insbe- sondere bei hohen Fördergraden, wie in Fig. A und B gezeigt, ist erkennbar, dass der relative Saugventilverlust 31 e in Abhängigkeit von der Kompressor- drehzahl zu hohen Kompressordrehzahlen hin stark ansteigt und, insbeson- dere bei hohen Fördergraden und hohen Kompressordrehzahlen, der relati- ve Saugventilverlust 31 e die Gesamtverlustleisturig dominiert.

Aus diesem Grunde kann, insbesondere bei hohen Kompressordrehzahlen, durch eine Absenkung des relativen Saugventilsverlusts die Gesamtverlust- leistung erheblich reduziert werden. Bei realen Betriebszuständen eines Kli- makompressors erreicht die Ansaugleistung durch den Ventilspalt des Saug- ventils Werte von über 1000 W.

Durch eine Reduzierung dieser Verluste am Saugventil kann damit der Ge- samtverlust reduziert werden, selbst wenn durch dieselbe Maßnahme der Druckventilverlust, der sich im Vergleich zum Saugventilverlust weniger stark auf den Gesamtverlust auswirkt, erhöht wird.

In Fig. 4 ist eine erfindungsgemäße Vorrichtung zum Komprimieren von gas- förmigen Medien in einer ersten Ausführungsform dargestellt. Diese weist eine Druckventilöffnung 4 und zwei Saugventilöffnungen 13a und 13b auf.

Daraus ergibt sich, dass der Umfang der Saugventilöffnungen den Umfang der Druckventilöffnung 4 bei weitem übersteigt, d. h. er in diesem Ausfüh- rungsbeispiel im Wesentlichen das Doppelte beträgt. Das Bezugszeichen 7 kennzeichnet die Abdeckeinrichtung des Saugventils, welche die Ventilöff- nungen 13a und 13b in geschlossenem Zustand vollständig abdeckt.

Wie eingangs erwähnt, entsteht generell der größte Anteil des Druckverlus- tes am engsten Querschnitt des jeweiligen Ventil§. Dies ist bei der üblichen Konstruktion der Verdichterventile die Mantelfläche des säulenähnlichen Gebildes (vgl. Fig. 2), dessen Höhe durch den Abstand der Abdeckeinrich- tung von der Ventilplatte und dessen Umfang durch den Umfang des Ventil- öffnungsquerschnitts der Ventilplatte definiert ist. Dies bedeutet, dass der engste freie Querschnitt des Saugventils in Beziehung zum engsten Quer- schnitt des Druckventils durch die jeweiligen definierten Mantelflächen im Produkt mit den Abständen der Abdeckeinrichtungen zur Ventilplatte defi- niert ist.

In Fig. 5 ist eine weitere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrich- tung dargestellt. Bei dieser Ausführungsform wird der erheblich größere Um- fang des Saugventils gegenüber dem Druckventil dadurch erreicht, dass die- se Ventilöffnung einen wesentlich größeren kreisförmigen Querschnitt auf- weist. Dabei ist jedoch zu beachten, dass zwischen den jeweiligen Öffnun- gen für das Druck-und das Saugventil in der Ventilplatte ein genügend brei- ter Steg (nicht gezeigt) verbleibt, der eine Trennung zwischen dem Druck- und dem Saugraum auf der dem Zylinder gegenüberliegenden Seite der

Ventilplatte ermöglicht, in dem beziehungsweise von dem aus das zu ver- dichtende Gas strömt (vgl. Fig. 2).

In Fig. 6 ist eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrich- tung dargestellt. Dabei bleibt das Druckventil beziehungsweise dessen Öff- nung 4 im Vergleich zu der in Fig. 5 gezeigten Ausführungsform im Wesent- lichen unverändert. Die Abdeckeinrichtung 7 für die Ansaugöffnung weist eine Vielzahl von Ausnehmungen 27a, 27b usw. auf. Diese Ausnehmungen 27a, 27b dienen dazu, den Strömungsweg im engsten Spalt zu vermindern.

Da neben dem Querschnitt des jeweiligen Spalts auch die Länge des Spalts zwischen der Öffnung des Ventils 13 und der Abdeckeinrichtung 7 von Be- deutung ist, kann durch diese Durchbrüche oder Ausnehmungen 27a, 27b erreicht werden, dass an den Stellen, infolge derer ein relativ langer Gasweg mit engem Querschnitt entstehen würde, das Gas direkt austreten kann. Die jeweiligen Ausnehmungen 27a, 27b können, wie in der in Fig. 6 gezeigten Ausführungsform, im Wesentlichen symmetrisch angeordnet sein ; es ist je- doch auch eine hiervon abweichende Anordnung der jeweiligen Ausneh- mungen 27a, 27b beziehungsweise Durchbrüche möglich. Die Öffnung 13 ist in dieser Ausführungsform sternförmig ausgebildet, wodurch ein stark erhöh- ter Umfang erreicht wird. Die Ausnehmungen sind zwischen den Vorsprün- gen 28a, 28b etc. der Öffnung 13 angeordnet.

