DE3729319A1 - Spiralverdichter - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Spiralverdichter gemäß Ober­ begriff des Anspruchs 1.

Spiralverdichter sind bekannt. Bei Verdichtern dieser Art taucht das Problem auf, daß durch den Kompressions­ druck die Verdrängerscheibe aus dem Kammergehäuse heraus­ gedrückt wird.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, einen Spiralverdich­ ter zu schaffen, bei dem ein optimaler Lauf der Verdräng­ erscheibe im Kammergehäuse erreicht und ihr Abheben im vorgegebenen Druckbereich verhindert wird.

Diese Aufgabe wird bei einem Spiralverdichter der ein­ gangs genannten Art dadurch gelöst, daß mindestens zwei Lagerstellen zur Aufnahme der in axialer Richtung auf die Verdrängerscheibe wirkenden Kräfte vorgesehen sind. Durch die Aufteilung der axialen Abstützung auf zwei oder mehr, vorzugsweise vier Lagerstellen werden die in axialer Richtung auf die Verdrängerscheibe wirkenden Kräfte optimal verteilt, was nicht nur zu einer besseren Führung der Verdrängerscheibe, sondern auch zu einer geringeren Belastung der einzelnen Lagerstellen führt. Überdies bleibt bei einer derartigen Abstützung der Ver­ drängerscheibe die die Verdrängerscheibe antreibende Exzenterwelle axial belastungsfrei.

Besonders bevorzugt sind Lagerstellen aus zwei hinterein­ ander angeordneten Axiallagern, deren Mittelachsen ver­ setzt sind. Diese Konstruktion ist nicht nur einfach herzustellen, sie erlaubt auch auf Fertigungstoleranzen beruhende Mikrobewegungen der Axiallager gegeneinander.

Bei einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel werden die Axiallager geführt, um insbesondere bei hohen Dreh­ zahlen eine bessere Abstützung der axialen Kräfte zu erzielen. Dazu können Innenzapfen in dem Mittelbereich der beiden Lager vorgesehen werden. Bei dieser Art Führung sind ebenfalls Mikrobewegungen der Lager gegeneinander möglich.

Bei einem anderen Ausführungsbeispiel wird die Führung durch ein als Führungskurbel ausgebildetes Führungsele­ ment übernommen, wobei hier allerdings keine Mikrobewe­ gungen der Lager gegeneinander mehr möglich sind.

Zur Lösung der Aufgabe wird auch ein Spiralverdichter der eingangs genannten Art vorgeschlagen, bei dem min­ destens eine von der Exzenterwelle unabhängige Lager­ stelle zur tangentialen Abstützung der Verdrängerscheibe vorgesehen ist. Auf diese Weise wird, insbesondere wenn zur statisch bestimmten Abstützung der Verdrängerscheibe zwei zusätzliche Lagerstellen gewählt werden, die Ver­ drängerscheibe optimal geführt.

Außerdem wird die Aufgabe durch einen Spiralverdichter gelöst, der sich durch eine vom Lieferdruck des Spiral­ verdichters abhängige, an mindestens zwei Stellen der Verdrängerscheibe in axialer Richtung wirkende Druck­ kraft auszeichnet. Dabei ist die Druckkraft so ausge­ richtet, daß die Verdrängerscheibe gegen den vom Spiral­ verdichter erzeugten Kompressionsdruck in Richtung auf das Kammergehäuse gedrückt wird. Dadurch wird der Tatsache Rechnung getragen, daß mit steigendem Lieferdruck die Kraft wächst, die das Kammergehäuse und die Verdränger­ scheibe auseinanderdrückt. Eine besonders gute Anpressung der Verdrängerscheibe wird durch eine an mehreren Stellen wirkende Anspreßkraft erreicht.

