DE3445321C2

DE3445321C2 -

Info

Publication number: DE3445321C2
Application number: DE3445321A
Authority: DE
Inventors: Tetsuya Arata; Takao Shimizu Jp Mizuno
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1983-12-14
Filing date: 1984-12-12
Publication date: 1988-11-10
Also published as: US4596520A; DE3445321A1; KR850004306A

Description

Die Erfindung betrifft einen Spiralkompressor nach dem Ober begriff des Patentanspruchs 1.

Mit einem solchen, aus der US-PS 43 65 941 bekannten Spiral kompressor ist es nicht möglich, unabhängig vom Förderdruck einen ausreichenden Schmieröldruck aufrechtzuerhalten, da der für die Ölzuführung erforderliche kritische Druck unter schritten wird, wenn das Verhältnis von Förderdruck zu Ansaug druck niedrig ist, was anhand der Fig. 1 und 2 näher er läutert wird.

Fig. 1 zeigt in einem Diagramm die Änderung des Mengenstroms des zugeführten Schmieröls abhängig von der Änderung des für die Zuführung des Schmieröls sorgenden Drucks bei dem be kannten Spiralkompressor. Aus dem Diagramm ergibt sich, daß sich der Mengenstrom des zugeführten Schmieröls zu den Lagern des Kompressors proportional zur Druckdifferenz zwischen dem Förderdruck und dem Druck der Gegendruckkammer ändert. Diese Druckdifferenz wird in der Beschreibung als Ölzuführungs druck bezeichnet. Wenn der Ölzuführungsdruck ein bestimmtes Niveau Δ P unterschreitet, wird der Mengenstrom des zuge führten Öls aufgrund des Drucksäulenunterschieds bzw. der Höhendifferenz zwischen den Lagern und dem Ölpegel in der Ölwanne sowie aufgrund des Strömungswiderstands längs des Öl kanals auf Null reduziert. Um den Ölzuführungsmengenstrom über dem geforderten Niveau Q ₀ zu halten, ist es deshalb erforder lich, den Öldruck über einem vorgegebenen Niveau Δ P _L zu halten. Dieses Niveau des Ölzuführungsdrucks wird im folgen den als kritischer Ölzuführungsdruck bezeichnet.

Fig. 2 zeigt in einem Diagramm die Beziehung zwischen dem Verdichtungsverhältnis und dem Ölzuführungsdruck bei dem be kannten Spiralkompressor. Aufgrund eines zu hohen Drucks in der Gegendruckkammer ist der erforderliche Ölzuführungsdruck nicht vorhanden, insbesondere, wenn der Kompressor mit einem niedrigen Verdichtungsverhältnis arbeitet, d. h. bei einem vergleichsweise hohen Ansaugdruck und einem vergleichsweise hohen Ansaugdruck und einem vergleichsweise niedrigen Förderdruck. In Fig. 2 zeigt ε _B die untere Grenze des Druckverhältnisses, um das erforderliche Niveau des Ölzuführungsdrucks bei dem herkömmlichen abgedichteten Spiralkompressor zu erhalten. Wenn das Verdichtungsver hältnis niedriger als dieser Wert ε _B wird, unterschreitet der Ölzuführungsdruck den kritischen Grenzwert Δ P _L, so daß die Zuführung von Schmieröl derart verschlechtert wird, daß es zu Schäden kommen kann, beispielsweise zu einem Fressen in den Lagern.

Dieses Problem gewinnt dann besonders an Bedeutung, wenn der abdichtend abgeschlossene Spiralkompressor von einem Inverter bzw. von einem Wechselrichter gespeisten Motor an getrieben wird. In diesem Fall ändert sich die Geschwindigkeit des Kompressors in einem weiten Bereich von einem niedrigen Wert von etwa 30 Hz bis zu einem hohen Wert von 60 Hz oder höher. Aufgrund der Möglichkeit der Feinsteuerung der Geschwindigkeit arbeitet ein von einem Inverter ange triebener Kompressor auch unter einer geringen Lastbedingung, bei der ein üblicher abdichtend abgeschlossener Spiral kompressor für konstanten Geschwindigkeitsbetrieb nicht arbeiten würde. Die Geschwindigkeit des Kompressors dieser Bauweise ist sehr niedrig, wenn die Belastung gering ist. Deshalb ist das Verdichtungsverhältnis zu klein, um den kritischen Ölzuführungsdruck zu gewähr leisten.

Bei dem Spiralkompressor gemäß der JP-OS 57-76 291 ist ein Ventil vorgesehen, um einen übermäßigen Druckanstieg in der Gegendruckkammer zu verhindern. Dabei wird die Gegendruck kammer in Verbindung mit der Ansaugkammer gebracht, um den Druck darin zu verringern, wodurch die axiale Druck kraft, die von dem Gegendruck erzeugt wird, abnimmt, wenn die von dem Druck in der Gegendruckkammer erzeugte Kraft soweit angehoben wird, daß sie die Summe der Kraft, die von dem Ansaugdruck erzeugt wird, und der von einer Feder er zeugten Kraft überschreitet.

Diese Maßnahmen sind jedoch unter dem Gesichtspunkt der Lagerschmierung unzureichend, obwohl sie hinsichtlich der Beseitigung anderer Probleme wirksam sind, die sich aus einem übermäßigen Druckanstieg in der Gegendruckkammer er geben.

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht des halb darin, den Spiralkompressor der gattungsgemäßen Art so auszubilden, daß unabhängig vom Förderdruck eine für die Schmierölzuführung ausreichende Druckdifferenz zwischen dem in der Ölwanne im Gehäuse wirksamen Förderdruck und dem Druck in der an die zu schmierenden Lager angrenzenden Gegendruckkammer sichergestellt ist.

Diese Aufgabe wird mit dem im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmal gelöst, das in den Unteransprüchen vorteilhaft weitergebildet ist.

