DE3308227C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Spiralkompressor gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Ein solcher Kompressor ist durch die EP 00 12 616 A1 bekannt­ geworden. Bei diesem ist eine Steuerung der Fördermenge nicht möglich.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde den eingangs erwähnten Verdichter derart auszubilden, daß eine Steuerung der Förder­ menge möglich ist.

Diese Aufgabe wird, wie im Kennzeichen des Anspruchs 1 angegeben ist, gelöst.

Auf diese Weise ist es möglich, mittels des Steuerventils bzw. der beiden Steuerventile die Fördermenge zu steuern.

Anhand einiger Ausführungsbeispiele, die in der Zeichnung dar­ gestellt sind und im folgenden beschrieben sind, wird die Er­ findung weiter erläutert. In der Zeichnung zeigen:.

Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine erste Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 2 einen Schnitt nach der Linie 2-2 der Fig. 1;

Fig. 3 einen Schnitt nach der Linie 3-3 der Fig. 1;

Fig. 4 einen Schnitt nach der Linie 4-4 der Fig. 3;

Fig. 5 ein Analogon zur Fig. 3;

Fig. 6 einen Schnitt nach der Linie 6-6 der Fig. 5;

Fig. 7 einen Längsschnitt durch eine zweite Ausführungsform und Fig. 8 einen Längsschnitt durch eine dritte Ausführungsform.

Fig. 1 zeigt einen Spiralkompressor 10. Diser besteht aus einem Gehäuse 11, das eine obere Kammer 12 und eine untere Kammer 13 hermetisch abschließt. Die obere Kammer 12 steht un­ ter Saugdruck, die untere Kammer 13 steht unter Abgabedruck. Die Kammern 12 und 13 sind durch einen Tragrahmen 14 vonein­ ander getrennt. Dessen äußerer Umfang sitzt dichtend an der Innenwand des Gehäuses 11.

Die untere Kammer 13 enthält einen Elektromotor 15 mit einem Rotor 16 und einer mit diesem verbundenen Antriebswelle 17. Am oberen Ende der Welle 17 befinden sich Lager 17a und 17b, die eine Abstützung der Welle in radialer Richtung bewirken. Am oberen Ende der Welle 17 befindet sich ein Kurbelzapfen 18, dessen Achse parallel zur Welle 17 und versetzt zu dieser orientiert ist. Wenn die Welle 17 sich dreht, dreht sich der Kurbelzapfen 18 innerhalb eines Lagers 18a, was zur Folge hat, daß ein Schwingglied 19, das dieses Lager aufweist, sich um seine Achse dreht. Das Schwingglied 19 ist ein in radialer Richtung sich hin- und herbewegendes Antriebselement, das mit einem Zapfen 20 verbunden ist, der auf der Unterseite einer Stirnplatte 25 sitzt. Dreht sich das Schwingglied 19, beschreibt der Zapfen 20 eine Orbitalbewegung um die Achse des Schwinggliedes 19 und dreht sich in dem Lager 20a. Das Schwingglied 19 transformiert somit die Rotationsbewegung der Welle 19 in eine Orbitalbewegung der Platte 25.

Die Fig. 1 und 3 zeigen, wie eine Wand 26, die sich spiral­ förmig um eine Achse windet, die parallel zur Achse der Welle 17 verläuft und die Orbitalbewegung mit vollführt, auf der Oberseite der Stirnplatte 25 angeordnet ist. Man erkennt, daß die Wand 26 eine feste Wand 27 berührt, die ebenfalls eine spiralige Form hat. Die Berührung erfolgt an verschiedenen Punkten der Wände 26 und 27. Die Wand 27 ragt von einer festen Stirnplatte 28 nach unten, die parallel zu der Platte 25 ist.

Die Wände 26 und 27 werden in einem festen Winkelverhältnis zueinander durch Verwendung einer Oldham-Kupplung gehalten, die aus einem Kreisring 29 besteht, an dem vier Gleitblöcke 30 mittels Schrauben 31 und Muttern drehbar sitzen. Die Blöcke 30 sitzen gleitend in Schlitzen 30a , die in dem Rahmen 14 diametral einander gegenüberliegend angeordnet sind. Diese Blöcke sind um 90° zueinander versetzt an der Platte 25 befestigt. Die Platte 25 kann somit keine Winkelverdrehung, wohl aber eine Orbitalbewegung, d. h. eine kreisförmige Translationsbewegung vollführen. Der Orbitalradius ist variabel. Die feste Platte 28 wird durch mehrere Arme 32a-d gehalten, die an dem Rahmen 14 mittels Bolzen 33 befestigt sind. Die Platte 25 wird in axialer Richtung durch ein kreisförmiges Drucklager 34 gehalten.