Nach einem weiteren vorteilhaften Ausführungsbeispiel sind die Flächen der, die axiale Anpressung der Ver­ drängerscheibe bewirkenden Kolben und der die Kolben vorspannenden Federkraft so auf den Lieferdruck und die von der Verdrängerscheibe ausgehenden Kräfte abgestimmt, daß zwar im Normalfall eine optimale Anpressung der Ver­ drängerscheibe an das Verdichtergehäuse gewährleistet ist, aber ab einem bestimmten vorgegebenen Lieferdruck die Verdrängerscheibe von dem Verdichtergehäuse abhebt und ein weiterer Druckaufbau nicht möglich ist. Auf diese Weise wird die Funktion eines Sicherheitsventils erreicht, mit welchem mögliche Flüssigkeitsschläge unwirksam gemacht werden.

Weitere Ausgestaltungen und Vorteile ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der Figuren näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen Ausschnitt eines Spiralverdichters im Schnitt;

Fig. 2 eine Innenzapfen aufweisende Lagerstelle zur Aufnahme von axialen Kräften;

Fig. 3 eine eine Führungskurbel aufweisende Lagerstelle zur Aufnahme von axialen Kräften;

Fig. 4 eine eine Kurbel aufweisende Lagerstelle zur Aufnahme von tangentialen Kräften,

Fig. 5 eine durch eine Lasche verbundene Stifte aufwei­ sende Lagerstelle zur Aufnahme von tangentialen Kräften und

Fig. 6 eine Draufsicht auf einen geöffneten Spiralver­ dichter gemäß Fig. 1.

Fig. 1 zeigt wesentliche Teile eines Spiralverdichters. In einem Verdichtergehäuse 1 sind ein Kammergehäuse 3 und eine Verdrängerscheibe 5 angeordnet. Die Verdränger­ scheibe 5 wird in dem Kammergehäuse 3 von einer Exzenter­ welle 7 bewegt, deren Mittelachse 9 gegenüber der Mittel­ achse 11 des Verdichtergehäuses 1 versetzt ist. Die Ver­ drängerscheibe 5 führt gegenüber dem Kammergehäuse 3 eine auf einer Kreisbahn liegende translatorische Bewegung aus, wobei ein auf der Verdrängerscheibe angeordneter Spiralkörper 13 sich in Nuten 15 des Kammergehäuses 3 bewegt. An den Berührungsflächen der Verdrängerscheibe mit dem Kammergehäuse 3 sind hier Dichtungselemente 17 vorgesehen.

Das zu verdichtende Medium gelangt über einen Einlaßbe­ reich 19, einen Ringkanal 21, einen im Kammergehäuse 3 vorgesehen Durchlaß 23 in den Bereich der Nuten 15 des Kammergehäuses 3 und wird durch die Bewegung der Spiralkörper 13 der Verdrängerscheibe 5 komprimiert und tritt über einen Auslaßstutzen 25 aus.

In einer in die Verdrängerscheibe 5 eingebrachte Ausneh­ mung 27 ist ein als Axialrillenkugellager ausgebildetes Axiallager 29 untergebracht, dessen Mittelachse gegenüber der eines zweiten als Axialrillenkugellager ausgebildeten Axiallagers 31 versetzt ist. Das zweite Axiallager 31 befindet sich in einer in das Verdichtergehäuse 1 einge­ brachten Ausnehmung 33. Auf der dem ersten Axiallager 29 abgewandten Seite des zweiten Axiallagers 31 ist ein in der Ausnehmung 33 in Richtung der Mittelachse des zweiten Axiallagers 31 beweglich angeordneter Kolben 35 vorgesehen, dessen Außenfläche gegenüber der Innen­ fläche der Ausnehmung 33 abgedichtet ist. In Fig. 1 ist dazu ein O-Ring 37 vorgesehen.

Ein in die Rückseite des Kolbens 35 und in das Verdich­ tergehäuse 1 eingreifender Stift 39 verhindert eine Dreh­ bewegung des Kolbens 35 innerhalb der Ausnehmung 33.