Das erfindungsgemäße Gegendrucksteuerventil arbeitet so, daß eine Verbindung zwischen der Gegendruckkammer und der An saugkammer hergestellt wird, so daß der Druck in der Gegen druckkammer verringert wird, wenn die Druckdifferenz zwischen der Förderkammer und der Gegendruckkammer einen vorgege benen positiven Wert unterschritten hat, um so den Schmieröl druck über dem kritischen Ölzuführungsdruck zu halten.

Wenn der Kompressor mit einem hohen Verdichtungsver hältnis arbeitet, ist der Förderdruck ausreichend höher als der Ansaugdruck und der Druck in der Gegendruckkammer, so daß die auf die druckaufnehmende Fläche des Ventils wirkende Kraft, auf die der Förderdruck wirkt, groß genug ist, um die Gegenkraft zu überwinden, die von dem Druck in der Gegendruckkammer erzeugt wird, so daß der Spiralkompressor in gleicher Weise wie der herkömmliche Kompressor arbeitet, bei dem Gegendruck kammer und Ansaugkammer voneinander getrennt sind.

Bei Betrieb mit niedrigem Verdichtungsverhältnis, bei spielsweise wenn eine Klimaanlage auf Kühlen bei niedriger Lufttemperatur arbeitet oder ein Verdampfer bei Heizbetrieb einer Klimaanlage enteist wird, oder bei einem Langsambetrieb einer von einem Umrichter be triebenen Klimaanlage, unterschreitet die Differenz zwischen dem Förderdruck und dem Druck in der Gegen druckkammer einen bestimmten positiven Wert, wodurch der Schmierölzuführungsdruck auf einen Wert unter dem kritischen Ölzuführungsdruck verringert wird. Das Gegendruck steuerventil arbeitet dann so, daß der Druck in der Gegendruckkammer verringert wird, wodurch ein Ölzuführungs druck aufrechterhalten wird, der höher ist als der kritische Ölzuführungsdruck, wodurch die sichere Ver sorgung der Lager des Kompressors mit Schmieröl ge währleistet ist.

Anhand von Zeichnungen werden Ausführungsbeispiele der Erfindung näher erläutert. Es zeigt

Fig. 3 im Axialschnitt einen abgedichteten Spiralkom pressor nach der Erfindung,

Fig. 4 in einer Einzelheit den Abschnitt um das Steuer ventil des Kompressors von Fig. 4,

Fig. 5 in einem Diagramm die Beziehung zwischen dem Ölzuführungsdruck und dem Verdichtungsverhältnis bei dem abgedichteten Spiralkompressor der Fig. 2 und 3,

Fig. 6 in einem Diagramm die Beziehung zwischen der Leistungszufuhr zum Kompressor und dem Kom pressionsverhältnis bei dem abgedichteten Spiral kompressor der Fig. 2 und 3,

Fig. 7 im Schnitt eine zweite Ausführungsform des Steuerventils,

Fig. 8 im Schnitt eine dritte Ausführungsform des Steuerventils,

Fig. 9 im Schnitt eine vierte Ausführungsform des Steuerventils,

Fig. 10 im Schnitt eine fünfte Ausführungsform des Steuerventils,

Fig. 11 im Schnitt die Wirkungsweise des Ventilelements des Steuerventils von Fig. 10,

Fig. 12 im Schnitt eine sechste Ausführungsform des Steuerventils,

Fig. 13 im Schnitt die Arbeitsweise des Ventilelements des Steuerventils von Fig. 12,

Fig. 14 eine siebte Ausführungsform des Steuerventils und

Fig. 15 das Steuerventil von Fig. 14 auseinanderge zogen.

Bei der in Fig. 3 gezeigten ersten Ausführungsform hat der Spiralkompressor einen Kompressorabschnitt 2 und einen Antriebsab schnitt 3, die von einem Gehäuse 1 abdichtend umschlossen sind. Der Kompressorabschnitt 2 hat ein stationäres Spiralelement 5 und ein Umlaufspiralelement 6, die ineinandergreifen und zwischen sich ge schlossene Kompressionskammern 9 bilden. Das stationäre Spiralelement 5 hat eine scheibenförmige Stirnplatte 5 a und eine Spiralwand 5 b, die senkrecht von der Spiral wand 5 a absteht und eine Gestalt hat, die einer Evolventenkurve oder einer einer Evolventenkurve ange näherten Kurve folgt. Im zentralen Abschnitt der Stirn platte 5 a ist eine Förderöffnung 10, im Umfangsabschnitt eine Ansaugöffnung 7 ausgebildet. Das Umlaufspiralelement 6 hat eine scheibenförmige Stirnplatte 6 a, eine Spiral wand 6 b, die auf einer Seite der Stirnplatte 6 a ausge bildet ist und eine Kontur hat, die zu der der Spiral wand 5 b des stationären Spiralelements 5 konform ist, sowie eine auf der anderen Seite der Stirnplatte 6 b ausge bildete Nabe 6 c. Die Nabe 6 c nimmt einen exzentrischen Schaftabschnitt 14 a auf, der an einer Welle 14 ausgebildet ist, so daß die Rotation der Welle 14 eine Umlaufbewegung des exzentrischen Schaftab schnitts 14 a und somit des Umlaufspiralelements 6 bewirkt. Die Welle 14 ist in einem Lager 11 a ge lagert, das an einem Mittelabschnitt eines Rahmens 11 vorgesehen ist. Das stationäre Spiralelement 5 ist an dem Rahmen 11 mittels einer Vielzahl von nicht gezeigten Bolzen befestigt. Das Umlaufspiralelement 6 wird vom Rahmen 11 über einen Oldham-Mechanismus 12 gehalten, der von einem Oldham-Ring und einem Oldham-Keil gebildet wird. Das Umlaufspiralelement 6 kann deshalb eine Umlauf bewegung bezüglich des stationären Spiralelements 6 ausführen, ohne sich um seine eigene Achse zu drehen. Die Welle 14 ist an ihrem unteren Ende mit einem Elektromotor des Antriebsabschnitts 3 verbunden. Durch die Wand des abdichtend abgeschlossenen Gehäuses 1 erstreckt sich eine Ansaugleitung 17, die mit der Ansaug öffnung 7 verbunden ist, die im stationären Spiralelement 5 ausgebildet ist. Die Förderöffnung 10 mündet in eine Förderkammer 1 a, die ihrerseits mit einem unteren Förderraum 1 b über einen nicht gezeigten Kanal in Verbindung steht, der zu einer Förderleitung 19 führt, die die Wand des abgedichteten Gehäuses 1 durchdringt.

