DE3627579A1 - Spiralkompressor - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Spiralkompressor nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Ein solcher Spiralkompressor wird für Kühlzwecke oder für Klimaanlagen verwendet.

Ein solcher Spiralkompressor ist gewöhnlich in einer abgedichteten Kammer angeordnet. Der untere Endab­ schnitt einer Antriebswelle befindet sich dabei in einem Ölsumpf des Kompressors. Durch die Welle er­ streckt sich ein Ölkanal mit einer radialen Exzen­ trizität, wie dies beispielsweise in der US-PS 44 62 772 gezeigt ist. Bei dieser Anordnung wird Schmieröl zu den drehenden Teilen des Kompressors mit Hilfe der Zentrifugalkraft geführt, die entsprechend der Größe der Exzentrizität des Ölkanals erzeugt wird.

Dabei kann der Hub oder die Förderhöhe nicht aus­ reichend groß gemacht werden, da sie vom dem Durch­ messer der Welle und insbesondere von dem des Rotorab­ schnitts des Motors abhängt. Da die Zentrifugalkraft unter dem Einfluß der Drehzahl der Welle steht, kann eine ausreichende Ölförderhöhe dann nicht erreicht werden, wenn die Drehzahl des Kompressors sich bei­ spielsweise durch den Antrieb eines Invertermotors ändert und insbesondere nicht während des Betriebs mit einer niedrigen Drehzahl.

Obwohl die Leistung der Ölförderpumpe am Ende der Antriebswelle gesteigert werden kann, um diesen Nach­ teil zu beseitigen, führt diese Steigerung dazu, daß die Anordnung im Aufbau kompliziert und zu groß wird.

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht deshalb darin, den Spiralkompressor der eingangs ge­ nannten Art mit einer in der Größe verringerten Ölzu­ führungsvorrichtung aufgrund einer Mehrstufenbauweise zu versehen, um so eine ausreichende Ölförderhöhe bei gesteigert Pumpleistung zu erzielen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß an einem Ende der Antriebswelle auf der Motorseite eine erste Ölzuführpumpeinrichtung vorgesehen wird, deren Ansaugseite mit einem Ölsumpf im Gehäuse in Verbindung steht, und daß am Ende der Antriebswelle auf der Kom­ pressorabschnittseite, die die Förderseite der ersten Ölzuführpumpeinrichtung ist, eine zweite Ölzuführpump­ einrichtung vorgesehen wird, wodurch die Ölzuführpump­ einrichtung mehrstufig ausgebildet ist, so daß die Pumpeinrichtung eine erhöhte Pumpfähigkeit hat, während ihr Aufbau vereinfacht und in der Größe reduziert ist.

Weitere Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

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

Fig. 1 einen Spiralkompressor im Axialschnitt,

Fig. 2 eine Einzelheit der zweiten Ölförderpumpe und der Lager des Kompressors von Fig. 1, im Schnitt,

Fig. 3 eine Draufsicht auf die Einzelheit von Fig. 2,

Fig. 4 eine Draufsicht auf eine zweite Ausführungsform einer Ölförderpumpe des Spiralkompressors,

Fig. 5 eine dritte Ausführungsform der zweiten Ölförder­ pumpe des Kompressors im Axialschnitt,

Fig. 6 im Axialschnitt eine vierte Ausführungsform der zweiten Ölförderpumpe des Kompressors,

Fig. 7 eine Draufsicht auf einen Teil der Pumpe von Fig. 6,

Fig. 8 eine Draufsicht auf die zweite Ölförderpumpe des Kompressors gemäß einer fünften Ausführungsform,

Fig. 9 im Axialschnitt den Schaftabschnitt des Kom­ pressors der zweiten Ölzuführungspumpe von Fig. 8,

Fig. 10 und 11 Draufsichten auf die zweite Ölzuführungs­ pumpe des Kompressors gemäß einer sechsten und einer sieben Ausführungsform,

Fig. 12 im Axialschnitt eine achte Ausführungsform einer zweiten Ölförderpumpe mit Lagern des Kompressors,

Fig. 13 den Schnitt XIII-XIII von Fig. 12,

Fig. 14 im Axialschnitt eine neunte Ausführungsform der zweiten Ölzuführungspumpe mit Lagern und

Fig. 15 den Schnitt XV-XV von Fig. 14.

