DE3903249A1 - Rotationskolbenmaschine in spiralbauweise - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Rotationskolbenmaschine in Spiralbauweise nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 und des Patentanspruchs 2.

Aus der US-A-45 51 082 ist bereits eine Rotationskolbenmaschine in Spiralbauweise in Form eines Spiralkompressors bekannt, der ein stationäres Spiralelement mit einer Spiralwand und ein umlaufendes Spiralelement mit einer ähnlichen Spiralwand aufweist, wobei die Spiralwände ineinander greifen. Die Umlaufbewegung des umlaufenden Spiralelements bezüglich des stationären Spiralelements zur Komprimierung und Förderung eines Fluids erfolgt über eine Kurbelwelle. Zur Lagerung der Kurbelwelle und für ihre Schmierung dienen ein erstes Gleitlager, das zwischen einem Kurbelabschnitt der Kurbelwelle und dem umlaufenden Spiralelement angeordnet ist, ein zweites Gleitlager oder Wälzlager, das zwischen einem Schaftabschnitt der Kurbelwelle und einem Rahmen angeordnet ist, sowie ein drittes Gleitlager. Die Ölzu­ führung zu den Lagern erfolgt aufgrund der Zentrifugalkraft, die auf das Schmieröl in einem exzentrischen Ölkanal ein­ wirkt, der sich durch die Kurbelwelle erstreckt, wodurch das Schmieröl dem dritten Lager zugeführt wird. Das zweite Lager wird mit Schmieröl zusätzlich zu der durch die Drehung der Kurbelwelle erzeugten Zentrifugalkraft durch eine Kraft versorgt, die sich durch eine Druckdifferenz zwischen dem Förderdruck und einem Druck ergibt, der zwischen dem Förderdruck und dem Ansaugdruck liegt und der auf die Rückseite des umlaufenden Spiralelements wirkt.

Aus der US-A-44 62 772 ist es ferner bekannt, dem ersten und zweiten Lager der Kurbelwelle eines Spiralkompressors Öl aufgrund der Druckdifferenz zwischen dem Förderdruck und dem Zwischendruck zuzuführen, während das dritte Lager mit Öl über ein Zweigrohr versorgt wird, wobei die Wirkung der Zentrifugalkraft der Kurbelwelle genutzt wird.

Bei diesen bekannten Ölschmierungen wird die den jeweiligen Lagern zugeführte Ölmenge unter der Voraussetzung festge­ legt, daß der Spiralkompressor im Nennbetrieb mit einer konstanten Drehzahl arbeitet. Neuerdings werden jedoch Spiralkompressoren derart eingesetzt, daß sie in einem weiten Bereich arbeiten, der von einer niedrigen Drehzahl bis zu einer hohen Drehzahl reicht, und zwar ansprechend auf die Belastung eines Kälteprozesses, bei welchem der Spiralkompressor benutzt wird. Wenn bei dem bekannten Spiralkompressor die Drehzahl für einen derartigen Betriebs­ zustand eingestellt wird, ist die Zentrifugalkraft für die Ölversorgung insbesondere im niedrigen Drehzahlbereich verringert. Dadurch ist es nicht mehr möglich, eine aus­ reichende Ölzuführung aufrechtzuerhalten, was zu Schäden an den Lagern führt.

Da die Ölzuführung aufgrund der durch die erwähnte Druck­ differenz erzeugten Kraft in der Mitte des zweiten Lagers bewirkt wird, muß der Raum zwischen dem zweiten Lager und dem dritten Lager auf Förderdruck gehalten werden. Es ist deshalb erforderlich, eine Spiralnut oder eine Förderöffnung für die Zuführung des Schmiermittels vorzu­ sehen. Dies erfordert einen hohen Aufwand aufgrund der dafür erforderlichen spanabhebenden Bearbeitung.

Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe besteht deshalb darin, bei der Rotationskolbenmaschine der gattungsgemäßen Art ein Ölzuführungssystem vorzusehen, mit dem sich ein Verschleiß und ein Fressen der Lager verhindern lassen und gewährleistet ist, daß eine ausreichende Ölmenge auch in einem Arbeitsbereich mit niedriger Drehzahl bereitge­ stellt wird, wenn die Drehzahl der Maschine, insbesondere im Kompressorbetrieb, von einem Inverter bzw. über einen Wechselrichter gesteuert wird.

Diese Aufgabe wird mit den im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 angegebenen, sowie mit den im Kennzeichen des Patentanspruchs 2 aufgeführten Merkmalen gelöst, wobei die Unteransprüche eine Weiterbildung dieser Merkmale betreffen.

Bei der erfindungsgemäßen Rotationskolbenmaschine in Spiral­ bauweise läßt sich das Ölzuführungssystem mit geringem Herstellungsaufwand verwirklichen, wobei eine wirksame Lagerschmierung bei allen Betriebszuständen gewährleistet ist.

Aufgrund der Lageranordnung für die Kurbelwelle ist die Ölversorgung der Lager sichergestellt, und zwar infolge der Kraft, die aus der Druckdifferenz zwischen dem Förder­ druck und dem Zwischendruck resultiert. Bei der Lageran­ ordnung der erfindungsgemäßen Rotationskolbenmaschine in Spiralbauweise ist an dem Rahmen in der Nähe des Kurbel­ abschnitts der Kurbelwelle ein Wälzlager vorgesehen, während am unteren Ende des Rahmens ein Gleitlager angeordnet ist, dem Schmieröl aufgrund der aus der Druckdifferenz resultierenden Kraft zugeführt wird. Die Rotationskolben­ maschine hat ein mechanisches Ölfördersystem oder einen Ölzuführungskanal, dessen Strömungswiderstand so einge­ stellt ist, daß das Schmiermittel bei einem ausreichenden Mengenstrom auch unter schwierigsten Bedingungen in einem vorgegebenen Drehzahlbereich strömen kann.