Von der Rückseite des Umlaufspiralelements 6 und dem Rahmen 11 wird eine Gegendruckkammer 20 begrenzt. In der Gegendruckkammer 20 herrscht ein Zwischendruck, der zwischen dem Ansaugdruck, also dem Druck der Niederdruckseite, und dem Förderdruck liegt, wodurch eine axiale Druckkraft erzeugt wird, um das Umlaufspiralelement 6 in engen Kontakt mit dem stationären Spiralelement 5 zu halten, wodurch die Axial kraft überwunden wird, die von dem in der Kompressions kammer (9) zwischen den beiden Spiralelementen 5, 6 der Ver dichtung unterworfenem Gas erzeugt wird und eine Trennung des Umlaufspiralelements 6 vom stationären Spiralelement 5 herbeiführen möchte. Der Zwischendruck herrscht auch in der Gegendruckkammer 20 über einen Kanal 21 mit kleinem Querschnitt in der Stirnplatte 6 a des Umlaufspiralelements 6.

Ein Schmiermittelkanal 14 c erstreckt sich durch die Welle 14 von deren unterem Ende 14 d zur Oberseite des exzentrischen Schaftabschnitts 14 a. Das untere Ende 14 d der Welle 14 ist in das Schmieröl eingetaucht, das sich in einer Ölwanne 22 ansammelt, die am Boden des abgedichteten Gehäuses 1 ausgebildet ist. Mit der Welle 14 ist am unteren Endteil des exzentrischen Schaftabschnitts 14 a als Einheit ein Ausgleichsgewicht 14 e über einem Haupt lager ausgebildet, welches der Stirnseite der Nabe 6 c des Umlaufspiralelements 6 gegenüberliegt.

Zum Herstellen einer Ver bindung zwischen der Ansaugkammer 8 und der Gegendruck kammer 20 entsprechend der Druckdifferenz zwischen der Förderkammer 1 a und der Gegendruckkammer 20 ist ein Gegendrucksteuerventil 30 vorgesehen. Eine erste Ausführungsform dieses Gegendrucksteuerventils 30 wird anhand von Fig. 4 erläutert.

In dem Umfangsabschnitt des stationären Spiralelements 5 ist in eine zylindrische axiale Ventilkammer 31 aus gebildet. Der Boden der Ventilkammer 31 steht mit der Ansaugkammer 8 über eine kleine Bohrung 32 in Verbindung, die vom Boden der Ventilkammer 31 ausgeht und mit ihrem Ende in einen Radialkanal 33 mündet. Die Abstufung, die an der Verbindung zwischen der Ventilkammer 31 und der kleinen Bohrung 32 gebildet wird, ist ein Ventilsitz 31 a. Eine Verbindungsbohrung 34 führt seitlich schräg nach unten und stellt eine Verbindung mit der Gegendruck kammer 20 über Kanäle 35 und 36 her, die in dem Rahmen 11 ausgebildet sind. In der Ventilkammer 31 ist ein Ventilelement 37 angeordnet, das einen abgestuften zylindrischen Abschnitt und einen konischen Abschnitt aufweist. Der Abschnitt 37 a des Ventilelements 37 mit großem Durchmesser paßt in die Ventilkammer 31 derart, daß er in ihr längsverschiebbar ist, während der Ab schnitt 37 b mit kleinem Durchmesser von einer Feder 38 umgeben ist. Der Abschnitt 37 b mit kleinem Durchmesser ist an seinem unteren Ende mit einem konischen Abschnitt 37 c verbunden. Das Ventilelement 37 als Ganzes wird durch die Feder 38 so vorgespannt, daß der konische Abschnitt 37 c vom Ventilsitz 31 a weggehalten wird. Die Bewegung des Ventilelements 37 wird von einem Anschlagring 39 gestoppt.

Die obere Stirnseite des Ventilelements 37 bildet eine druckaufnehmende Oberfläche 37 d, die mit dem Förderdruck beaufschlagt ist, während der Druck in der Gegendruckkammer 20 in die Ventilkammer 31 über die Kanäle 35 und 36 eingeführt wird.

Die Anordnung ist so getroffen, daß, wenn die von dem Förderdruck erzeugte Kraft, die auf die druckaufnehmende Oberfläche 37 d einwirkt, die Summe der Kraft, die vom Druck in der Gegendruckkammer 20 erzeugt wird, der in der Ventilkammer 31 wirkt, und der Kraft der Feder 38 über schreitet, das Ventilelement 37 nach unten gedrückt wird, wodurch der konische Abschnitt 37 c in Kontakt mit dem Ventilsitz 31 a gelangt, was die Verbindung zwischen der Gegendruckkammer 20 und der Ansaugkammer 8 unterbricht.

Wenn umgekehrt die Summe der von dem Druck in der Gegen druckkammer erzeugten Kraft und der Kraft der Feder 38 größer wird als die Kraft, die vom Abgabedruck erzeugt wird, der auf die druckaufnehmende Oberfläche 37 d wirkt, wird das Ventilelement 37 wie in Fig. 4 gezeigt ist, angehoben, wodurch die Verbindung zwischen der Gegendruck kammer 20 und der Ansaugkammer 8 hergestellt ist.