Zwischen dem Verdichtergehäuse 1 und der Rückseite des Kolbens 35 kann ein, beispielsweise als Tellerfeder 36 ausgebildetes elastisches Element vorgesehen werden, welches den Kolben 35 und das zweite Axiallager 31 mit einer in Richtung auf das erste Axiallager 29 wirkenden Vorspannkraft beaufschlagt.

Der zwischen der Rückseite des Kolbens 35 und dem Ver­ dichtergehäuse 1 liegende Teil der Ausnehmung 33 ist mit dem Auslaßstutzen 25 verbunden. Hierzu ist ein zwi­ schen dem Auslaßstutzen 25 und der Ausnehmung 33 verlau­ fender, in die Wandung des Verdichtergehäuses 1 einge­ brachter Kanal 41 vorgesehen. Die Verbindung zum Auslaß­ stutzen kann jedoch auf beliebige Weise hergestellt wer­ den.

Das in Fig. 1 dargestellte Ausführungsbeispiel weist einen Exzenter 43 zur Aufnahme der in tangentialer Rich­ tung auf die Verdrängerscheibe 5 wirkenden Kräfte auf. Der Exzenter 43 bewegt sich in einer in das Verdichterge­ häuse 1 eingebrachten Ausnehmung 45, deren Mittelachse 47 gegenüber der Mittelache 49 des Exzenters 43 versetzt ist. Der in Fig. 1 dargestellte Exzenter weist eine Na­ delhülse auf, die auf einem in die Verdrängerscheibe 5 eingebrachten Stift 51 gelagert ist.

In Fig. 2 ist eine Führung für die Axiallager 29 und 31 dargestellt die in axialer Richtung auf die Ver­ drängerscheibe 5 wirkende Kräfte aufnehmen. Die Führung besteht aus Innenzapfen 53 und 55, die den Axiallagern 29 und 31 zugeordnet sind. Insbesondere bei hohen Dreh­ zahlen ist diese zusätzliche Führung der Lager vorteil­ haft.

Fig. 3 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel, bei dem gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen versehen sind. Die Axiallager 29 und 31 weisen eine hier als Führungs­ kurbel 57 ausgebildete Führung auf.

Fig. 4 zeigt einen Ausschnitt des Spiralverdichters gemäß Fig. 1, nämlich die Lagerstelle zur Aufnahme der in tan­ gentialer Richtung auf die Verdrängerscheibe 5 wirkenden Kräfte. Statt des Exzenters 43 ist hier zur Vereinfachung der Konstruktion des Lagers eine Kurbel 59 mit zwei Lager­ ebenen vorgesehen.

Gemäß Fig. 5 können der Exzenter 43 und die Kurbel 59 ersetzt werden durch zwei Stifte 61 und 63, die in die Verdrängerscheibe 5 bzw. in das Verdichtergehäuse 1 einge­ bracht und mittels eines als Lasche 65 ausgebildeten Verbindungselements verbunden werden.

Die Mittelachsen der Stifte 61 und 63 weisen die gleiche Exzentrizität e auf wie die Mittelachse 49 des Exzenters 43 und die Mittelachse 47 der Ausnehmung 45 bzw. wie die Mittelachse 9 der Exzenterwelle 7 und die Mittel­ achse 11 des Kammergehäuses 3.

Fig. 6 zeigt eine Draufsicht auf einen geöffneten Spiral­ verdichter gemäß Fig. 1. Aus dieser Darstellung ist insbe­ sondere die Anordnung der Lagerstellen zur Aufnahme der in axialer und in tangentialer Richtung auf die Verdrän­ gerscheibe wirkenden Kräfte ersichtlich.

Die Funktion des Spiralverdichters wird im folgenden anhand der Figuren näher erläutert:.