Der in Fig. 1 gezeigte Spiralkompressor hat einen Kom­ pressorabschnitt 1 mit einem Umlaufspiralelement 2, welches eine Stirnplatte 2 a und eine Wand 2 b in Spiralform sowie ein stationäres Spiralelement 3 mit einer Spiralwand 3 b an einer Stirnplatte 3 a aufweist. Das Umlaufspiralelement 2 und das stationäre Spiralelement 3 sind so angeordnet, daß ihre jeweiligen Spiralwände 2 b und 3 b in Eingriff mit­ einander stehen. Der Kompressorabschnitt 1 ist fest an einem Rahmen 62 und dann in gleicher Weise an einem Rahmen 61 angebracht. Die Rahmenabschnitte 61 und 62 sind im Preßsitz in einem abgedichteten Behälter 7 so positioniert, daß der Kompressorabschnitt 1 sich oben in dem Behälter 7 befindet. In einem Raum zwischen der Rückseite des Umlaufspiralelements 2 und dem Rahmen 61 ist ein die Eigenrotation des Umlaufspiralelements 2 verhindernder Mechanismus 4 vorgesehen.

Eine Antriebswelle 5 hat einen exzentrischen Schaftab­ schnitt 50 mit einer exzentrischen Öffnung 5 a und einen Ausgleichsgewichtsabschnitt 51, die beide in einem Stück an einem Ende der Antriebswelle 5 ausgebildet sind. In der exzentrischen Öffnung 5 a ist ein Lager 5 b angeordnet, das eine Welle 2 c des Umlaufspiralelements 2 lagert. Außer­ dem ist der Außenumfang des exzentrischen Schaftab­ schnitts 50 drehbar in einem Lager 6 a gehalten, das in den Innenumfangsabschnitt des Rahmens 62 eingepaßt ist. Zwischen der Rückseite 20 der Stirnplatte 2 a des Umlaufspiralelements 2 und der Oberseite 621 des Rahmens 62 ist ein Axiallager bzw. Schublager 6 b angeordnet. Dabei dient ein freier Raum 52 als Ölzuführkanal, der zu dem Axiallager 6 b und dem Lager 6 a führt. Eine Nut 5 e bildet eine zweite Ölförderpumpe. Die Nut 5 e ist im Boden der exzentrischen Öffnung 5 a ausgebildet. Anderer­ seits ist an der Antriebswelle 5 ein kegelstumpfförmiges Ölansaugrohr 5 d vorgesehen, das in einen Ölsumpf 71 ragt. Das Innere des Ölansaugrohrs 5 d steht mit einer Ölzuführungsbohrung 5 c in Verbindung, die sich exzentrisch durch die Antriebswelle 5 erstreckend ausgebildet ist. Somit bilden die Ölzuführungsbohrung 5 c und das Ölansaugrohr 5 d eine erste Ölförderpumpe. Das obere Ende der Ölzuführungsbohrung 5 c steht mit der Ansaugseite der Nut 5 e in Verbindung, welche eine zweite Ölförderpumpe bildet.

Ein Motor 8 hat einen Statorabschnitt 80, der an dem entfernten Ende eines Schenkelabschnitts 6 e des Rahmens 61, beispielsweise durch Bolzen, festgelegt ist. Der Rotorabschnitt 81 sitzt an der Antriebswelle 5. Die Antriebswelle 5 ist in Hauptlagern 612 und 613 und in einem Hauptaxiallager 614 gelagert, das an einem Lager­ abschnitt 611 des Rahmens 61 angeordnet ist. Zum Aus­ gleich des Drucks zwischen einer Kammer 64 und einer Niederdruckkammer 65 dient eine Druckregulieröffnung 63. Zum Ausgleich des Drucks zwischen einer Kammer 67 und der Kammer 64 dient eine Druckregulieröffnung 66. Der abgedichtete Behälter 7 hat ein Ansaugrohr 7 e unter dem Rahmen 61 und ein Förderrohr 7 b, das mit einer Förderöffnung 3 d über dem stationären Spiralelement 3 in Verbindung steht. Diese Rohre erstrecken sich durch die Wand des abgedichteten Behälters 7. Zur Verbindung der Niederdruckkammer 65 mit einem Raum 652, der über der Stirnplatte 3 a des stationären Spiralelements 3 in dem abgedichteten Behälter ausgebildet ist, dient ein Gaskanal 651. In dem stationären Spiralelement 3 ist ein Ansaugkanal 3 c vorgesehen, der sowohl mit dem Raum 652 als auch einer kompressiblen Ansaugkammer in Verbindung steht, die von den Spiralwänden 2 b und 3 b gebildet wird.