In Betrieb wird die Welle 14 direkt vom Elektro motor 3 angetrieben, so daß der exzentrische Schaftab schnitt 14 a eine exzentrische Umlaufbewegung ausführt, die ihrerseits die Umlaufbewegung des Umlaufspiral elements 6 verursacht. Das hat zur Folge, daß die zwischen den beiden Spiralelementen gebildeten ge schlossenen Kompressionskammern 9 fortschreitend zu der Mitte der Spiralelemente hin bewegt werden, wobei ihre Volumina abnehmen. Das Gas, beispielsweise ein Kühl mittelgas, das in die Ansaugkammer 8 im Umfangsab schnitt des stationären Spiralelements 5 durch die Ansaug leitung 17 und die Ansaugöffnung 7 eingeführt wird, wird als Folge davon fortschreitend komprimiert, bis es in die Förderkammer 1 a durch die Förderöffnung 10 abgegeben wird. Das komprimierte Gas mit hoher Temperatur und hohem Druck wird dann in den unteren Förderraum 1 b eingeführt und nach außen über die Förderleitung 19 abgeführt.

Während des Betriebs des Spiralkompressors wird das Schmieröl den Lagern in der nachstehend be schriebenen Weise zugeführt.

Das untere Ende 14 d der Welle 14, in der sich das untere Ende des Schmiermittelkanals 14 c befindet, ist in das Schmier öl am Boden des Gehäuses 1 unter dem Ein fluß des hohen Förderdrucks Pd eingetaucht, während der Abschnitt um die Nabe 6 c des Umlaufspiralelements 6 auf dem Zwischendruck Pm gehalten ist, so daß das Schmier öl durch den Schmiermittelkanal 14 c aufgrund der Druck differenz Pd minus Pm nach oben steigt. Ein Teil des so durch die Welle 14 nach oben kommenden Schmieröls wird zum Lager 11 a über Radialbohrungen geführt, die mit dem Schmiermittelkanal 14 c in Verbindung stehen, während der Rest des Schmieröls in den geschlossenen Raum 23 zwischen der oberen Stirnseite des exzentrischen Schaftabschnitts 15 a und der Unterseite der Bohrung gefördert wird, die in der Nabe 6 c des Umlaufspiral elements 6 ausgebildet wird. Dieser geschlossene Raum 23 wird im folgenden als Öldruckkammer bezeichnet. Das Schmieröl in der Öldruckkammer 23 wird auf einem Druck gehalten, der im wesentlichen dem Förderdruck PD entspricht. Das Schmieröl, welches das Lager in der Nabe 6 c und das Lager 11 a erreicht, wird in die Gegen druckkammer 20 durch entsprechende Lagerspalte geführt. Das Schmieröl schmiert dann verschiedene Gleitteile, wie den Oldham-Mechanismus 12, und wird in die Kom pressionskammer 9 durch die erwähnten sehr kleinen Öffnungen eingestrahlt, wodurch es mit dem gerade der Verdichtung unterworfenen Kühlmittelgas vermischt wird.

Das Schmieröl wird dann durch die Förderöffnung 10 in die Förderkammer 1 a abgegeben und strömt dann zusammen mit dem komprimierten Gas in den unteren Förderraum 1 b, wo das Schmieröl vom Gas separiert wird und in die am Boden des abgedichteten Gehäuses 1 ausgebildete Ölwanne tropft.

Die Schmierölversorgung wird nur während des Normal betriebs des Kompressors in dieser Weise ausgeführt, bei welchem der Förderdruck verglichen mit dem Ansaug druck ausreichend hoch ist. In diesem Zustand ist nämlich die Kraft, die vom Förderdruck, der auf die druckauf nehmende Oberfläche 37 d des Gegendrucksteuerventils 30 wirkt, groß genug, daß sie die Summe der Kraft, die von dem Zwischen druck erzeugt wird, der von der Gegendruckkammer 20 abgezweigt wird und in der Ventilkammer 31 wirkt, und der Kraft der Feder 38 überschreitet, so daß das Ventil element 37 so nach unten gedrückt wird, daß die Öffnung des Ventilsitzes 31 a mit seinem konisch Abschnitt 37 c verschlossen wird, wodurch die Verbindung zwischen der Gegendruckkammer 20 und der Ansaugkammer 8 unterbrochen wird. Das Schmieröl wird deshalb in der erläuterten Weise umgewälzt.

Der Druck in der Gegendruckkammer 20 wird im allgemeinen vom Ansaugdruck gesteuert. So nimmt der Druck in der Gegendruckkammer 20 zu, wenn der Ansaugdruck ansteigt. Wenn eine Klimaanlage bei niedriger Lufttemperatur im Kühlbetrieb oder für das Enteisen eines Verdampfers im Heizbetrieb arbeitet, ist der Förderdruck vergleichs weise niedrig, während der Ansaugdruck vergleichsweise hoch ist, d. h. das Verdichtungsverhältnis ist ziemlich klein. In diesem Fall steigt der Druck in der Gegendruck kammer 20 dementsprechend derart an, daß die Summe der Kraft, die von dem Druck erzeugt wird, der von der Gegen druckkammer 20 abgezweigt wird, und der von der Feder 38 erzeugten Kraft groß genug wird, daß sie die Kraft über schreitet, die von dem Druck in der Förderkammer 1 a er zeugt wird. Demzufolge wird das Ventilelement 37 zwangs weise so bewegt, daß der konische Abschnitt 37 c den Ventil sitz 31 a verläßt, wodurch eine Verbindung zwischen der Gegendruckkammer 20 und der Ansaugkammer 8 hergestellt wird, so daß das Gas in der Gegendruckkammer 20 zur Ansaugkammer 8 hin freigegeben wird, wodurch der Druck in der Gegendruckkammer 20 verringert wird. Demzufolge wird der Ölzuführungsdruck, d. h. die Druckdifferenz zwischen dem Förderdruck und dem Druck in der Gegen druckkammer 20, auf einem ausreichend hohen Wert gehalten, um die Schmierölversorgung für die Lager zu gewährleisten. Während des Betriebs bei kleinem Verdichtungsverhältnis mit vergleichsweise hohem Ansaugdruck und vergleichs weise niedrigem Förderdruck und wenn der Ölzuführungs druck sich dem erwähnten kritischen Ölzuführungs druck annähert, arbeitet also das Gegendrucksteuerventil 30 so, daß der Druck in der Gegendruckkammer 20 verringert wird, um so den Ölzuführungsdruck über dem Wert des kritischen Ölzuführungsdrucks zu halten.