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

Fig. 1 schematisch das Schaltbild einer Klimaanlage mit einem Inverter,

Fig. 2 im Axialschnitt eine erste Ausführungsform eines Spiralkompressors in vertikaler Anordnung mit dicht abgeschlossenem Behälter,

Fig. 3 in einer Einzelheit im Axialschnitt den Lagerab­ schnitt des Spiralkompressors von Fig. 2,

Fig. 4 in einer Ansicht wie Fig. 2 eine Modifizierung des Lagerabschnitts,

Fig. 5 im Axialschnitt eine zweite Ausführungsform des Spiralkompressors in horizontaler Anordnung mit dicht abgeschlossenem Behälter und

Fig. 6 in einer Einzelheit im Schnitt den Ölzuführungs­ abschnitt des Spiralkompressors von Fig. 5.

Die in Fig. 1 gezeigte, nach den Wärmepumpenprinzip arbei­ tende Klimaanlage hat einen Spiralkompressor 1, einen Innenraumwärmeaustauscher 2, einen Außenraumwärmeaustauscher 3, ein Expansionsventil 4, ein Vierwegeventil 5, einen Inverterantrieb 6 für den Spiralkompressor 1 und einen dem Inverterantrieb 6 zugeordneten Rechner 7. Im Heizbetrieb wird das vom Spiralkompressor 1 geförderte dampfförmige Kältemittel mit hohem Druck und hoher Temperatur in dem Innenraumwärmeaustauscher 2 kondensiert und verflüssigt und danach durch das Expansionsventil 4 auf einen niedrigen Druck und eine niedrige Temperatur gedrosselt. Anschließend wird das Kältemittel in dem Außenraumwärmeaustauscher 3 verdampft und zur Ansaugseite des Spiralkompressors 1 zurückgeführt. Im Kühlbetrieb wird der Kreislauf durch das Vierwegeventil 5 so umgeschaltet, daß das dampfförmige Kältemittel zur Strömungsrichtung beim Heizbetrieb entgegen­ gesetzt geführt wird. Das Kältemittel kondensiert in dem Außenraumwärmeaustauscher 3 und wird in dem Innenraumwärme­ austauscher 2 verdampft. Als Antrieb für den Spiralkom­ pressor 1 dient ein bürstenloser Gleichstrommotor, durch den der Kompressorbetrieb hinsichtlich der Drehzahl von einem niedrigen Wert von etwa 30 Hz bis zu einem hohen Wert von etwa 120 Hz ansprechend auf einen Drehzahlbefehl des Rechners 7 in Übereinstimmung mit der Belastung beim Heizbetrieb oder Kühlbetrieb verändert wird.

Der in Fig. 2 gezeigte vertikal angeordnete Spiralkompressor 1 hat einen Kompressorabschnitt 9 auf seiner Oberseite in einem dicht abgeschlossenen Behälter 8 und einen elektrischen Antrieb in Form eines bürstenlosen Gleichstrommotors 10 auf der Unterseite des Behälters 8. Im unteren Abschnitt des dicht abgeschlossenen Behälters 8 befindet sich ein Ölspei­ cher 11 für Schmieröl. Der Kompressorabschnitt 9 hat ein stationäres Spiralelement 12 mit einer Spiralwand 12 a, die auf einer Stirnplatte 12 b angebracht ist, ein umlaufendes Spiralelement 13 ebenfalls mit einer Spiralwand 13 a an einer Stirnplatte 13 b und einen Rahmen 14, der mit dem stationären Spiralelement 12 zu einem Stück verbunden ist und das umlaufende Spiralelement 13 trägt. Das stationäre Spiral­ element 12 und das umlaufende Spiralelement 13 greifen so ineinander, daß ihre Spiralwände 12 a und 13 a kämmen.

Zwischen dem umlaufenden Spiralelement 13 und dem Rahmen 14 ist ein Oldham-Mechanismus 15 vorgesehen, der das um­ laufende Spiralelement 13 an einer Drehung um eine eigene Achse hindert. Der Motor 10 ist durch Preßsitz in dem geschlossenen Behälter 8 positioniert und sorgt für eine Umlaufbewegung des umlaufenden Spiralelements 13 über eine Kurbelwelle 16. Die Kurbelwelle 16 hat einen Schaft­ abschnitt 16 a, der von einem zweiten Lager 17 und einem dritten Lager 18 gelagert ist, die beide an dem Rahmen 14 sitzen. Die Kurbelwelle 16 hat ferner einen Kurbelab­ schnitt 16 b, der mit einem ersten Lager 19 in Eingriff steht, das an der Rückseite des umlaufenden Spiralelements 13 angebracht ist. Die Lager können auch indirekt vom Rahmen 14 getragen werden.