Der Schaft 2 c des Umlaufspiralelements 2 ist in der exzentrischen Öffnung 5 a der Antriebswelle 5 so ange­ ordnet, daß ein sehr kleiner Spielraum zwischen der Stirnfläche des Schaftes 2 c und dem Bodenabschnitt der exzentrischen Öffnung 5 a verbleibt. Die Nut 5 e ist so ausgebildet, daß sie sich in radialer Richtung nach außen von der Ölzuführungsbohrung 5 c erstreckt. Diese Richtung ist im wesentlichen die gleiche wie die Richtung der Exzentrizität der Ölzuführungsbohrung 5 c.

Wenn, wie in Fig. 3 gezeigt ist, diese radiale Nut 5 e an einer bestimmten Stelle in dem Halbkreisbereich DE angeordnet ist, der sich innerhalb des Winkelbereichs von ±90° bezüglich der Linie erstreckt, welche die Mitte A der Antriebswelle und die Mitte B der exzen­ trischen Öffnung verbindet und sich über die Mitte B hinaus erstreckt, was durch C gezeigt ist, kann der radiale Abstand von der Mitte A der Antriebswelle zum Ende der Nut größer gemacht werden und wird so für die Ölzuführung sehr wirksam.

Der Spiralkompressor arbeitet folgendermaßen:

Das durch das Ansaugrohr 7 a von der Niederdruckseite eines Kältemittelkreislaufes, beispielsweise von einem Verdampfer oder dergleichen, angesaugte Gas wird durch den Ansaugkanal 3 c des stationären Spiralelements 3 angesaugt, nachdem es den Motor 8 gekühlt hat. Das Gas wird dann von dem Umlaufspiralelement 2 und dem stationären Spiralelement 3 komprimiert, aus dem Förderrohr 7 b über die Förderöffnung 3 d zur Hochdruckseite des Kältemittelkreislaufes, beispielsweise einem Kondensator oder dergleichen, gefördert.

Die Ölversorgung wird durch eine erste Ölförderpumpe bewirkt, die von dem kegelstumpfförmigen Ölansaugrohr 5 d am unteren Ende der Antriebswelle 5, das in den Ölsumpf 71 im unteren Abschnitt des abgedichteten Be­ hälters 7 eingetaucht ist, und der exzentrischen Öl­ förderbohrung 5 c gebildet wird. Das Öl, welches die ex­ zentrische Öffnung 5 a der Antriebswelle 5 erreicht hat, wird durch die zweite Ölförderpumpe weiter unter Druck gesetzt und zu einem Reihenkanal der Lager 5 b und 6 a und einem Reihenkanal der Lager 5 b und des Axiallagers 6 b gefördert. Dadurch wird das zu den Lagern zu bringende Öl zweimal mit Hilfe der ersten und zweiten Ölförder­ pumpe unter Druck gesetzt, so daß das Lager 6 a und das Axiallager 6 b, das von den Pumpen fernliegt, ausreichend mit Öl über den freien Raum 52 versorgt werden.