Die Verdrängerscheibe 5 wird von der Exzenterwelle 7 gegenüber dem im Verdichtergehäuse 1 drehfest gelagerten Kammergehäuse 3 bewegt, so daß das zu verdichtende Medium von dem sich in den Nuten 15 des Kammergehäuses 3 bewe­ genden Spiralkörpern 13 der Verdrängerscheibe 5 kompri­ miert wird. Die Verdrängerscheibe kann einen oder mehrere Spiralkörper aufweisen; die Ausbildung der Nuten in dem Verdichtergehäuse ist entsprechend angepaßt. Durch den Kompressionsdruck werden die Verdrängerscheibe 5 und das Kammergehäuse 3 auseinandergedrückt, so daß schließ­ lich bei einem bestimmten Kompressionsdruck die Dich­ tungswirkung der Dichtungselemente 17 aufgehoben wird. Dadurch ist eine weitere Kompression des Mediums nicht möglich.

Die in axialer Richtung auf die Verdrängerscheibe 5 wir­ kenden Kräfte werden von den jeweils zwei Axiallager 29, 31 aufweisenden Lagerstellen abgefangen. Von diesen Lagerstellen sind mindestens zwei, gemäß Fig. 6 vier in etwa gleichem Abstand voneinander angeordnet. Die axialen Kräfte werden ausschließlich von den Lagerstellen und nicht von der Exzenterwelle aufgenommen. Diese bleibt also axial belastungsfrei.

Das zweite Axiallager 31 wird von dem Kolben 35 gegen das erste Axiallager 29 gedrückt. Während des Anlaufens des Spiralverdichters sorgt das auf der Rückseite des Kolbens angeordnete Federelement, hier eine Tellerfeder, für den nötigen Anpreßdruck, so daß die Dichtungswirkung der Dichtungselemente 17 sichergestellt ist.

Wenn der von dem Verdichter erzeugte Druck im Auslaß­ stutzen 25, der sogenannte Lieferdruck steigt, so baut sich dieser Druck aufgrund des Kanals 41 auch auf der Rückseite der Kolben 35 auf. Dadurch wächst die Kraft, mit der die Verdrängerscheibe 5 auf das Kammergehäuse 3 gepreßt wird, mit steigendem Lieferdruck.

Die Größe der Kolbenfläche wird auch so gewählt, daß ab einem bestimmen Lieferdruck die auf die Kompression beruhende, die Verdrängerscheibe von dem Verdichtergehäuse abhebende Kraft größer ist, als die von den Kolben und Federelementen ausgeübte Kraft. Dadurch kann von einem bestimmten Lieferdruck an die zur Erhaltung der Dich­ tungswirkung der Dichtungselemente 17 nötige Kraft von den Kolben nicht mehr aufgebracht werden. Durch diesen Aufbau ist gewährleistet, daß der Lieferdruck einen be­ stimmten Wert nicht übersteigt. Dies entspricht der Wir­ kung eines Sicherheitsventils.

Aufgrund von Fertigungstoleranzen bewegt sich die Ver­ drängerscheibe 5 nicht auf einer exakten Kreisbahn gegen­ über dem Kammergehäuse 3. Es kommt daher zu Mikrobewe­ gungen zwischen dem ersten und zweiten Axiallager 29 und 31.

Bei höheren Drehzahlen ist zur Erzielung eines ruhigen Laufs der Verdrängerscheibe eine zusätzliche Führung der Axiallager erwünscht. Diese wird gemäß Fig. 2 durch in die Mittelöffnung der Lager ragende Innenzapfen 53, 55 gewährleistet. Bei dieser Art der Führung sind Mikrobe­ wegungen der Lager gegeneinander noch möglich.

Um die Axiallager von den Innenzapfen 53,55 bei Bedarf abziehen zu können, werden die Zapfen mit einer Nut oder einem entlang einem Durchmesser des Zapfens verlaufenden Schlitz versehen, was zur Vereinfachung in den Figuren nicht dargestellt ist. Die Tiefe der Nut bzw. des Schlitzes ist so gewählt, daß der am Zapfengrund liegende Ring des Axiallagers erfaßt und abgezogen werden kann.

Die Axiallager 29 und 31 können auch durch eine Kurbel 57 geführt werden, wie dies in Fig. 3 dargestellt ist.