Durch die Kurbelwelle 16 hindurch erstreckt sich längs der Achse des Schaftabschnitts 16 a ein Ölkanal 20 zum Zuführen von Schmieröl zum zweiten Lager 17, zum dritten Lager 18 und zum ersten Lager 19. Am axialen Ende des Schaftabschnitts 16 a angrenzend an den Motor 10 ist eine Ölzuführungseinrichtung 21 vorgesehen, um Schmieröl aus dem Ölspeicher 11 anzusaugen und in den Ölkanal 20 zu trans­ portieren.

Wenn in dem Kompressorabschnitt 9 das umlaufende Spiral­ element 13 durch die Kurbelwelle 16 über den Motor 10 angetrieben wird und eine Umlaufbewegung ausführt, nehmen die Volumina von Räumen bzw. Kompressionskammern, die zwischen dem umlaufenden Spiralelement 13 und dem statio­ nären Spiralelement 12 ausgebildet sind, allmählich ab, wenn sich die Räume zur Mitte der Spiralelemente hin be­ wegen, wodurch Kältemitteldampf in die Räume angesaugt und dort komprimiert wird. Der komprimierte Kältemittel­ dampf wird über eine Förderöffnung 23, die sich durch die Stirnplatte 12 b des stationären Spiralelements 12 in einer zentralen Position erstreckt, in einen oberen Raum 24 in dem dicht abgeschlossenen Behälter 8 trans­ portiert.

In dem dicht abgeschlossenen Behälter 8 ist ferner eine Zwischendruckkammer 22, in welche ein Teil des Gases, das sich im mittleren Bereich des Kompressionshubs be­ findet, strömen kann, an der Rückseite oder Unterseite des umlaufenden Spiralelements 13 ausgebildet. Der Druck der Zwischendruckkammer 22 wird auf einem Zwischenwert zwischen dem Ansaugdruck und dem Förderdruck des Kälte­ mitteldampfs gehalten.

Wie aus Fig. 3 zu sehen ist, ist das zweite Lager 17 ein Zylinderrollenlager mit einem äußeren Laufring 17 a, einem inneren Laufring 17 b, Zylinderrollen 17 c und anderen Bau­ teilen. Am unteren Ende des inneren Laufrings 17 b ist zum Abstützen der Kurbelwelle 16 ein Drucklager 25 vorge­ sehen. In einer Oberfläche des Drucklagers 25 sind Nuten ausgebildet. Die Ölzuführung zu dem ersten Lager 19 erfolgt durch eine Kraft, die aus der Druckdifferenz zwischen dem Förderdruck Pd und dem Zwischendruck Pm resultiert.

In der Oberfläche der Kurbelwelle 16, die auf dem dritten Gleitlager 18 läuft, ist eine axiale Nut 26 ausgebildet. Am unteren Endabschnitt der axialen Nut 26 ist zur Ver­ bindung mit dem Ölkanal 20 eine Bohrung 27 vorgesehen, die sich nach unten in die Nähe des unteren Endes des dritten Lagers 18 erstreckt.

Das obere Ende der axialen Nut 26 steht mit einem Raum zwischen dem Rahmen 14 und der Kurbelwelle 16 über dem dritten Lager 18 in Verbindung. Somit befindet sich der Zwischendruckraum 20 a auf der oberen Stirnseite des dritten Lagers 18, d. h. zwischen dem zweiten Lager 17 und dem dritten Lager 18. Der Zwischendruckraum 20 a wird auf dem Druck Pm 1 gehalten, der etwas höher ist als der Druck in der Zwischendruckkammer. Der Druck am unteren Ende des dritten Lagers 18 wird auf dem Förderdruck Pd gehalten. Das Schmieröl strömt durch die Kraft des Differenzdrucks zwischen dem Förderdruck Pd und dem Zwischendruck Pm von der Ölzuführeinrichtung 21 über den Ölkanal 20. Ein Teil des Schmieröls strömt durch die Bohrung 27 in die axiale Nut 26 und schmiert das dritte Lager 18. Dieses Schmieröl strömt anschließend durch das Drucklager 25 für dessen Schmierung aufgrund der Kraft eines Differenzdrucks (Pm 2 <Pm 1) zwischen einem Druck Pm 2 in dem Zylinderrollen­ abschnitt des zweiten Lagers und dem Druck Pm 1 in dem Zwischendruckraum 20a und dann durch das zweite Lager 17 für dessen Schmierung aufgrund eines Differenzdrucks zwischen dem Druck Pm 2 und dem Druck Pm (Pm 2<Pm). Dieser Teil des Schmieröls strömt schließlich in die Zwischendruckkammer 22. Der andere Teil des Schmieröls dient zur Schmierung des ersten Lagers 19 und strömt dann in die Zwischendruckkammer 22. D. h., daß die Eintrittsabschnitte für das Schmieröl der jeweiligen Lager und die Zwischendruckkammer 22 miteinander in Verbindung stehen, so daß das zum Schmieren der jeweiligen Lager dienende Schmieröl insgesamt in die Zwischendruckkammer 22 eingeführt wird. Das Schmieröl, das in die Zwischendruck­ kammer 22 eingetreten ist, strömt über eine Zwischenbohrung 13 c, die sich durch die Stirnplatte 13 b des umlaufenden Spiralelements 13 erstreckt, in die Kompressionskammern. Das Schmieröl wird dann aus der Förderöffnung 23 in den oberen Raum 24 des dicht abgeschlossenen Behälters 8 in einem Mischzustand mit dem Kältemitteldampf gefördert. Wie erwähnt wird das Schmieröl, das zur Schmierung des ersten Lagers 19 und des dritten Lagers 18 benutzt wurde, in die Zwischenkammer 22 eingeführt. Eine Nut oder dergleichen, um das Öl zurückzuhalten, ist in dem dritten Lager 18 nicht vorgesehen.