Das Öl wird, wenn es die Schmierung des Schublagers 6 b erfüllt hat, in die Kammer 67 abgegeben und dann in die Kammer 64 durch die Druckregulierbohrung 66 tropfen ge­ lassen. In der Kammer 64 kommt das Öl aus dem Lager 6 b mit dem Öl in Kontakt, das das Lager 6 a geschmiert hat, und tropft durch die Druckregulierbohrung 63 in die Kammer 65. Danach tropft das Öl in den Ölsumpf 71 über Spalte, beispielsweise den an dem Außenumfang des Motors 8, und wird in dem Ölsumpf gespeichert.

Bei der Ausführungsform von Fig. 4 erstreckt sich die Nut in eine Richtung unter einem Winkel von 45° zu der Ver­ längerungslinie C. In der Innenfläche des Lagers 5 b, das in der exzentrischen Öffnung 5 a der Antriebswelle 5 angeordnet ist, ist eine Ölnut 5 f vorgesehen. Wenn sich diese Ölnut 5 f in der gleichen Richtung wie die Radialnut 5 e im Bodenabschnitt der exzentrischen Öffnung 5 a oder auf der stromab gelegenen Seite bezüglich der Drehrichtung der Nut 5 e erstreckt, kann Öl zu den Lastpunkten der Lager in der richtigen Weise zugeführt werden. Dabei kann erfindungsgemäß der Ölzuführungsdruck gesteigert und das Öl zu entsprechenden Abschnitten gefördert werden, denen das Öl zugeführt werden muß.

Bei der Ausführungsform von Fig. 5 befindet sich die Radialnut 5 e in einem gesonderten Teil 9, das an dem Bodenabschnitt der exzentrischen Öffnung 5 a festlegbar ist, wodurch sich die Nut 5 e einfach herstellen läßt. Bei der weiteren Ausführungsform, wie sie in den Fig. 6 und 7 gezeigt ist, ist der Schaft 2 c des Umlaufspiral­ elements 2 in der exzentrischen Öffnung 5 a der Antriebs­ welle 5 mit einem leichten Spielraum zwischen der Stirn­ fläche des Schaftes 2 c und dem Bodenabschnitt der ex­ zentrischen Öffnung 5 a angeordnet. Der Schaft 2 c hat an seiner Mitte eine Bohrung 2 d, die der Ölzuführungs­ bohrung 5 c gegenüberliegt und zum Bodenabschnitt der exzentrischen Öffnung 5 a der Antriebswelle 5 hin mündet. Dabei ist eine Vielzahl von Nuten 2 e vorgesehen, die so ausgebildet sind, daß sie sich von der Bohrung 2 d radial aus erstrecken.

Das Öl, welches aus der Ölzuführungsbohrung 5 c in die Bohrung 2 d gelangt ist, wird durch die Nuten 2 e unter Druck gesetzt und nacheinander dem Lager 5 b und dem Lager 6 a oder 6 b zugeführt.

Wenn die radialen Nuten 2 e zu gekrümmten Nuten 20 e gemäß Fig. 8 modifizert werden, kann dieser Druck­ steigerungseffekt weiter verbessert werden.

Zur Erleichterung der Fertigung dieser Nuten kann, wie in Fig. 9 gezeigt ist, gesondert vom Schaft 2 c des Umlaufspiralelements 2 ein Pumpmechanismus 90 an dem entfernt liegenden Ende davon festgelegt werden.

Als solcher Pumpmechanismus können zusätzlich zu der Ausgestaltung der Ausführungsformen der Fig. 6 bis 9, wo die Zentrifugalkraft hauptsächlich als Arbeitskraft ausgenutzt wird, gekrümmte Nuten 5 g oder eine Spiralnut 5 h benutzt werden, wie sie in den Fig. 10 bzw. 11 dar­ gestellt sind, wodurch die Viskositätskraft bzw. Reibungskraft ebenfalls mit genutzt werden kann.

Auch wenn diese Nuten komplexe Formen haben, lassen Sie sich doch leicht herstellen, wenn Sie getrennt von der Antriebswelle 5 ausgebildet werden, wie dies bei der Ausführungsform von Fig. 9 der Fall ist.