Die durch die Axiallager gebildeten Lagerstellen zur Aufnahme von in axialer Richtung auf die Verdrängerscheibe wirkenden Kräften liegen vorzugsweise in einer Ebene, wie es in Fig. 6 dargestellt ist.

Zur Aufnahme von in tangentialer Richtung auf die Ver­ drängerscheibe 5 wirkenden Kräften dient bei dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel der Exzenter 43. Um eine statisch bestimmte Abstützung zu erreichen, sind neben der Exzenterwelle 7 vorzugsweise zwei zusätzliche Exzenter 43 vorgesehen. Die zusätzlichen Exzenter 43 führen zu einer wesentlichen Entlastung der Exzenter­ welle 7. Der Exzenter hat den Vorteil, daß er nur eine einzige Lagerebene hat, was zu einem besonders ruhigen Lauf der Verdrängerscheibe führt.

Die Entlastung der Exzenterwelle läßt sich aber auch durch eine den Exzenter ersetzende Kurbel 59 erreichen, die jedoch zwei Lagerebenen aufweist.

Die in tangentialer Richtung wirkenden Kräfte können auch durch eine Lagerstelle abgefangen werden, die aus einem in die Verdrängerscheibe eingebrachten ersten Stift 61, einem in das Verdichtergehäuse 1 eingebrachten zweiten Stift 63 und einem als Lasche 65 ausgebildeten Verbin­ dungselement besteht, das die freistehenden Enden der Stifte verbindet.

Die auf der Kompression des Mediums zwischen den Spiral­ körpern 13 und den Wänden der Nut 15 beruhenden, in tan­ gentialer Richtung auf die Verdrängerscheibe 5 wirkenden Kräfte können auch abgefangen werden, wenn die zur Auf­ nahme dieser Kräfte vorgesehenen Lagerstellen zwischen dem Kammergehäuse 3 und der Verdrängerscheibe 5 vorgesehen werden.

Aus Fig. 1 ist ersichtlich, daß durch die Kompression des Mediums zwischen den Spiralkörpern und den Wänden der im Kammergehäuse vorgesehenen Nut in tangentialer Richtung auf die Verdrängerscheibe wirkende Kräfte auf­ treten. Es wird aus der Darstellung auch deutlich, daß durch die Kompression des Mediums die Verdrängerscheibe 5 in Richtung der Mittelachse 11 des Kammergehäuses 3 bzw. in Richtung der Mittelachse 9 wirkenden Kräften ausgesetzt ist, durch die die Verdrängerscheibe 5 von dem Kammergehäuse 3 abgehoben wird. Es ist auch ohne weiteres ersichtlich, daß diese Kräfte an verschiedenen Stellen der Verdrängerscheibe einwirken und besonders bei hohen Kompressionsdrücken zu einem unruhigen Lauf der Verdrängerscheibe führen können. Durch die vier La­ gerstellen zur Aufnahme axialer Kräfte und die zwei zu­ sätzlich zur Exzenterwelle vorgesehenen Lagerstellen zur Aufnahme tangentialer Kräfte wird die Verdränger­ scheibe optimal geführt, was zu einem besonders ruhigen Lauf führt.

Claims (21)

1. Spiralverdichter mit mindestens einer von einer Ex­ zenterwelle in einem Verdichtergehäuse gegenüber einem Kammergehäuse bewegbaren Verdrängerscheibe, gekennzeichnet durch mindestens zwei Lagerstellen (29, 31) zur Aufnahme der in axialer Richtung auf die Verdrängerscheibe (5) wirkenden Kräfte.

2. Spiralverdichter nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Lagerstellen Axiallager (29, 31) aufweisen.

3. Spiralverdichter nach Anspruch 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Axiallager als Axialrillenkugel­ lager (29, 31) oder Axialrollenlager ausgebildet sind.

4. Spiralverdichter nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß zwei hintereinander angeordnete Axiallager verwendbar sind, deren Mittelachsen gegen­ einander versetzt sind.