Im Heiz- oder Kühlbetrieb der Klimaanlage wird bei Last­ änderungen ein Drehzahlbefehlssignal des Rechners 7 dem Inverterantrieb 6 zugeführt. Der Elektromotor 10 ist so gebaut, daß seine Drehzahl im Beieich von 30 Hz bis 120 Hz ansprechend auf das Drehzahlbefehlssignal geändert werden kann. Da die Ölzuführung zu dem zweiten Lager 17, dem dritten Lager 18, dem Drucklager 25 und dem ersten Lager 19 allein durch Ausnutzung der Druckdifferenz zwischen dem Förderdruck und dem Zwischendruck erfolgt, wenn einmal die Strömungswiderstände des Ölkanals und der Lager geeignet festgelegt sind, ist es möglich, einen im wesentlichen konstanten Ölmengenstrom entsprechend den Strömungswider­ ständen zu erhalten, und zwar unabhängig von der Drehzahl des Spiralkompressors 1. Dieser Strömungswiderstand wird so bestimmt, daß eine ausreichende Dicke des Ölfilms an der Gleitfläche eines jeden Lagers auch unter der schwie­ rigsten Schmierungsbedingung innerhalb des Bereichs der gegebenen Drehzahlen aufrechterhalten werden kann, und daß der Schmierölmengenstrom so eingestellt werden kann, daß jeder Anstieg der Lagertemperatur in ausreichendem Maße unterdrückt wird. Wenn die Strömungswiderstände des ersten Lagers 19, des dritten Lagers 18 und des Drucklagers 25 in dieser Weise festgelegt sind, kann die den Lagern zugeführte Ölmenge auf einer zufriedenstellenden Größe auch im niedrigen Betriebsdrehzahlbereich des Kompressors gehalten werden, in dem sich bei dem herkömmlichen System Probleme einstellen. Somit wird ein Verschleiß und Fressen der Lager verhindert. Da die Strömungswiderstände für die Aufrechterhaltung eines ausreichenden Schmierölmengen­ stroms unter der schwierigsten Bedingung im vorgegebenen Drehzahlbereich eingestellt sind, läßt sich dieser Ver­ schleiß und das Fressen der Lager über dem gesamten Betriebs­ bereich unterbinden. Da der Aufbau zum Abstützen des Schaft­ abschnitts 16 a der Kurbelwelle 16 aus dem zweiten Lager 17 und dem dritten Lager 18 zusammengesetzt ist und diese Lager nur aufgrund der Kraft aus der Druckdifferenz ge­ schmiert werden, ist es nicht erforderlich, eine Spiral­ nut für das Fördern von Öl in das dritte Lager oder eine Bohrung zum Fördern des Öls in den Rahmen auszubilden, so daß die Anzahl der Lager zum Abstützen der Kurbelwelle 16 reduziert werden kann. Dadurch wird der für den Lagerauf­ bau des Kompressors erforderliche Aufwand verringert.

Bei der in Fig. 4 gezeigten Modifizierung wird das Schmier­ öl, das in die Zwischendruckkammer 22 nach der Schmierung der jeweiligen Lager eingeführt worden ist, weitergefördert, ohne daß es durch die Zwischenbohrung 13 c hindurchgeht.

In einem unteren Abschnitt des Rahmens 14 ist dabei eine Ringnut 28 zum Speichern des Schmieröls ausgebildet, das in die Zwischendruckkammer 22 eingetreten ist. Im Rahmen 14 sind ferner eine zylindrische Bohrung, ein Kolben 30, der in der zylindrischen Bohrung unter Ausnutzung der Bewegung eines Massenausgleichsgewichts 36 hin- und her­ bewegt wird, eine Nut 29 zum Ansaugen von Schmieröl, ein Zylinderkopf 31, eine Förderöffnung 32 in dem Zylinder­ kopf 31 und eine Feder 34 zum Zurückführen des Kolbens 30 vorgesehen, um so als Ölförderpumpe zu wirken. Der übrige Aufbau entspricht dem von Fig. 3. Wie anhand der ersten Ausführungsform beschrieben wurde, wird das Schmieröl, das zum Schmieren der jeweiligen Lager verwendet worden ist, in die Zwischendruckkammer 22 aufgrund der Druck­ differenz zwischen dem Förderdruck und dem Zwischendruck eingeführt. Das zugeführte Schmieröl sammelt sich in der Ringnut 28 am Boden der Zwischendruckkammer 22. Das Massen­ ausgleichsgewicht 36 dreht sich zusammen mit der Kurbel­ welle 16. Wenn es auf die Pumpseite gebracht wird, was in Fig. 4 gezeigt ist, bewegt es den Kolben 30 zum Zylin­ derkopf 31 für die Förderung des Schmieröls im Zylinder ins Innere des dicht abgeschlossenen Behälters 8, so daß das Schmieröl zum Ölspeicher 11 am Boden des dicht abge­ schlossenen Behälters 8 zurückkehren kann. Wenn das Massen­ ausgleichgewicht 36 zur entgegengesetzten Seite gedreht wird, wird der Kolben 30 durch die Feder 34 so gedrückt, daß er sich zur Massenausgleichgewichtsseite hin bewegt, wodurch das Schmieröl in der Ringnut 28 durch die Nut 29 in den Zylinder 25 gesaugt wird. Dieser Vorgang wieder­ holt sich. Das in die Zwischendruckkammer 22 eingeführte Schmieröl wird weitergefördert, ohne daß es durch die Zwischenbohrung 13 b geht. Obwohl bei dieser Modifizierung die Bewegung des Massenausgleichgewichts zum Treiben der Pumpe benutzt wird, ist es möglich, alternativ eine Pumpe in Rotationsbauweise oder eine hin- und hergehende Pumpe einzusetzen, welche die Umlaufbewegung des umlaufenden Spiralelements nutzt. Die Modifizierung hat gegenüber der Ausführung der Fig. 1 bis 3 noch den Vorteil, daß das Schmieröl in der Zwischendruckkammer nicht eine Höhe erreicht, auf der sich das Massenausgleichgewicht 36 dreht, so daß das Öl durch das Massenausgleichgewicht 36 nicht gerührt wird. Dies trägt zur Reduzierung der für die Ro­ tation des Kompressors erforderlichen Leistung bei.