Das Gegendrucksteuerventil 30 in der beschriebenen Ausführungs form hat eine Feder 38, die so wirkt, daß sie die von dem Druck in der Ventilkammer 31 erzeugte Kraft, die aus der Gegendruckkammer 20 kommt, unterstützt, d. h. in die Richtung wirkt, daß das Ventilelement 37 zur Förderkammer gedrückt wird. Das beschriebene Verhalten des Ventilele ments 37 ist deshalb trotz der Tatsache gewährleistet, daß die Druckdifferenz positiv ist und sich zwischen einem hohen Förderdruck und dem niedrigen Druck ergibt, der aus der Gegendruckkammer 20 abgeleitet wird, vorausge setzt, daß der Absolutwert der Druckdifferenz einen vorgegebenen eingestellten Wert überschreitet. So kann beispielsweise das Gegendrucksteuerventil 30 so eingestellt werden, daß es die Herstellung der Verbindung immer dann bewirkt, wenn das Verdichtungsverhältnis zwischen dem Förderdruck und dem Ansaugdruck unter 2,0 absinkt. Fig. 5 zeigt die Beziehung zwischen dem Verdichtungsverhältnis und dem Ölzuführungsdruck, während Fig. 6 die Beziehung zwischen dem Verdichtungsverhältnis und der dem Kom pressor zugeführten Leistung zeigt, zum Vergleich die Werte des be kannten Spiralkompressors in gestrichelten Linien eingezeichnet sind.

In diesen Figuren ist ε _B die untere Grenze des Ver dichtungsverhältnisses beim herkömmlichen Kompressor. Wenn das Verdichtungsverhältnis diesen Wert unterschreitet, ist der Ölzuführungsdruck auf einen Wert unter den Grenzwert Δ P _L verringert, so daß die zugeführte Leistung zum Kompressormotor aufgrund einer unzureichenden Schmierung der Lager drastisch gesteigert wird. Ein längerer Lauf des Kompressors unter dieser Bedingung führt zu ernsthaften Schwierigkeiten, beispielsweise einem Fressen der Lager.

Bei einer Klimaanlage, die mit Hilfe eines Umrichters angetrieben wird, wird die Geschwindigkeit des Kompressors verringert, wenn die Kühllast kleiner wird. Als Folge steigt der Ansaugdruck, während der Förderdruck abnimmt, so daß das Verdichtungsverhältnis reduziert wird. Da der Druck in der Gegendruckkammer 20 infolge des Anstiegs des Ansaug drucks abnimmt, nimmt entsprechend der Druck für die Versorgung mit Schmieröl, d. h. die Druckdifferenz zwischen dem Förderdruck und dem Druck in der Gegendruckkammer 20 ab. Andererseits verringert sich die Kraft, die von dem Förderdruck erzeugt wird, der auf das Ventilelement 37 wirkt. Wenn diese Kraft einen vorgegebenen eingestellten Wert unterschreitet, wird das Ventilelement 37 angehoben, wodurch der Kanal 32 geöffnet wird, so daß die Gegendruck kammer 20 in Verbindung mit der Ansaugkammer 8 kommt. Als Folge nimmt der Druck in der Gegendruckkammer 20 ab, so daß ein Ölzuführungsdruck erhalten wird, der groß genug ist, um die Lager mit Schmieröl zu versorgen, auch wenn das Verdichtungsverhältnis auf einen Wert unter die Grenze e _B des bekannten abgedichteten Spiralkom pressors verringert wird. Es kann also das Verdichtungsverhältnis bis zu einer Grenze ε _A reduziert werden, die von dem kritischen Ölzuführungsdruck Δ P _L gebildet wird. Der Wert ε _A wird von Faktoren bestimmt, wie dem Strömungswiderstand längs des Kanals zwischen der Gegendruckkammer 20 und der Ansaugkammer 8, und kann jeden gewünschten Wert haben, der 1,0 überschreitet. Wie aus Fig. 5 zu ersehen ist, kann bei dem Spiralkompressor ein Ölzuführungs druck aufrechterhalten werden, der hoch genug ist, um die Ölzuführung zu den Lagern zu gewährleisten, auch wenn das Verdichtungsverhältnis auf einen Wert reduziert wird, der weitaus geringer als der Grenzwert des bekannten Spiralkompressors ist. Aufgrund der richtigen Ölzuführung wird jede uner wünschte drastische Steigerung der Leistungszuführung zum Kompressor unterbunden, was aus Fig. 6 zu ersehen ist.

Der kritische Ölzuführungsdruck Δ P _L kann abhängig von der Lagerkonstruktion etwas variieren. Im Falle des beschriebenen Kompressors liegt der kritische Ölzuführungs druck Δ P _L vorzugsweise in Bereichen zwischen 0,1 MPa und 0,3 MPa.

Die in Fig. 7 gezeigte Ausführungsform unterscheidet sich von der bisher beschriebenen dadurch, daß ein O-Ring 47 e zwischen der Umfangsfläche des einen Stirnabschnitts des erweiterten Abschnitts 47 a des Ventilelements 47 und der die Ventilkammer 31 begrenzenden Wand vorgesehen ist, wodurch dazwischen eine Abdichtung erreicht wird, und dadurch, daß der Kanal 43 zwischen der kleinen Bohrung 32, die den Ventilsitz in dem Ventilelement 31 bildet, und der Ansaugkammer 8, und die Kanäle 44 und 45 zwischen der Ventilkammer 31 und der Gegendruckkammer 20 einen speziellen Aufbau haben. Die übrigen Teile entsprechen der Ausführungsform von Fig. 4.

