DE2938276A1

DE2938276A1 - Fluegelzellenverdichter

Info

Publication number: DE2938276A1
Application number: DE19792938276
Authority: DE
Inventors: Hubert 7050 Waiblingen Dettling; Ernst Dipl.-Ing. 7130 Mühlacker Linder; Helmut Dipl.-Ing. 7000 Stuttgart Rembold; Ing.(grad.) Manfred 7000 Stuttgart Ruoff; Jürgen Dipl.-Ing. 7141 Möglingen Werner
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1979-09-21
Filing date: 1979-09-21
Publication date: 1981-04-09
Also published as: JPS5656993A; IT1132978B; DK149410C; DK399180A; DK149410B; US4384828A; IT8024774A0

Description

R. 5721

II.9.1979 Wd/Jä

ROBERT BOSCH GMBH, 7OOO STUTTGART 1

Flügelzellenverdichter Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einem Flügelzellenverdichter nach der Gattung des Hauptanspruchs· Ein derartiger bekannter Flügelzellenverdichter hat den Nachteil, daß zur Schmierung und zur Spaltabdichtung an den Lagern und den Rotorstirnseiten auf der Saugseite Öl zugeführt werden muß, das durch einen Ölabscheider wieder gesammelt werden muß. Ein weiterer entscheidender Nachteil besteht darin, daß durch den Ölfilm an den Stirnseiten des Rotors Schleppreibungsverluste auftreten, die beträchtlich sein können.

Vorteile der Erfindung

Der erfindungsgemäße Flügelzellenverdichter mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, daß eine Ölabscheidung nach der Verdichtung sowie ein ölsumpf entfallen können und daß die Reibungsverluste des Verdichters teilweise wesentlich geringer sind als bei bisherigen Verdichtern.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im Hauptanspruch angegebenen Merkmale möglich.

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Zeichnung

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen Fig. 1 einen Längsschnitt durch einen Flügelzellenverdichter, Fig. .2 einen Schnitt längs II..II nach Fig. 1 in etwas vereinfachter Darstellung, Fig. 3 eine Einzelansicht, Figuren 4-7 Lagerungen der Wellenzapfen des Verdichterrotors.

Beschreibung des Ausführungsbeispiels

In Fig. 1 ist mit 10 eine Druckraumkapsel bezeichnet, in der ein Flügelzellenverdichter 11 untergebracht ist, dessen Rotor 12 von einem als Synchronmotor ausgebildeten Elektromotor 13 angetrieben ist. Der Flügelzellenverdichter - im folgenden der Einfachheit halber als Verdichter bezeichnet - ist verhältnismäßig einfach aufgebaut und besteht aus einem äußeren Gehäusering 15, der beidseitig von Stirndeckeln 16, 17 verschlossen ist, und dem Rotor 12, welcher mit einem durchgehenden Schlitz 18 - siehe Fig.3 - versehen ist, in welchem zwei Flügel 19, 22 geführt sind. Die Flügel liegen unmittelbar aneinander, ihre abgeschrägten Enden laufen an der Innenwand des Gehäuserings 15, die oval ausgebildet sind, so daß gegenüber dem kreiszylindrischen Rotor 12 zwei sichelförmige Arbeitsräume 21, 20 gebildet werden.

Die Flügel 19, 22 haben in der Mitte weite Durchbrüche 23 24. In jedem Flügel ist eine von außen zum Durchbruch 23 24 ausgebildete Bohrung 25, 26 vorgesehen, von denen jede in einen kleinen Raum 27, 28 mündet, in dem je ein blättchenförmiger Ventilkörper 29, 30 angeordnet ist. Diese Ventilkörper steuern die Verbindung von den Arbeitsräumen 21, 20 über die Ausdehnungen 23, 24 zu einem innerhalb des Rotors 12 liegenden zentralen Druckraum 32.