Der in Fig. 5 und 6 gezeigte horizontal angeordnete Spiral­ kompressor hat einen Kompressorabschnitt 9 und einen Elektro­ antrieb, beispielsweise einen bürstenlosen Gleichstrommotor 10 für den Antrieb des Kompressorabschnitts 9, die horizontal in dem dicht abgeschlossenen Behälter 8 angeordnet sind. Der Ölspeicher 11 befindet sich im unteren Abschnitt des dicht abgeschlossenen Behälters 8.

Der Kompressorabschnitt 9 besteht aus dem umlaufenden Spiralelement 13, dem stationären Spiralelement 12, der Antriebswelle 16 in Form einer Kurbelwelle, die von dem Motor 10 angetrieben wird, aus einem Rahmen 14 und einem Mechanismus 40, der verhindert, daß sich das umlaufende Spiralelement um eine eigene Achse dreht.

Das fest in dem Behälter 8 montierte stationäre Spiral­ element 12 hat eine Spiralwand 12 a und eine Stirnplatte 12 b. Am Außenumfang der Spiralwand ist eine Ansaugöffnung 41, in ihrem zentralen Abschnitt eine Förderöffnung 23 ausgebildet.

Das umlaufende Spiralelement 13 hat eine Spiralwand 13 a an einer Stirnplatte 13 b. In der Rückseite der Stirnplatte 13 b sitzt ein erstes Lager 19, in welches der Kurbelab­ schnitt 16 a der Kurbelwelle 16 eingreift. In der Stirn­ platte 13 b befindet sich eine Druckführungsbohrung 13 c, über welche die Zwischendruckkammer 22 und der Raum zwischen der Spiralwand 13 a und der zugeordneten Spiralwand 12 a des stationären Spiralelements 12 miteinander in Verbindung stehen.

In dem an dem Behälter 8 festgelegten Rahmen 14 sitzt ein zweites Lager 17, ein drittes Lager 47 und ein Druck­ lager 25 zum Abstützen der treibenden Kurbelwelle 16. Ferner sind ein Sitz 42 zum Halten des umlaufenden Spiral­ elements 13 zusammenwirkend mit dem stationären Spiral­ element 12 und die Zwischendruckkammer 22 zum Aufbringen einer geeigneten Druckkraft auf das umlaufende Spiral­ element 13 vorgesehen.

Das umlaufende Spiralelement 13 und das stationäre Spiral­ element 12 greifen mit ihren Spiralwänden 12 a und 13 a, die einander nach innen zugewandt sind, ineinander. Das umlaufende Spiralelement 13 wird durch das stationäre Spiralelement 12 und den Sitz 42 des Rahmens 14 gehalten. Der Mechanismus 14 zur Unterbindung einer Eigenrotation des umlaufenden Spiralelements ist zwischen dem umlaufenden Spiralelement 13 und dem Rahmen 14 angeordnet.

Der Kurbelabschnitt 16 a der Kurbelwelle 16 ist an seinem einen Ende in dem Lager 19 gelagert. In dem Schaftabschnitt 16 a der Kurbelwelle 16 verläuft längs ihrer Drehachse ein Ölkanal 43 a. Der Ölkanal 43 a mündet an seinem einen axialen Ende zur Stirnseite des Kurbelabschnitts 16 a hin und steht mit dem Lager 47 über eine Ölzuführungsöffnung 43 b in Verbindung.

In der Stirnplatte 12 b des stationären Spiralelements 12 sind ein Ölkanal 43 c, der mit dem Ölspeicher 11 in Verbindung steht, und eine Ölzuführungsöffnung 43 d aus­ gebildet, die in einen Abschnitt des Spiralelements mün­ det, auf dem die Stirnplatte 13 b des umlaufenden Spiral­ elements 13 gleitet, wodurch eine Verbindung mit dem Öl­ kanal 43 c hergestellt ist. Die Stirnplatte 13 b des um­ laufenden Spiralelements 13 hat ferner einen radialen Ölkanal 43 f, der die Stirnseite des Lagers 19 und den Außenumfang der Stirnplatte 13 b verbindet. Der äußere Endabschnitt des Ölkanals 43 f ist von einer Schraube 44 verschlossen. Zur Verbindung des Ölkanals 43 f und der Ölzuführungsöffnung 43 d des stationären Spiralelements 12 ist eine Ölzuführungsöffnung 43 e vorgesehen, die in den Gleitabschnitt zwischen der Stirnplatte 13 b des um­ laufenden Spiralelements 13 und der Stirnplatte 12 b des stationären Spiralelements 12 mündet.