Bei der in Fig. 7 gezeigten Ausführungsform weist die Abdeckeinrichtung 13 anstelle der Ausnehmungen 27a, 27b aus Fig. 6 Einschnitte 29a, 29b etc. auf. Die Ansaugöffnung 13 weist in dieser Ausführungsform ebenfalls Vor- sprünge 28a, 28b etc. auf. Durch diese Maßnahme kann einerseits der Um- fang der Ansaugöffnung 13 stark erhöht werden, andererseits können, da die Abdeckeinrichtung 7 die Öffnung jeweils nur jeweils im Bereich der Vor- sprünge geringfügig überragt, auch allzu lange Strömungswege verhindert werden. Die Vorsprünge 39a, 39b, 39c (vgl. Fig. 6 und 7) der Abdeckeinrich- tung 7 dienen bevorzugt der Hubbegrenzung der Abdeckeinrichtung.

Die Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der Vermeidung der obengenannten Nachteile (hohe energetische Veriustbeiträge durch das Saugventil innerhalb der Kompressionsvorrichtung). Insbesondere ist es möglich, die Durchtrittsfläche des für den Druckverlust hauptsächlich verant- wortlichen engsten Ventilspaltes bzw. am Saugventil um Faktoren im Ver- gleich zu dem des Druckventils zu erhöhen.

In Fig. 8 ist die Kompressorverlustleistung für unterschiedliche Regelgrade für die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Austausch von Wärme darge- stellt. Dabei bezeichnen die Abschnitte A, B, C und D wiederum die einzel- nen Verhältnisse bei den unterschiedlichen Regelgraden 0,8 (A), 0,6 (B), 0,4 (C), 0,2 (D). Aufgetragen ist auch hier die Verlustleistung in Relation zur isentropen Leistung gegenüber der jeweiligen Kompressordrehzahl.

Man erkennt, dass auch bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Komp- rimieren von Gas die relative hubunabhängige Reibleistung 31 a sowie die relative hubabhängige Reibleistung 31 b über den betrachteten Kompressor- drehzahlbereich im Wesentlichen konstant bleibt. Dagegen findet bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Komprimieren von Gas in Abhängigkeit von der Kompressordrehzahl gegenüber dem Stand der Technik mit stei- gender Kompressordrehzahl ein erheblich geringerer Anstieg des relativen Saugventilverlusts, insbesondere bei hohen Regelgraden und hohen Kom- pressordrehzahlen, statt.

Dagegen wirkt sich bei geringen Regelgraden die Verbesserung am Saug- ventil nur relativ geringfügig aus.

In den Figuren 9 und 10 ist der Gesamtwirkungsgrad eines R134a- Kompressors dargestellt, wobei Fig. 9 den Wirkungsquerschnitt eines Kom- pressors nach dem Stand der Technik und Fig. 10 des der erfindungsgemä- ßen Vorrichtung darstellt. Dabei wird wieder von definierten Drücken ausge- gangen. Über der x-Achse ist die jeweilige Drehzahl des Kompressors aufge- tragen, über der y-Achse der Fördergrad und über der z-Achse der errechne- te Gesamtwirkungsgrad. Man erkennt, dass im Falle der erfindungsgemäßen

Vorrichtung, insbesondere bei hohen Fördergraden und hohen Drehzahlen, der Gesamtwirkungsgrad erheblich höher liegt als der vergleichbare Wir- kungsgrad bei der Vorrichtung nach dem Stand der Technik. Auch liegt der maximale Gesamtwirkungsgrad bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung deutlich höher als bei der Vorrichtung nach dem Stand der Technik. Wäh- rend für hohe Fördergrade und hohe Kompressordrehzahlen der berechnete Gesamtwirkungsgrad bei der Vorrichtung nach dem Stand der Technik sehr rasch auf Werte unter 0,25 absinkt, beträgt der Gesamtwirkungsgrad für die erfindungsgemäße Vorrichtung bei den vergleichbaren Drehzahlen und För- dergraden noch etwa 0,35.

Wie in Fig. 8 dargestellt, konnten im Vergleich zu Fig. 3 die Saugventilverlus- te auf ca. 30 % reduziert werden. Dabei konnten die Auswirkungen auf den Gesamtwirkungsgrad-in den Figuren 8,9 und 10 gezeigt-definiert als das Verhältnis von isentroper Verdichtungsleistung und investierter mechani- scher Antriebsleistung, vor allem bei mittleren und hohen Volumenströmen (das heißt, mittleren und hohen Drehzahlen und mittleren und hohen Regel- graden), signifikant verbessert werden, wie sich aus dem Vergleich der Figu- ren 9 und 10 ergibt. Dies führt im Ergebnis dazu, dass für den Betrieb der Klimaanlage geringere Antriebsleistung nötig ist, und auf diese Weise der für die Klimaanlage benötigte Kraftstoffverbrauch und die dazugehörige Emissi- on (Treibhauseffekt) verringert werden können.

Daneben ist es möglich, die Heißgastemperatur zu senken. Dies führt zu geringeren thermischen Belastungen der Kältemittelschläuche, zu einer Ent- schärfung der Leistungsanforderungen an den Kondensator, da weniger Wärme an die Umgebung abzuführen ist, sowie zu einer Reduktion der Käl- temitteldiffusionsrate durch die elastomeren Schlauchmaterialien, was wie- derum zu weiterer Schonung der Umwelt'führt.