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Der Rotor 12 ist mit zwei Wellenzapfen 34, 35 versehen, von denen der erstere in einem Gleitlager 36 gelagert ist, der andere in einer zentralen Bohrung 37 des Stirndeckels 17; es handelt sich ebenfalls um ein Gleitlager. Die Lagerzapfen 34, 35 haben durchgehende zentrische Bohrungen 39, 40, die in den zentralen Druckraum 32 münden.

In jedem Arbeitsraum 20, 21 mündet an der Spitze der Sichel ein Schlitz 41, 42, die Verbindung haben mit durchgehenden Längsbohrungen 43, 44 im Gehäusering 15. Diese Bohrungen durchdringen auch den Stirndeckel 17 und sind an ein Rohrnetz 46 angeschlossen, das mit einem Saugstutzen 45 verbunden ist.

Die Bohrung 40 im Wellenzapfen 34 des Rotors mündet unmittelbar in den Innenraum 47 der Druckraumkapsel 10. An dieser ist ein Auslaßstutzen 4 8 angeordnet, an welchen eine nicht dargestellte Verbraucherleitung angeschlossen ist.

Der Wellenzapfen ist über das Leitlager 36 mit einem aus Blech geformten topfartigen Rotor 50 fest verbunden, welcher Teil des Elektromotors 13 ist. An der flanschartigen Innenwand des Rotors 50 sind Dauermagnete 51 angeordnet. Diese wirken mit den Wicklungen 52 des Stators 53 zusammen, welcher fest am Gehäusering 15 angeordnet ist. Daraus ist zu erkennen, daß der Rotor 12 des Verdichters 11 mit dem Rotor 50 des Elektromotors über das Blechteil 49 verbunden ist. Der Verdichter 11 ist über eine Blattfeder 54 an der Druckraumkapsel aufgehängt .

Wie die Fig. 2 zeigt, sind an der Stirnseite des Rotors eine größere Anzahl in etwa radialer Richtung verlaufende spiralförmige Nuten 55 ausgebildet, die vom Außendurchmesser ausgehen, aber nicht bis zum Zentrum des

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Rotors verlaufen, sondern bis zu einer Zone 56, die etwa am halben Radius endet. Die Krümmung der spiralförmigen Nuten verläuft in Drehrichtung des Rotors, der durch einen Pfeil U gekennzeichnet ist. In derselben Weise sind auch an der anderen Stirnseite des Rotors solche Nuten ausgebildet. Die Nuten können aber anstatt am Rotor auch an den dem Rotor zugewandten Seitenflächen der Stirndeckel l6, 17 ausgebildet sein. An den Übergängen von den Rotorstirnseiten zu den Wellenzapfen sind Ringnuten 57, 58 ausgebildet.

Beim Betrieb des Flügelzellenverdichters wird über den Saugstutzen 45 Frigendampf angesaugt, der über das Rohrsystem 44 und die Bohrungen 43, 44 im Gehäusering 15 sowie die Schlitze 41, 42 in die Arbeitsräume 21, 22 gelangt. Durch die Rotation des Rotors 12 wird der Frigendampf durch die Flügel verdichtet und gelangt über die Ventilkörper 29, 30, die im übrigen durch Fliehkraft auf ihre Sitze gedrückt werden, in das innere des Verdichters. Das verdichtete Medium strömt über die Durchbrüche 23, 24 in den zentralen Druckraum 32 und von dort über die Bohrung 39, 40 in den Wellenzapfen 34, 35 in das Innere der Druckraumkapsel 10, von wo es über den Auslaß 48 zum Verbraucher gelangt. Dadurch, daß das Innere des Verdichters dauernd unter dem Verdichtungsdruck steht, bildet sich über die Spalte zwischen den Stirnseiten des Rotors und den Stirndeckeln 16, 17 eine Leckströmung zur Niederdruckseite hin aus. Diese Strömung wird jedoch erfindungsgemäß durch die spiralförmigen Nuten 55 wesentlich verringert. Durch sie wird nämlich erreicht, daß bei Drehung des Rotors durch diese Nuten eine Strömung erzeugt wird, die der Leckströmung entgegengerichtet ist, d. h., daß gewissermaßen eine Förderung nach innen hin erfolgt, und zwar bis zur