Wenn das umlaufende Spiralelement 13 eine Umlaufbewegung ausführt, führt, was aus Fig. 6 zu ersehen ist, die Mitte des Ölkanals 43 f, der sich radial durch die Stirnplatte 13 b des umlaufenden Spiralelements 13 erstreckt, ebenfalls eine Umlaufbewegung mit einem Radius aus, der dem Kurbel­ radius des Kurbelabschnitts 16 a der Kurbelwelle 16 ent­ spricht, d. h. mit dem Radius der Umlaufbewegung des um­ laufenden Spiralelements 13. Die Summe des Radius einer Mündung der Ölzuführungsöffnung 43 e und des Radius der Ölzuführungsöffnung 43 d in der Spiralwand 13 a gegenüber der Mündung der Öffnung 43 e ist größer als der Umlauf­ radius des Ölkanals 43 f. Dadurch stehen während der Um­ laufbewegung des umlaufenden Spiralelements 13 die Öl­ zuführungsöffnung 43 e und die Ölzuführungsöffnung 43 d immer miteinander in Verbindung.

Das zweite Lager 17 ist ein Zylinderrollenlager mit einem äußeren Laufring, einem inneren Laufring, Zylinderrollen und weiteren Bauteilen. Das Drucklager 25 befindet sich auf der motorseitigen Stirnseite des inneren Laufrings, wodurch eine Axialkraft aufgenommen wird, die auf die Kurbelwelle 16 wirkt. In dem Drucklager 25 sind Nuten ausge­ bildet. In der Oberfläche der Kurbelwelle 16, die auf dem dritten Lager 47 gleitet, ist genauso wie bei der Ausführungsform von Fig. 3 eine axiale Nut 26 ausgebildet. Die von der Nähe des motorseitigen Endes des dritten Lagers 47 ausgehende axiale Nut 26 steht in Verbindung mit einem Raum, der von dem Rahmen 14 und der Kurbelwelle 16 zwischen dem Drucklager 25 und dem dritten Lager 47 gebildet wird. Die axiale Nut 26 steht auf einem Abschnitt in der Nähe ihres axialen Endes an der Motorseite mit dem Ölkanal 43 a in Verbindung, der durch die Kurbelwelle 16 längs ihrer Mittelachse hindurchgeht, jedoch an seinem motorseitigen axialen Ende blockiert ist.

Wenn die Kurbelwelle 16 durch den Motor 10 in Drehung versetzt wird, führt das umlaufende Spiralelement 13 eine Umlaufbewegung ohne Eigenrotation aufgrund der Wirkung der Drehbewegung des Kurbelabschnitts 16 a und des Mecha­ nismus 14 aus, der die Eigenrotation des umlaufenden Spiral­ elementsy 13 verhindert. Als Folge verringern die Räume, die von den Spiralwänden 12 a, 13 a und den Stirnplatten 12 b, 13 b des ortsfesten Spiralelements 12 und des umlau­ fenden Spiralelements 13 gebildet werden, allmählich ihre Volumina, während sie sich zur Mitte der Spiralelemente 12 und 13 hin bewegen, wodurch ein durch die Ansaugöffnung 41 angesaugtes Gas komprimiert und über die Förderöffnung 23 abgeführt wird. Das abgeführte Gas strömt durch einen Kanal 45 in der Stirnplatte 12 b des stationären Spiral­ elements 12 und in dem Rahmen 14, um den Motor 10 zu kühlen. Danach wird das Gas über eine Förderöffnung 46 in dem dicht abgeschlossenen Behälter 8 abgeführt. Wenn die Spiral­ elemente den Kompressionshub ausführen, wird eine Kraft erzeugt, welche das umlaufende Spiralelement 13 von dem stationären Spiralelement 12 trennen möchte. Um diese Trennung zu vermeiden, wird der Druck in der Zwischendruck­ kammer 22 an der Rückseite des umlaufenden Spiralelements 13 auf einem Wert, nämlich dem Zwischendruck, gehalten, der niedriger als der Förderdruck, jedoch höher als der Ansaugdruck, und zwar durch die Wirkung der Druckführungs­ bohrung 13 c. Dadurch herrscht in einem Raum auf der Kom­ pressorabschnittsseite des dritten Lagers 47 oder in dem Raum 43 g zwischen dem zweiten Lager 17 und dem dritten Lager 47 ein Druck mit einer Größe Pm 1, der etwas höher ist als der in der Zwischendruckkammer 22. Andererseits herrscht am Ende des dritten Lagers 47 auf der Motorseite der Förderdruck Pd.