Durch den O-Ring 47 e wird zwischen dem Abschnitt 47 a mit großem Durch messer des Ventilelements 47 und der Wand der Ventilkammer 31 eine Abdichtung erzielt. Das Ventilelement 47 arbeitet wie das der Ausführungsform von Fig. 4.

Die in Fig. 8 gezeigte Ausführungsform unterscheidet sich von der nach Fig. 7 nur bezüglich des Aufbaus des Ventilelements. Das Ventilelement 57 dieser Ausführungs form wird von einem Abschnitt 57 a mit großem Durchmesser und einem Ventilkopf gebildet, der von einem konischen Abschnitt 57 c und einem Abschnitt 57 b mit kleinem Durch messer gebildet wird. Der Ventilkopf ist mit dem Abschnitt 57 a mit großem Durchmesser über einen Balg 58 verbunden, der die Rolle der Feder der vorhergehenden Ausführungs formen übernimmt. Die übrige Ausgestaltung entspricht der Ausführungsform von Fig. 7. Das Ventilelement 57 arbeitet wie die Ventilelemente der Ausführungsformen von Fig. 4 und 7, wodurch ein ausreichend hoher Ölzu führungsdruck gewährleistet ist. Bei der in Fig. 9 gezeigten Ausführungsform ist gegenüber der von Fig. 7 ein scheibenförmiger Anschlagzapfen 69 mit einer Durch gangsbohrung 69 a im offenen Ende der Ventilkammer 61 eingesetzt, während eine untertassenförmige Dichtungs scheibe 62 aus Kautschuk oder Kunststoff zwischen dem Anschlagzapfen 69 und dem Ventilelement 67 vorgesehen ist. Die Dichtungsscheibe 62 übernimmt die Wirkung des O-Rings der Ausführungsform von Fig. 7.

Die untertassenförmige Dichtungsscheibe 62 hat einen abdichtenden Gleitkontakt an ihrem Umfangsabschnitt mit der Wand der Ventilkammer 61 und steht mit ihrem Mittel abschnitt mit der druckaufnehmenden Oberfläche 67 d des Abschnitts 67 a mit großem Durchmesser des Ventilelements 67 in Berührung. Die Dichtungsscheibe 62 bewegt sich zusammen mit dem Ventilelement 67 entsprechend dem auf das Ventilelement 67 einwirkenden Förderdruck, wobei die Förderkammer 1 a störungsfrei gegenüber der Ventil kammer 61 abgedichtet ist. Das Ventilelement 67 arbeitet wie das der vorher beschriebenen Ausführungsformen, wodurch der erforderliche Ölzuführungsdruck gewährleistet ist.

Bei der in den Fig. 10 und 11 gezeigten Ausführungs form hat das Gegendrucksteuerventil eine Ventilkammer 71, die im stationären Spiralelement 5 ausgebildet ist, ein Ventilelement 77, das in der Ventilkammer 71 ange ordnet ist, eine Feder 78 und einen Anschlagring 39, die verhindert, daß das Ventilelement 77 freikommt. Die Ventilkammer 71 steht an ihrem oberen Abschnitt mit der Förderkammer 1 a in Verbindung, während ihr unterer Teil mit der Gegendruckkammer 20 über eine Bohrung 74 in Verbindung steht. Die Ventilkammer 71 steht weiterhin an einem Zwischenabschnitt mit der Ansaugkammer 8 über eine Bohrung 73 in Verbindung. Die obere Stirnfläche des Ventilelements 77 hat eine druckaufnehmende Oberfläche 77 a für die Beaufschlagung mit dem Druck, der aus der Förderkammer 1 a kommt, während die untere Stirnfläche eine druckaufnehmende Oberfläche 77 b für den Druck bildet, der von der Gegendruckkammer 20 kommt. Das Ventilelement 77 ist mit einer Innenkanalbohrung 77 c versehen, die von der druckaufnehmenden Fläche 77 b zu einer seitlichen Fläche des Ventilelements 77 führt. Auf den oberen Ab schnitt des Ventilelements 77 ist für Abdichtungszwecke ein O-Ring 77 d aufgepaßt. Die Feder 78 ist zwischen die druckaufnehmende Oberfläche 77 d des Ventilelements 77 und die Bodenwand der Ventilkammer 71 eingesetzt, während der Anschlagring 39 in eine Ringnut eingepaßt ist, die in der Wand der Ventilkammer 71 ausgebildet ist, um zu verhindern, daß das Ventilelement 77 freikommt.

Wenn in Betrieb die Differenz zwischen den Kräften, die von dem Druck, der auf die beiden druckaufnehmenden Flächen des Ventilelements 77 ausgeübt wird, größer ist als die Kraft der Feder 38, wird das Ventilelement 77 in eine Lage bewegt, in der es die Verbindung zwischen der Verbindungsbohrung 77 c und der Bohrung 73 unterbricht, wie dies in Fig. 10 gezeigt ist. Wenn jedoch die Differenz der erwähnten Kräfte kleiner wird als die Kraft der Feder 78, drückt die Feder 78 das Ventil element 77 in die in Fig. 11 gezeigte Lage, in der das Ventilelement 77 die Verbindung zwischen der Verbindungs bohrung 77 c und der Bohrung 73 ermöglicht, d. h. zwischen der Gegendruckkammer 20 und der Ansaugkammer 8.