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Drosselzone 56. Hier entsteht ein Staudruck, der für eine erhöhte Tragfähigkeit der seitlichen Rotorlagerung verantwortlich ist. Die Anordnung der Nuten 55 hat auch noch den Vorteil, daß sich der Rotor 12 durch den Druck in den Nuten so einstellt, daß die stirnseitigen Spalte gleich groß sind und damit der zugehörige Leckstrom minimal wird. Zweckmäßigerweise sind die Nuten 55 als Rillen geringer Tiefe ausgebildet.

Zweckmäßig ist es, auch an den Wellenzapfen 3^j 35 spiralförmige Nuten auszubilden. Dies ist in den Figuren 4 bis 7 vereinfacht dargestellt, da diese Darstellungsweise für das Verständnis völlig ausreicht. Die Spiralnuten 57, 58 erstrecken sich von den Stirnseiten des Rotors nach außen, aber nicht so weit, daß sie über die Lagerstelle hinausdringen, sondern es verbleibt jeweils eine nutfreie Zone 59j 60. Im Falle des Ausführungsbeispiels nach Fig. 5 sind die nutfreien Zonen 59, 60 unmittelbar an den Rotorstirnseiten, während hier die spiralförmigen Nuten oder Rillen 57, 58 über die Lagerstellen nach außen dringen. Weitere Varianten zeigen die Ausführungsbeispiele nach den Figuren 6 und 7, wo die spiralförmigen Nuten - nun mit 6l, 62 bezeichnet - Fischgrätprofil aufweisen, und zwar ausgehend von der Mitte der Lagerstelle nach links und rechts. Diese Anordnung hat folgenden Zweck: Die Ringnuten 57, 58 stehen mit dem zentralen Druckraum 32 in Verbindung. Dadurch kann verdichtetes Frigengas zu den spiralförmigen Nuten vordringen, wodurch die Lagerstellen geschmiert werden. Die Drosselzonen 59> 60 verhindern einen Druckabbau im zentralen Druckraum 32. Je nach Zweckmäßigkeit können die Nuten links oder rechts steigend ausgebildet sein, so daß eine Förderung von innen nach außen (Fig. 4) oder von außen nach innen (Fig. 5) erfolgt, oder im Ausführungsbeispiel nach Fig. 6 von außen und innen zur Lagermitte bzw. von der Lagermitte nach außen und innen beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 7·

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Es ist auch möglich, einen entsprechend abgewandelten Flügelzellenverdichter so zu gestalten, daß der Rotor fliegend gelagert ist und nur eine Lagerstelle aufweist, an deren Wellenzapfen dann ebenfalls spiralförmige Nuten ausgebildet sind.

Sollte es sich als notwendig erweisen, so kann die Lagerschmierung durch einen sehr geringen Ölnebelzusatz von etwa 10 % zum Frigendampf sich als vorteilhaft erweisen. Eine ölabscheidvorrichtung ist dadurch noch nicht notwendig.

Zweckmäßig ist es auch, die Flügel 19, 20 mit Polyimid, Molybdän bzw. Molybdändisulfid zu beschichten. Der Flügel, der Rotor und das Gehäuse können auch aus keramischen Werkstoffen hergestellt sein.

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Claims

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ROBERT BOSCH GMBH, 7OOO STUTTGART 1 Ansprüche

fiy Flügelzellenverdichter für Frigen, das von der - bezogen auf den zylindrischen Rotor - außenliegenden Saugseite über in den Flügeln angeordnete Ventile zur innenliegenden Druckseite zugeleitet wird und der Rotor zwischen seitlichen Gehäusewandungen angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Gehäusewandungen (16, 17) und den angrenzenden Stirnseiten des Rotors (12) in
radialer Richtung verlaufende gekrümmte Nuten (55) ausgebildet sind, die von dessen Außenseite ausgehen, aber nicht bis zu seinem Zentrum verlaufen, so daß dort eine nutfreie Zone (56) gebildet ist, und daß die Krümmung
der Nuten (55) von innen nach außen in Drehrichtung
verläuft.