Die Schmierung der verschiedenen Lagerflächen wird durch eine Ölpumpe 35 bewirkt, die am unteren Ende der Welle 17 sitzt und in ein Ölreservoir 36 am Boden des Kompressors ragt. Die Öl­ pumpe 35 ist eine Zentrifugalpumpe und arbeitet, wenn sich die Welle 17 dreht. Sie treibt Öl durch eine nicht dargestellte Bohrung in der Welle 17 nach oben. Dieses Öl schmiert dann die verschiedenen Lager.

Die Fig. 3 zeigt, daß vom Punkt A im Gegenuhrzeigersinn eine peripher verlaufende Wand 40 bis zum Punkt B geht und einen ersten Einlaß 41 und einen zweiten Einlaß 42, die sich beide in der festen Platte 28 befinden, umschließt. Die Wand 40 geht von der festen Wand 27 aus und dichtet die Eingänge 41 und 42 ab, so daß das Fluid, das durch diese Eingänge in die Taschen fließt, die von den Wänden 26 und 27 gebildet werden, gesteuert werden kann. Die Eingänge 41, 42 sind durch eine elastische Trenn­ wand 43 voneinander getrennt. Diese ist ein Federstahlstreifen, dessen Breite dem Abstand der einander gegenüberliegenden Flächen der beiden Platten 25 und 28 entspricht. Der Streifen erstreckt sich von der Wand 40 zu der Wand 26. Die Trennwand 43 steht in Kontakt mit der Wand 26, und zwar jederzeit während der Orbitalbewegung. Sie ist mittels einer Schraube 44 an der Wand 40 befestigt.

Wie den Fig. 1 und 3 zu entnehmen ist, befindet sich ein Aus­ gang 45 für komprimiertes Fluid im Zentralbereich der festen Platte 28. Von diesem geht eine Leitung 46 radial nach außen und dann nach unten durch den Rahmen 14 hindurch. Diese Leitung steht in Verbindung mit der unteren Kammer 13. Ferner sitzen an der festen Platte 28 ein erstes Ventil 47 und ein zweites Ventil 48. Die Ventile 47 und 48 steuern den Fluß von der Kammer 12 durch die ersten und zweiten Eingänge 41 und 42. Diese Ventile können elektrische Solenoidventile sein. Sie können beispielsweise die Eingänge 41 und 42 gänzlich öffnen oder gänzlich schließen. Es können aber auch Proportional­ ventile sein, wenn man den Fluß stetig steuern will. Die Ventile 47 und 48 werden elektrisch über Leitungen 47a und 48a gesteuert, die mit Kontakten 53 verbunden sind, welche durch das Gehäuse 11 abgedichtet hindurchragen. Die Kontakte 53 führen zu einem Kasten 54, der auf der Außenseite des Gehäuses sitzt.

In der ersten Ausführungsform, die in den Fig. 1-4 dargestellt ist, tritt das Fluid durch eine Saugleitung 49 in das Gehäuse 11 ein und fließt in die obere Kammer 12. Sie befindet sich auf einem relativ niedrigen Druck. Wenn der Kompressor 10 mit voller Kapazität arbeitet, sind beide Ventile 47 und 48 offen. Das Fluid strömt dann durch die Leitungen 41 und 42 in die Taschen, die zwischen der sich drehenden und der festen Wand 26 bzw. 27 gebildet werden. Der linienförmige und sich bewegende Kontakt zwischen den Wänden 26, 27 definiert Taschen 50a, 50b und 50c (s. Fig. 3). Indem sich die Taschen 50a und 50b zum Zentrum des Kompressors hinbewegen, nimmt das Volumen des Fluids, das sich in diesen Taschen befindet, ab, was zur Folge hat, daß der Druck des Fluids entsprechend steigt.