Somit werden die Stirnfläche des zweiten Lagers 17 am Rahmen 14 und die des Lagers 19 des umlaufenden Spiral­ elements 13 an der Zwischendruckkammer 22 auf dem Zwischen­ druck gehalten. Als Folge wird unter der Wirkung des Förder­ drucks Öl aus dem Ölspeicher 11 nach oben zu einem axialen offenen Ende des Ölkanals 43 a über den Ölkanal 43 c und die Öffnung 43 d, die beide in dem stationären Spiralele­ ment 12 ausgebildet sind, sowie die Ölzuführungsöffnung 43 e und den Ölkanal 43 f geführt, die beide in dem umlau­ fenden Spiralelement 13 ausgebildet sind. Der Ölkanal 43 a wird somit mit Öl gefüllt. Das Öl wird im dritten Lager 47 über die Ölzuführungsöffnung 43 b aufgrund der Kraft des Differenzdrucks zwischen dem Förderdruck Pd und dem Zwischendruck Pm 1 zugeführt. Nach der Schmierung des dritten Lagers 47 strömt das Öl zu dem Drucklager 25 für dessen Schmierung aufgrund der Kraft eines Diffe­ renzdrucks (Pm 1<Pm 2) zwischen dem Zwischendruck Pm 1 und einem Druck Pm 2 in dem Rollenabschnitt des zweiten Lagers 17. Anschließend strömt das Öl in das zweite Lager 17 für dessen Schmierung, und zwar aufgrund des Differenz­ drucks (Pm 2<Pm) zwischen dem Druck Pm 2 des Zylinder­ rollenabschnitts und dem Zwischendruck Pm der Zwischen­ druckkammer 22. Schließlich strömt das Öl in die Zwischen­ druckkammer 22. Das Lager 19 wird durch das Öl geschmiert, das durch den Ölkanal 43 f zu einem Ende des Lagers durch die Kraft aus dem Differenzdruck zwischen dem Förderdruck und dem Zwischendruck zugeführt wird. Dieses Öl strömt dann ebenfalls in die Zwischendruckkammer 22. Das Schmier­ öl, das in die Zwischendruckkammer 22 gelangt ist, wird in die Kompressionskammern des Kompressors über die Druck­ führungsbohrung 13 c zugeführt und als Mischung mit dem Kältemitteldampf in den dicht abgeschlossenen Behälter 8 aus der Förderöffnung gefördert, die im zentralen Ab­ schnitt des stationären Spiralelements 12 ausgebildet ist. Anschließend wird das Schmieröl in dem Ölspeicher 11 gesammelt.

Da in der horizontalen Anordnung des Spiralkompressors mit Inverterantrieb die Ölzuführung zu allen Lagern, nämlich dem zweiten Lager 17, dem dritten Lager 47 und dem Druck­ lager 25 durch den Differenzdruck zwischen dem Förder­ druck und dem Zwischendruck bewirkt wird, kann den jewei­ ligen Lagern eine ausreichende Ölmenge auch dann zuge­ führt werden, wenn die Betriebsdrehzahl des Kompressors niedrig ist. Dadurch kann der Lagerverschleiß reduziert und ein Fressen der Lager vermieden werden. Der Strömungs­ widerstand der jeweiligen Lager wird im Hinblick auf den Ölmengenstrom festgelegt, bei welchem eine benötigte Ölfilm­ dicke und ein Kühleffekt für jedes Lager gewährleistet ist, und zwar bei den schwierigsten Bedingungen in dem vorgegebenen Drehzahlbereich des Kompressors. Durch die Festlegung der Strömungswiderstände wird ein Verschleiß und Fressen der Lager in allen Betriebsbereichen verhindert.

Die Kurbelwelle 16 wird von dem zweiten Lager 17 und dem dritten Lager 47 gelagert. Die Ölzuführung zu diesen Lagern erfolgt durch die Kraft des Differenzdrucks. Dadurch ist es nicht nötig, eine Spiralnut für das Fördern des Öls in das dritte Lager 47 oder eine Öffnung zum Fördern von Öl in den Rahmen 14 vorzusehen. Die Anzahl der Lager kann wiederum verringert werden, wodurch der Aufwand für die Lagerung reduziert wird.

Der Ölfördermechanismus von Fig. 4 kann an dem Rahmen 14 in der Zwischendruckkammer 22 vorgesehen werden, um Öl zum Ölspeicher 11 zu fördern. In diesem Fall ist es möglich, den Leistungsverlust aufgrund der Öldurchmischung durch das Massenausgleichgewicht zu verringern.

Bei dem Spiralkompressor in Horizontalbauweise ist die Installierung aufgrund der Positionsbeziehung des Kompressors zu den Wärmeaustauschern in der Klimaanlage erleichtert, wodurch die Klimaanlage in ihrer Größe raumsparend gebaut werden kann.

Claims (6)