Bei der Ausführungsform nach Fig. 12 und 13 ist eine zweite Ölförderpumpe 59 in der exzentrischen Öffnung 5 a in der Mitte der Antriebswelle 5 angeordnet. Die zweite Ölförderpumpe 59 hat eine oder mehrere Flügel 9 a, die gegen die Innenwand der exzentrischen Öffnung 5 a über d entsprechende Federn 58 in Richtungen jeweils senkrecht zur Mitte der Welle vorgespannt sind. Die Pumpe ist eine Drehflügelpumpe bzw. Rotationskolbenpumpe, in welcher der Hauptkörper 59 sich während der Drehung der Antriebswelle 5 dreht und die Flügel 9 a senkrecht zur Mitte der An­ triebswelle gleiten. In dem Bodenabschnitt der exzen­ trischen Öffnung 5 a ist eine Nut 500 ausgebildet, die als Ansaugöffnung für die zweite Ölförderpumpe 59 dient. Der Schaft 2 c des Umlaufspiralelements 2 ist an seinem unteren Ende mit einer Bohrung 25 versehen, die als Förder­ öffnung für die Pumpe dient.

Bei der Ausführungsform nach Fig. 14 und 15 hat eine Pumpe 69 einen Rotor 691, dessen Zähne längs Trochoiden­ kurven profiliert sind, und eine Platte 692 für den Wirkungseingriff mit dem Rotor. Der Rotor 691 befindet sich in der Mitte der Antriebswelle 5. Bei der Drehung der Antriebswelle 5 wird der Rotor 691 gedreht. Die Platte 692 dreht sich bei der Drehung des Rotors 691 ebenfalls. Der Rotor 691 und die Platte 692 sind so aus­ gebildet, daß sie Zähne mit der Anzahl Z bzw. Z+1 haben. Bei der Ausführungsform von Fig. 15 beträgt die An­ zahl der Zähne des Rotors 691 vier und die der Platte 692 fünf.

Wenn also das durch die Ansaugöffnung 7 a angesaugte Gas nach Kühlung des Motors 8 vom Ansaugkanal 3 c des stationären Spiralelements 3 angesaugt ist und von dem Umlaufspiralelement 2 und dem stationären Spiralelement 3 komprimiert worden ist, wird es aus der Förderöffnung 3 d über das Förderrohr 7 b abgeführt.

Das Öl wird mit Hilfe des Ölansaugrohrs 5 d an dem Ende der Antriebswelle 5 im Ölsumpf 71 des unteren Ab­ schnitts des Behälters 7 in die exzentrische Ölförder­ bohrung 5 c der Welle 5 angesaugt. Das Öl, welches die Nut 500 der zweiten Ölförderpumpe erreicht hat, wird durch die zweite Ölförderpumpe 69 weiter unter Druck gesetzt und fließt durch die Nut 2 d zu den Lagern 5 b, 6 a und dem Axiallager 6 b.

Die Förderhöhe der Ölförderpumpe ist dadurch bei verein­ fachtem Aufbau vergrößert, so daß Öl stabil und gleich­ förmig zugeführt werden kann. Auch wenn bei einem An­ trieb mit variabler Drehzahl, beispielsweise mit einem Inverterantrieb, bei niedriger Drehzahl gearbeitet wird, läßt sich eine ausreichende Ölversorgung erreichen.

Claims (12)

1. Spiralkompressor mit einem Spiralkompressorab­ schnitt (1) und einem Motor (8), die durch eine Antriebswelle (5) verbunden sind und in einem Ge­ häuse (7) sitzen, wobei der Kompressorabschnitt (1) ein Umlaufspiralelement (2) und ein stationäres Spiralelement (3) aufweist, von denen jedes eine Spiralwand (2 b, 3 b) hat, die an einer Stirnplatte (2 a, 3 a) hochstehend ausgebildet ist, die Spiral­ elemente (2, 3) so zusammengefügt sind, daß ihre Spiralwände (2 b, 3 b) zueinander nach innen weisen, das Umlaufspiralelement (2) in eine Umlaufbewegung versetzt wird, so daß die zwischen den Spiralwänden (2 b, 3 b) und den Stirnplatten (2 a, 3 a) der beiden Spiralelemente (2, 3) gebildeten Räume sich zu deren Mitte hin bewegen, während zur Komprimierung des Fluids ihr Volumen fortlaufend reduziert wird, dadurch gekennzeichnet, daß an einem Ende der Antriebswelle (5) auf der Motorseite eine erste Ölzuführungspumpeinrichtung (5 c, 5 d) vorgesehen ist, deren Saugseite mit einem Ölsumpf (71) im Gehäuse (7) in Verbindung steht, daß an einem Ende der Antriebswelle (5) auf der Kompressor­ abschnittseite eine zweite Ölzuführungspumpeinrichtung (5 e) vorgesehen ist und daß der Kompressor wenigstens zwei Lager (5 b, 6 a, 6 b) aufweist, die auf der Förder­ seite der zweiten Ölzuführungspumpeinrichtung (5 e) angeordnet sind, die nacheinander Öl zu dem ersten Lager (5 b) und dem zweiten Lager (6 a, 6 b) zuführt.