Die in Fig. 12 und 13 gezeigte Ausführungsform unter scheidet sich von der der Fig. 10 und 11 dadurch, daß ein Hilfsventilelement 82 an der Bodenwand der Ventil kammer 71 befestigt ist. Das Hilfsventilelement 82 ist mit einer internen Verbindungsbohrung 82 a versehen, über welche die Ventilkammer 71 mit der Bohrung 74 in Ver bindung steht. Fig. 12 zeigt das Ventilelement 77 in der Lage, in welcher es die Verbindung zwischen der Gegendruckkammer 20 und der Ansaugkammer 8 unterbricht. In diesem Zustand ist die Verbindungsbohrung 77 c im Ventilelement 77 durch einen konischen Abschnitt 82 b des Hilfsventilelements 82 blockiert. Wenn die Differenz zwischen den Kräften, die von den Drucken erzeugt werden, welche auf die jeweiligen druckaufnehmenden Oberflächen wirken, kleiner wird als die Kraft der Feder 78, wird das Ventilelement 77 nach oben bewegt, wodurch die Verbindungsbohrung 77 c mit der Bohrung 73 in Verbindung kommen kann, was in Fig. 13 gezeigt ist.

Wenn bei dieser Ausführungsform das Ventilelement 77 nach unten aufgrund einer großen Druckdifferenz zwischen der Förderkammer 1 a und der Gegendruckkammer 20 bewegt wird, sperrt das Hilfsventilelement 82 die Verbindungs bohrung 77 c im Ventilelement 77, so daß die Verbindung zwischen der Gegendruckkammer 20 und der Ansaugkammer 8 ohne Fehlerquelle unterbrochen wird.

Bei der in den Fig. 14 und 15 gezeigten Ausführungsform hat das Gegendrucksteuerventil 90 ein von einem Ventilkopf und einer Blattfeder 98 gebildetes Ventilelement 97, an der der Ventilkopf befestigt ist. In dem stationären Spiral element 5 ist eine sich von seinem äußeren Wandabschnitt aus erstreckende zylindrische Ventilkammer 91 mit geeigneter Tiefe ausgebildet. Die Ventilkammer 91 steht an ihrem Boden mit der Ansaugkammer 8 über eine kleine Axialbohrung 92 in Verbindung. Die von der Verbindung zwischen der Ventilkammer 91 und der kleinen Bohrung 92 gebildete Abstufung bildet einen Ventilsitz 91 a. Vom Umfang des unteren Abschnitts der Ventilkammer 91 erstreckt sich eine Kanalbohrung 94 a schräg nach unten und ist mit einer axialen Verbindungsbohrung 94 c ver bunden, die ihrerseits mit der Gegendruckkammer 20 über Kanäle 95 und 96 im Rahmen 11 in Verbindung steht. Die Ventilkammer 91 nimmt ein Ventilelement 97 auf, das einen Scheibenabschnitt 97 b hat, der an seinem Ende mit einem konischen Abschnitt 97 c versehen ist. Dieses Ventil element 97 ist an dem zentralen Abschnitt der kreisförmigen Blattfeder 98 und an dem stationären Spiralelement 5 mit Hilfe einer Vielzahl von Bolzen 98 zusammen mit einer ringförmigen Halteplatte 99 befestigt. Der Abschnitt des stationären Spiralelements 5 um die Öffnung der Ventilkammer 91 herum ist bei 88 entsprechend der Krümmung der Blattfeder 98 in ihrem durchgebogenen Zustand ausgespart.

In Betrieb wirkt der von der Förderkammer 1 a abge zweigte Druck auf die Oberseite der Blattfeder 98, während der von der Gegendruckkammer 20 abgezweigte Druck in die Ventilkammer 91 geführt wird. Während des normalen Laufs, bei welchem der Förderdruck verglichen mit dem Ansaugdruck ausreichend hoch ist, ist die Summe aus der Kraft, die von dem Druck aus der Gegendruckkammer 20 er zeugt wird, und aus der Kraft, die von der Blattfeder 98 erzeugt wird, größer ist als die von dem Förderdruck erzeugte Kraft, so daß die Blattfeder 98 in der ge zeigten Weise vom Druck beaufschlagt und durchgebogen ist, so daß der konische Abschnitt 97 c des Ventilelements 97 in Eingriff mit dem Ventilsitz 91 a gebracht ist, wodurch die Verbindung zwischen der Gegendruckkammer 20 und der Ansaugkammer 8 unterbrochen ist. Wenn jedoch das Verdichtungsverhältnis klein ist, ist die Differenz der Kraft, die gegen die Kraft der Blattfeder 98 wirkt, so klein, daß die Summe aus der Kraft, die von dem Druck erzeugt wird, der aus der Gegendruckkammer 20 abgezweigt wird, und aus der Rückstellkraft der Blattfeder 98 die Kraft überschreitet, die von dem Förderdruck erzeugt wird, der auf die Oberseite der Blattfeder 98 wirkt, so daß die Blattfeder 98 ihren Ausgangszustand wieder einnimmt und dadurch das Ventilelement 97 bewegt, wodurch der konische Abschnitt 97 c von dem Ventilsitz 91 a weg bewegt wird, wodurch der Ventilsitz 91 a frei wird.

Deshalb steht die Gegendruckkammer 20 mit der Ansaug kammer 8 in Verbindung, so daß der Druck in der Gegendruck kammer 20 so abgesenkt wird, daß der Ölzuführungsdruck gesteigert wird, d. h. die Druckdifferenz zwischen dem Förderdruck und dem Druck in der Gegendruckkammer 20, wodurch die Schmierölzufuhr zu den Lagern gewährleistet ist.

Da bei dieser Ausführungsform die Kraft der Blattfeder 98 so wirkt, daß die Kraft unterstützt wird, die von dem Druck erzeugt wird, der aus der Gegendruckkammer 20 kommt, wirkt das Ventilelement 97 mit einer positiven Druckdifferenz wie im Falle der Ausführungsform von Fig. 4. Das Niveau der positiven Druckdifferenz zur Betätigung des Ventilelements 97 kann in geeigneter Weise durch Wahl der Federkonstanten der Blattfeder 98 eingestellt werden.