In Strömungsrichtung hinter dem Ausgang 45 und oberhalb desselben sitzt ein Absperrventil (in Fig. 6 im einzelnen dargestellt), das eine flache Kreisplatte 51 aufweist, die durch eine Schrauben­ feder 52 nach unten gedrückt wird und den Ausgang 45 verschließt. Wenn der Druck des Fluids in der Tasche 50c im Bereich des Aus­ gangs 45 größer ist als die Kraft der Feder 52 und des Druckes in der Leitung 46, öffnet dieser Druck das Ventil mit der Folge, daß das Fluid durch die Leitung 46 in die Kammer 13 strömt. Das Fluid strömt durch die Leitung 55 in dem Rahmen 14, an dem Rotor 16 vorbei und verläßt den Kompressor 10 durch die Leitung 56.

Um die Förderkapazität des Kompressors 10 auf 50% seines Maxi­ malausstosses zu drosseln, wird das Ventil 48 geschlossen, was zur Folge hat, daß Fluid nicht durch den zweiten Eingang 42 eintreten kann. Das Fluid tritt jedoch weiterhin durch den Eingang 41 ein. Es kann nicht um die äußere Flanke der Wand 26 herum zum zweiten Eingang 42 strömen, weil es daran die Dichtung 43 hindert. Das durch den Eingang 41 eintretende Fluid wird komprimiert, indem die Wand 26 um die Wand 27 herumläuft. Da das Ventil 48 geschlossen ist, fällt der Druck in der zweiten Leitung 42 auf ein niedriges Niveau ab, während der Kompressor 10 arbeitet. Die Tasche 50a enthält komprimiertes Fluid und die Tasche 50b enthält einen niedrigen Druck. Da diese beiden Taschen sich am Ausgang 45 zu einer gemeinsamen Tasche 50c ver­ einigen, führt das zu einem Druckabfall. Bei Fortführung der Drehung der Wand 26 steigt der Druck wieder an, bis er ein Gleichgewicht einnimmt mit dem Druck in der Leitung 46. Das Ausgangsventil 51 verhindert den Rückfluß des Fluids in den Ausgang 45. Das Fluid fließt nur an der Ventilplatte 51 vorbei und durch die Leitung 45, wenn der Druck in der Leitung 46 geringer ist als der im Ausgang 45. Da der Ausgang 45 nur 50% des Druckes erhält, der bei voller Tätigkeit des Kompressors wirk­ sam ist, ist die Ausgangsmenge des Kompressors auf ungefähr 50% reduziert.

Um den Kompressor 10 vollständig abzuschalten, werden beide Ven­ tile 47 und 48 geschlossen.

Werden Ventile 47 und 48 benutzt, die sich allmählich verändern lassen, kann die Förderleistung des Kompressors 10 auf jeden Wert zwischen 0 und 100% gesteuert werden. Wenn beide Ventile 47 und 48 teilweise geschlossen sind, fließt Fluid durch beide Lei­ tungen 41 und 42 in entsprechend reduzierter Form, und der Massenfluß durch den Kompressor ist reduziert. Andererseits kann das zweite Ventil 48 teilweise geschlossen werden, und das erste Ventil 47 ist völlig offen. Das führt zu einer Durch­ flußmenge im Bereich zwischen 50 und 100%. Es ist darauf hinzuweisen, daß das erste Ventil 47 nicht mehr geschlossen werden kann als das zweite Ventil 48, ohne daß das Fluid die Trennwand 43 umströmt. Diese dichtet nur, wenn der Druck in der ersten Leitung 41 gleich oder größer als der Druck in der zweiten Leitung ist. Wenn also die Durchflußmenge des Kom­ pressors reduziert werden soll, ist es notwendig, das zweite Ventil 48 mehr zu schließen als das erste 47 oder beide Ven­ tile um gleiche Beträge zu schließen.

Die Fig. 5 und 6 zeigen eine weitere Ausführungsform der Er­ findung. Bei dieser ist die Abdichtung zwischen dem ersten Ein­ gang und dem zweiten Eingang 42 derart ausgebildet, daß ein Schieber 57 gegen die äußere Flanke der Wand 26 von einer Schraubenfeder 58 gedrückt wird. Die Elemente 57 und 58 sitzen abgedichtet in einem Gehäuse 58a außerhalb einer Wand 59. Die Wände 59 und 40 sind im übrigen gleich ausgebildet, mit Ausnahme der Tatsache, daß die Wand 59 einen Schlitz aufweist, durch welchen der Schieber 57 abgedichtet hindurchragt. Der Schieber 57 befindet sich zwischen der Platte 25 und der Platte 28. Er verhindert den Fluß um die Peripherie der Wand 26 herum zwischen dem ersten Eingang 41 und dem zweiten Eingang 42. Der Vorteil des Schiebers 57 gegenüber dem Trennelement 43 besteht darin, daß er unabhängig von dem Druck in den Leitungen 41 und 42 arbeitet. Es kann also entweder das Ventil 47 oder das Ventil 48 völlig oder teilweise geschlossen werden.