1. Rotationskolbenmaschine in Spiralbauweise mit einem stationären Spiralelement (12), mit einem umlaufenden Spiralelement (13), das mit dem stationären Spiralelement (12) in Eingriff steht, mit einer mit dem umlaufenden Spiralelement (13) gekoppelten Kurbelwelle (16), mit einer Vielzahl von Lagern (17, 18, 19, 25) zum Halten der Kurbel­ welle (16), mit einem Motor (10) mit variabler Drehzahl für den Antrieb der Kurbelwelle (16), mit einem dicht abgeschlossenen Behälter (8) für die Aufnahme des sta­ tionären Spiralelements (12), des umlaufenden Spiralele­ ments (13), der Kurbelwelle (16), der Lager (17, 18, 19, 25) und des Motors (10) in einem geschlossenen Raum, in dem ein Förderdruck herrscht, mit einer Schmiermittelzuführungs­ einrichtung (20, 21) zun Zuführen von in dem dicht abge­ schlossenen Behälter (8) gespeicherten Schmieröl zu der Vielzahl von Lagern (17, 18, 19, 25), und mit einer Zwischen­ druckkammereinrichtung (22) zum Anlegen eines Zwischen­ drucks zwischen dem Förderdruck und dem Ansaugdruck an der Rückseite des umlaufenden Spiralelements (13), wobei die Kurbelwelle (16) von einem ersten Lager (19) gelagert wird, das an einer Stelle angeordnet ist, wo das umlau­ fende Spiralelement (13) und die Kurbelwelle (16) mitein­ ander in der Zwischendruckkammer (22) in Eingriff stehen, ein zweites Lager (17, 25) in der Nähe des umlaufenden Spiralelements (13) vorgesehen wird und sich wenigstens ein drittes Lager (18) in der Nähe des Motors (10) befin­ det, gekennzeichnet durch einen Raum (20 a) zwischen dem zweiten Lager (17) und dem dritten Lager (18), der in Verbindung mit der Zwischendruckkammerein­ richtung (22) zur Bildung eines Zwischendruckabschnitts steht, wobei die Schmiermittelzuführungseinrichtung (20, 21) einen ersten Ölkanal (20), der mit seinem einen Ende mit dem Schmieröl (11) in dem dicht abgeschlossenen Be­ hälter (8) verbunden ist und mit seinem anderen Ende in die Zwischendruckkammereinrichtung (22) mündet, und einen zweiten Ölkanal (27, 26, 20 a) hat, der von dem ersten Ölkanal (20, 21) abzweigt und über das dritte Lager (18) mit dem Zwischendruckabschnitt (20 a) und weiterhin über das zweite Lager (17) mit der Zwischendruckkammereinrichtung (22) in Verbindung steht.

2. Rotationskolbenmaschine in Spiralbauweise mit einem stationären Spiralelement (12), mit einem unlaufenden Spiralelement (13), das mit dem stationären Spiralelement (12) in Eingriff steht, mit einer mit dem umlaufenden Spiralelement (13) gekoppelten Kurbelwelle (16), mit einer Vielzahl von Lagern (17, 18, 19, 25) zum Halten der Kurbel­ welle (16), mit einem Motor (10) mit variabler Drehzahl für den Antrieb der Kurbelwelle (16), mit einem dicht abgeschlossenen Behälter (8) für die Aufnahme des sta­ tionären Spiralelements (12), des umlaufenden Spiralele­ ments (13), der Kurbelwelle (16), der Lager (17, 18, 19, 25) und des Motors (10) in einem geschlossenen Raum, in dem ein Förderdruck herrscht, mit einer Schmiermittelzu­ führungseinrichtung (20, 21) zum Zuführen von in dem dicht abgeschlossenen Behälter (8) gespeichertem Schmieröl zu der Vielzahl von Lagern (17, 18, 19, 25), und mit einer Zwischendruckkammereinrichtung (22) zum Anlegen eines Zwischendrucks zwischen dem Förderdruck und dem Ansaugdruck an der Rückseite des umlaufenden Spiralelements (13), wobei die Kurbelwelle (16) von einem ersten Lager (19) gelagert wird, das an einer Stelle angeordnet ist, wo das umlaufende Spiralelement (13) und die Kurbelwelle (16) miteinander in der Zwischendruckkammer (22) in Ein­ griff stehen, ein zweites Lager (17, 25) in der Nähe des umlaufenden Spiralelements (13) vorgesehen wird und sich wenigstens ein drittes Lager (18) in der Nähe des Motors (10) befindet, dadurch gekennzeichnet, daß die Schmiermittelzuführungseinrichtung einen ersten Ölkanal (43 c, 43 d, 43 e, 43 f), der an seinem einen Ende mit dem Schmieröl (11) in dem dicht abgeschlossenen Be­ hälter (8) in Verbindung steht und an seinem anderen Ende in die Zwischendruckkammereinrichtung (22) mündet, und einen zweiten Ölkanal (43 a, 43 b) aufweist, der von dem ersten Ölkanal (43 c, 43 d, 43 e, 43 f) abzweigt, wobei der abzweigende Ölkanal (43 a, 43 b) in ein Ende des dritten Lagers (47) in der Nähe des Motors (10) mündet, und die Mündung des zweiten Ölkanals (42 a, 43 b) in Verbindung mit der Zwischendruckkammer (22) über das zweite Lager (17, 25) mittels eines Quer­ schnittsbereichs (26, 43 g) derart steht, daß Schmieröl mit einem maximal erforderlichen Mengenstrom innerhalb eines vorgegebenen Drehzahlbereichs zugeführt werden kann.

3. Rotationskolbenmaschine in Spiralbauweise nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Lager (17) ein Zylinderrollenlager ist.

4. Rotationskolbenmaschine in Spiralbauweise nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen Ölzuführungs­ mechanismus (28, 29, 30, 31, 32) zum Fördern von Öl aus der Zwischendruckkammereinrichtung (22) in den dicht abge­ schlossenen Behälter (8), wobei der Mechanismus in dem Rahmen (14) vorgesehen ist, der die Zwischendruckkammerein­ richtung (22) begrenzt.

5. Rotationskolbenmaschine in Spiralbauweise nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das sta­ tionäre Spiralelement (12) und das umlaufende Spiralelement (13) in einem oberen Abschnitt des Behälters (8) und der Motor (10) in einem unteren Abschnitt vorgesehen sind.

6. Rotationskolbenmaschine in Spiralbauweise nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kurbel­ welle (16) senkrecht zur Richtung der Schwerkraftwirkung angeordnet ist.