2. Verdichter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

daß die Nuten an den Stirnseiten des Rotors ausgebildet sind.

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3. Verdichter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, da die Nuten in den Stirnseiten der Gehäusewandungen (16, 17) ausgebildet sind.

h. Verdichter nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß die Nuten als spiralförmige Rillen ausgebildet sind.

5. Verdichter nach einem der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, daß auch an den Wellenzapfen (34, 35) im Bereich der Lagerstellen des Rotors etwa spiralförmige Nuten (57, 58, 6l, 62) ausgebildet sind, die entweder von außen nach innen oder von innen nach außen verlaufen oder etwa von der Mitte der Lagerstellen ausgehen sowohl nach innen wie nach außen.

6. Verdichter nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß an den Wellenzapfen im Bereich der Lagerstellen kurze Zonen (59, 60) ohne Nuten ausgebildet sind (Drosselzonen) die entweder innen oder außen bezüglich der Lagerstellen liegen.

7. Verdichter nach einem der Ansprüche 1-6, dadurch gekennzeichnet, daß die Schmierung der Berührungsstellen zwischen Rotor und Gehäuse und an den Lagerstellen durch

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Frigendampf erfolgt, dem ein sehr geringer ölnebelzusatz (z. B. 10?) beigemischt sein kann.

8. Verdichter nach einem der Ansprüche 1-7, dadurch gekennzeichnet, daß dieser zweiflutig ausgebildet ist und daß im zentralen Druckraum (32) verdichtete Druckmedium in eine den Verdichter und den Elektromotor aufnehmende Druckraumkapsel (10) geleitet wird, von wo es über einen Auslaß (48) dem Verbraucher zuströmt.

9. Verdichter nach einem der Ansprüche 1-8, dadurch gekennzeichnet, daß dieser von einem als Synchronmotor ausgebildeten Elektromotor (13) angetrieben ist und daß das Gehäuse des Flügelzellenverdichters (11) innerhalb des Stators (53) des Synchronmotors angeordnet ist, während dessen Rotor (49) mit Dauermagneten (51) ausgestattet ist, daß dieser Rotor ein topfförmiges Gebilde darstellt, das mit dem Rotor (12) des Verdichters fest verbunden ist.

10. Verdichter nach einem der Ansprüche 1-9, dadurch gekennzeichnet, daß die Wellenzapfen (3¹J, 35) bis zur Mitte des Verdichterrotors (12) durchgehende Längsbohrung (39, 40) aufweist, die mit.dem zentralen, innenliegenden Druckraum (32) verbunden sind und daß der Rotor (49) des Elektromotors mit einem der Wellenzapfen (34) verbunden ist.

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11. Verdichter nach einem der Ansprüche 1-10, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse des Verdichters über ein Federelement (4) an der Druckraumkapsel (10) aufgehängt ist.

12. Verdichter nach einem der Ansprüche 1-11, dadurch gekennzeichnet, daß die Flügel (19, 20) beschichtet sind. z. B. mit Polyamid, mit Molybdän oder Molybdänsulfid.

13. Verdichter nach einem der Ansprüche 1-11, dadurch gekennzeichnet, daß die Flügel, der Rotor und das Gehäuse des Verdichters aus keramischen Werkstoffen bestehen.

1*J. Verdichter nach einem der Ansprüche 1-13, dadurch gekennzeichnet, daß an den Übergangsstellen des Rotors zu den Wellenzapfen Ringnuten (57, 58) ausgebildet sind, die mit dem zentralen Druckraum (32) in Verbindung stehen.

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