Fig. 7 zeigt eine andere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Kompressors. Dieser ist mit 65 bezeichnet. Die Teile, die beim Kompressor 65 den Teilen beim Kompressor 10 entsprechen, sind mit den gleichen Bezugsziffern versehen. Auch der Kompressor 65 weist ein dichtes Gehäuse 66 auf, das einen Elektromotor 15 beherbergt. Ein Rahmen 67 dichtet nicht den oberen Teil von dem unteren Teil des Gesamtvolumens innerhalb des Gehäuses 66 ab. Er ist jedoch Träger für den Motor 15 und andere Elemente, wie zum Beispiel die Arme 32a bis d, welche sich von einer festen Platte 68 erstrecken und gleiche Abstände voneinander haben.

Die feste Platte 68 weist ein erstes Ventil 47 und ein zweites Ventil 48 auf, die zu der festen Wand 27 und der sich drehenden Wand 26 in gleicher Weise angeordnet sind wie beim Kompressor 10. Beim Kompressor 65 ist das Volumen, das von dem Gehäuse 66 eingeschlossen wird, auf einem Druck, der im wesentlichen dem Ausgangsdruck entspricht. Das Saugfluid zu dem ersten und zweiten Ventil 47 und 48 wird über eine Leitung 69 herangeführt. Diese verbindet das in Strömungsrichtung vordere Ende der Ventile 47 und 48 mit einer Saugmündung 69a. Von diesen Ventilen strömt das Fluid dann zu den Eingängen 41 und 42.

Das Fluid, welches zwischen den Kontaktlinien zwischen den Wänden 26 und 27 komprimiert ist, strömt schließlich durch den Ausgang 45 in der festen Platte 68 immer dann, wenn der Druck in dem Ausgang 45 größer ist als in dem Gehäuse 66. Das Ventil 51 verhindert einen Rückfluß des Fluids von dem Raum innerhalb des Gehäuses 66 in den Eingang 45. Schließlich strömt das Fluid durch eine Leitung 55 in den Raum des Rotors 16, wobei der Motor 15 gekühlt wird, und dann schließlich aus der Öffnung 56 nach draußen.

Fig. 8 zeigt eine weitere Ausführungsform der Erfindung. Bei dieser ist der Kompressor mit der Bezugsziffer 70 bezeichnet. Auch bei dieser Ausführungsform sind diejenigen Teile, die mit den Teilen der übrigen Ausführungsformen übereinstimmten, mit den gleichen Bezugszeichen versehen. Der Kompressor 70 unter­ scheidet sich von den Kompressoren 10 und 65 in dreierlei Hin­ sicht: 1.) herrscht innerhalb des Gehäuses 66 Saugdruck. Am un­ teren Ende befindet sich eine Saugöffnung 71, und am oberen Ende befindet sich eine Ausströmöffnung 72. 2.) wird der Motor 15 durch die angesaugte Flüssigkeit gekühlt, die durch die Öffnung 71 eintritt und den Rotor 16 umspült. Anschließend strömt das Fluid zum oberen Teil des Raumes innerhalb des Gehäuses 66 durch die Leitung 55.

Der dritte und wesentlichste Unterschied besteht im ersten Ventil 74 und zweiten Ventil 75. Diese Ventile enthalten Kolben 74a und 75a und Schraubenfedern 74b und 75b. Wenn die Ventile 74 und 75 offen sind, sind die Kolben 74a und 75a durch die Federn 74b und 75b nach oben gedrückt. Das hat zur Folge, daß das Fluid durch die ersten und zweiten Eingänge 76 und 77 strömen kann. Der obere Teil dieser Ventile ist mit ersten und zweiten Solenoid­ ventilen 74c und 75c über Leitungen 78a und 78b verbunden. Die Solenoidventile 74c und 75c sind über ein T-Stück 73 miteinander verbunden, über das Fluid aus dem Kompressor 70 ausfließen kann. Das Fluid wird unter Entladungsdruck entweder zum Kolben 74a oder zum Kolben 75a gedrückt, je nachdem, ob das Ventil 74c oder 75c offen ist. Das hat zur Folge, daß entweder die erste oder die zweite Eingangsleitung 76 bzw. 77 geschlossen wird.