2. Spiralkompressor nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß wenigstens zwei Lager, die hintereinander angeordnet sind, ein Umlauf­ spiralelementlager (5 b) und ein Axiallager (6 b) sind, die an der Rückseite des Umlaufspiralelements (2) angeordnet sind.

3. Spiralkompressor nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die wenigstens zwei Lager, die hintereinander angeordnet sind, ein Umlaufspiralelementlager (5 b) und ein Hauptlager (6 a) sind, das in einem Rahmen (61) sitzt.

4. Spiralkompressor nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die zweite Ölzuführungs­ pumpeinrichtung ein gesondertes Teil (9, 90) mit einer radialen Nut (5 e) aufweist, wobei das Teil (9, 90) zwischen dem Ende der Antriebswelle (5) und einem Ende eines Schaftabschnitts (2 c) angeordnet ist, der an dem Umlaufspiralelement (2) ausgebildet und in einen Lagerabschnitt des Umlaufspiralelements (2) eingesetzt ist.

5. Spiralkompressor nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die zweite Ölzu­ führungspumpeinrichtung wenigstens eine Radialnut (2 e, 5 e) aufweist, die in der Stirnfläche des Schaftabschnitts (2 c) des Umlaufspiralelements (2) und/oder in der Stirnfläche der Antriebswelle (5) ausgebildet ist.

6. Spiralkompressor nach Anspruch 5, gekenn­ zeichnet durch eine Vielzahl von radial vorgesehen Radialnuten (2 e, 5 e, 20 e, 5 g, 5 h).

7. Spiralkompressor nach Anspruch 6, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Radialnuten (20 e, 5 g, 5 h) gekrümmt sind.

8. Spiralkompressor nach Anspruch 5, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Radialnut (5 h) eine Spiralform hat.

9. Spiralkompressor nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Radialnut (5 e) so angeordnet ist, daß sie sich in der gleichen Richtung (C) wie die Exzentrizität einer Ölzu­ führungsbohrung (5 c) erstreckt, die durch die An­ triebswelle (5) hindurchgehend ausgebildet ist.

10. Spiralkompressor nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Radialnut (5 e) so vorgesehen ist, daß sie sich unter einem Winkel bezüglich einer Richtung (C) der Exzentrizität einer Ölzuführungsbohrung (5 c) erstreckt, die durch die Antriebswelle (5) hindurchgehend ausge­ bildet ist.

11. Spiralkompressor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Ölzuführpumpeinrichtung eine Dreh­ flügelpumpe (59, 69) aufweist, die Flügel (9 a, 691) hat und zwischen einer unteren Stirnfläche des Schaftabschnitts (2 c) an dem Umlaufspiralelement (2) und einer Bodenfläche einer exzentrischen Öffnung in der Antriebswelle (5) eingesetzt ist, wobei die Drehflügelpumpe (59, 69) so angeordnet ist, daß sie sich synchron zur Rotation der Antriebswelle (5) dreht.

12. Spiralkompressor nach Anspruch 11, dadurch ge­ kennzeichnet, daß Zähne eines Dreh­ körpers (692) der Rotationskolbenpumpe (69) Profile von Trochoidenkurven haben.