5. Spiralverdichter nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Axiallager eine äußere und innere Führung (53, 55; 57) aufweisen.

6. Spiralverdichter nach Anspruch 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Axiallager (29, 31) jeweils durch einen Innenzapfen (53, 55) geführt sind.

7. Spiralverdichter nach Anspruch 6, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Innenzapfen (53, 55) mindestens eine Ausnehmung zur Demontage der Lagerringe der Axiallager (29, 31) aufweisen.

8. Spiralverdichter nach Anspruch 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Axiallager (29, 31) durch eine Füh­ rungskurbel (57) geführt sind.

9. Spiralverdichter mit mindestens einer von einer Ex­ zenterwelle in einem Verdichtergehäuse gegenüber einem Kammergehäuse bewegbaren Verdrängerscheibe, gekennzeichnet durch mindestens eine von der Exzenter­ welle (7) unabhängige Lagerstelle (43; 59; 61, 63, 65) zur tangentialen Abstützung der Verdrängerscheibe (5).

10. Spiralverdichter nach Anspruch 9, dadurch gekenn­ zeichnet, daß zur statisch bestimmten Abstützung zwei zusätzliche Lagerstellen vorgesehen sind.

11. Spiralverdichter nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Lagerstelle durch einen Ex­ zenter (43) gebildet ist.

12. Spiralverdichter nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Lagerstelle durch eine Kurbel (59) gebildet ist.

13. Spiralverdichter nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß für den Exzenter (43) und die Kurbel (59) Gleit- oder Wälzlager verwendbar sind.

14. Spiralverdichter nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß als Lagerstelle zwei mittels eines Verbindungselements (65) verbundene Stifte (61, 63) verwendbar sind, deren Mittelachsen gegenein­ ander versetzt sind.

15. Spiralverdichter nach einem der Ansprüche 9 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Lagerstellen zwischen Kammergehäuse und Verdrängerscheibe oder zwischen Verdichtergehäuse und Verdrängerscheibe angeordnet sind.

16. Spiralverdichter mit mindestens einer von einer Ex­ zenterwelle in einem Verdichtergehäuse gegenüber einem Kammergehäuse bewegbaren Verdrängerscheibe gekennzeichnet durch eine von dem Lieferdruck des Spiralverdichters abhängige, an mindestens zwei Stellen der Verdrängerscheibe (5) in axialer Richtung in Richtung auf das Verdichtergehäuse (3) wirken­ de Druckkraft.

17. Spiralverdichter nach Anspruch 16, gekennzeichnet durch einen über die Axiallager (29, 31) eine Kraft auf die Verdrängerscheibe (5) ausübenden, in Abhängig­ keit vom Lieferdruck in Richtung der Mittelachsen der Axiallager bewegbaren Kolben (35).

18. Spiralverdichter nach Anspruch 17, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Kolben (35) sich gegen das Ver­ dichtergehäuse (1) abstützt und durch mindestens ein elastisches Element in Richtung auf die Ver­ drängerscheibe (5) vorgespannt ist.

19. Spiralverdichter nach Anspruch 17 oder 18, dadurch gekennzeichnet, daß zur Begrenzung des maximalen Lieferdrucks die Fläche des Kolbens (35) und damit die auf die Verdrängerscheibe (5) wirkende Kraft so gewählt ist, daß bei einem bestimmten Lieferdruck die Verdrängerscheibe (5) vom Kammergehäuse (3) ab­ hebt.

20. Spiralverdichter nach einem der Ansprüche 17 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben (35) gegen Verdrehen gesichert ist.

21. Spiralverdichter mit mindestens einer von einer Ex­ zenterwelle in einem Verdichtergehäuse gegenüber einem Kammergehäuse bewegbaren Verdrängerscheibe, gekennzeichnet durch eine Kombination der axialen Lagerung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, der tangen­ tialen Abstützung nach einem der Ansprüche 9 bis 15 und/oder einer variablen, axialen Anpressung nach einem der Ansprüche 16 bis 20.