Nachdem entweder das Ventil 74c oder 75c geschlossen hat und Fluid nicht mehr zu den Kolben 74a oder 75a strömen kann, leckt Fluid innerhalb der Ventile 74 und 75 an den Kolben vor­ bei, was zur Folge hat, daß diese sich unter dem Einfluß der Federn 74b und 75b öffnen.

Die ersten und zweiten Ventile 74 und 75 können durch einfache elektrische Solenoidventile oder durch proportional arbeitende Ventile ähnlich den Ventilen 47 und 48 ersetzt werden.

Im übrigen arbeitet der Kompressor 70 im wesentlichen in der gleichen Art und Weise wie die Kompressoren 10 und 65.

Wenn die Steuerung der Fördermenge durch nur einen Eingang des Kompressors 10, 65 bzw. 70 ausreicht, ist es sinnvoll, nur ein Ventil 47, 48 oder 74, 75 vorzusehen. Wenn die Stahl­ federanordnung 43 vorgesehen wird, muß das Ventil 48 oder 75 am zweiten Eingang 42 oder 77 vorgesehen werden. Wenn die Schieberordnung 57 verwendet wird, ist es gleichgültig, in welchem Eingang das Steuerventil angeordnet ist. Ein einziges Ventil kann natürlich nur die Fördermenge des Kompressors 10, 65 oder 70 im Bereich von 50% bis 100% der Gesamtfördermenge steuern.

Claims (8)

1. Spiralkompressor zum Fördern und Komprimieren eines Fluids mit einem feststehenden und einem umlaufenden Spiralelement, die parallel angeordnete Stirnplatten und auf einander zuge­ wandten Flächen der Stirnplatten ineinandergreifende Spiral­ wände aufweisen, wobei das umlaufende Spiralelement über eine Welle durch einen Elektromotor angetrieben wird und eine Um­ laufbewegung ohne Eigenrotation ausführt, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Spiralwand (26) des umlaufenden Spiralelements von einer Gehäusewand (40, 59) vollständig um­ geben wird, die mit einem äußeren Ende der Spiralwand (27) des feststehenden Spiralelements verbunden ist, daß in einen von der Gehäusewand (40, 59) und den Spiralwänden (26, 27) be­ grenzten Raum zwei Einlaßleitungen münden, daß sich in dem Raum eine die Mündungen (41, 42; 76,77) der Einlaßleitungen von­ einander absperrende Trennwand (43, 57) befindet und daß min­ destens in einer der Einlaßleitungen ein Steuerventil (47, 48; 74, 75) angeordnet ist.

2. Spiralkompressor nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Trennwand als Schieber (57) aus­ gebildet ist, der durch eine Feder (58) radial gegen die Außenfläche der Spiralwand (26) des umlaufenden Spiralelements gedrückt wird.

3. Spiralkompressor nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Trennwand als Blattfeder (43) vorzugsweise aus Federstahl ausgebildet ist, die tangential an der Innenfläche der Gehäusewand (40) und an der Außen­ fläche der Spiralwand (26) des umlaufenden Spiralelements anliegt.

4. Spiralkompressor nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Mün­ dungen (41, 42; 76, 77) der Einlaßleitungen diametral einander gegenüber angeordnet sind.

5. Spiralkompressor nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Mündungen (41, 42; 76, 77) der Einlaßleitungen der Innenfläche der Gehäusewand (40, 59) benachbart sind.

6. Spiralkompressor nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Trennwand (43; 57) an den beiden Stirnplatten (25, 28) dich­ tend anliegt.

7. Spiralkompressor nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Aus­ laßdruck zur Betätigung der Steuerventile (74, 75) mitbenutzt wird.

8. Spiralkompressor nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Gehäusewand (40, 59) von dort, wo sich die Eingangsöffnung (42) befindet, etwa radial nach außen läuft, dann in einem Bogen zur anderen Eingangsöffnung (41) läuft, dann diese etwa radial nach innen um­ läuft, dann in einem Bogen zum ersten Eingang (42) zurück­ läuft und sich dort mit sich selbst vereinigt.