Claims

1. Spiralkompressor mit einem Kompressorabschnitt (2), der ein Umlaufspiralelement (6) und ein stationäres Spiralelement (5) aufweist, von denen jedes eine Stirnplatte (5 a, 6 a) und eine davon senkrecht ab stehende Spiralwand (5 b, 6 b) hat, wobei die Spiral wände (5 b, 6 b) unter Bildung geschlossener Kompressions kammern (9) mit verändlichem Volumen ineinander greifen, mit einem Rahmen (11), der mit dem Um laufspiralelement (6) eine Gegendruckkammer (20) begrenzt, die über einen Kanal (21) in der Stirn platte (6 a) des Umlaufspiralelements (6) mit einem Zwischendruckbereich der Kompressionskammer (9) verbunden ist, mit einem Antriebsabschnitt (3), der einen Elektromotor und eine von ihm angetriebene, mit Schmiermittelkanälen (14 c) versehene und am Rahmen (11) gelagerte Welle (14) aufweist, die an einem Ende mit einem exzentrischen Schaftabschnitt (14 a) in eine Nabe (6 c) am Umlaufspiralelement (6) für dessen Umlaufbewegung ohne Eigenrotation ein greift, und mit einem den Kompressorabschnitt (2), den Rahmen (11) und den Antriebsabschnitt (3) ab dichtend umschließenden Gehäuse (1), das eine dem anderen Ende (14 d) der Welle (14) zugeordnete Ölwanne (22), eine Förderleitung (19), die in einen dem An triebsabschnitt (3) zugeordneten Förderraum (1 b) mündet, der mit einer Förderkammer (1 a) verbunden ist, in welche eine im mittleren Abschnitt des stationären Spiralelements (5) vorgesehene Förder öffnung (10) mündet, und eine in eine Ansaugöffnung (7) einer Ansaugkammer (8) im Umfangsabschnitt des stationären Spiralelements (5) mündende Ansaugleitung (17) aufweist, gekennzeichnet durch ein von der Druckdifferenz zwischen dem Förderdruck in der Förderkammer (1 a) und einem Zwischendruck in der Gegendruckkammer (20) gesteuertes Gegendrucksteuer ventil (30, 90), welches beim Unterschreiten einer vorge gebenen Druckdifferenz eine Verbindung zwischen der Gegendruckkammer (20) und der Ansaugkammer (8) her stellt und beim Überschreiten der vorgegebenen Druck differenz die Verbindung unterbricht.

2. Spiralkompressor nach Anspruch 1, dadurch ge kennzeichnet, daß das Gegendrucksteuer ventil (30, 90) von einer in einer Außenwand des stationären Spiralelements (5) vorgesehenen, zur Förderkammer (1 a) offenen Ventilkammer (31, 61, 71, 91), die einen zur Ansaugkammer (8) führenden Ver bindungskanal (32, 33; 32, 43; 73, 92) und einen zur Gegendruckkammer (20) führenden Kanal (34, 35, 36; 44, 45, 35, 36; 74; 94 a, 94 b, 95, 96) aufweist, von einem in der Ventilkammer (31, 61, 71, 91) ange ordneten Ventilelement (37, 47, 57, 67, 77, 97), das in der Ventilkammer (31, 61, 71, 91) zwischen einer den Verbindungskanal zur Ansaugkammer (8) und den zur Gegendruckkammer (20) führenden Kanal trennenden Schließstellung und einer sie verbindenden Öffnungs stellung bezüglich der Förderkammer (1 a) abdichtend verschiebbar ist, sowie von einer das Ventilelement (37, 47, 57, 67, 77, 97) in Richtung der Förderkammer (1 a) gegen einen Anschlag (39, 69, 99) vorspannenden Feder (38, 58, 78, 98) gebildet wird.

3. Spiralkompressor nach Anspruch 2, dadurch gekenn zeichnet, daß sich die Feder (38, 78) mit ihrem einen Ende an dem der Förderkammer (1 a) gegen überliegenden Boden der Ventilkammer (31, 61, 71) und mit ihrem anderen Ende an dem Ventilelement (37, 67, 77) abstützt.

4. Spiralkompressor nach Anspruch 2, dadurch ge kennzeichnet, daß die Feder ein dem Ventilelement (57) zugeordneter, dieses in Richtung der Förderkammer (1 a) elastisch vorspannender Balg (58) ist.

5. Spiralkompressor nach Anspruch 2, dadurch ge kennzeichnet, daß die Feder (98) eine kreisförmige, förderkammerseitig befestigte Feder platte ist, die das Ventilelement (97) zur Förder kammer (1 a) hin vorspannt und die Ventilkammer (91) gegenüber der Förderkammer (1 a) abdichtet.

6. Spiralkompressor nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der zur Ansaugkammer (8) führende Verbindungskanal (32, 33; 32, 43; 92) im Boden der Ventilkammer (31, 61, 91) in einer Sitzfläche (31 a) für das Ventilelement (37, 47, 57, 97) mündet.

7. Spiralkompressor nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der zur Ansaugkammer (8) führende Verbindungskanal (73) seitlich in die Ventilkammer (71) mündet und in der Öffnungsstellung des Ventilelements (77) mit einer Bohrung (77 c) in Verbindung steht, die von der Seitenwand des Ventilelements (77) zu dessen der Förderkammer (1 a) gegenüberliegenden Stirnfläche führt.

8. Spiralkompressor nach Anspruch 7, gekenn zeichnet durch ein an dem der Förderkammer (1 a) gegenüberliegenden Boden der Ventilkammer (71) angebrachtes Verschlußelement (82), mit dem die Öffnung der Bohrung (77 c) in der Stirnfläche des Ventilelements (77) in dessen Schließstellung zusammenwirkt.