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Die kürzliche Entwicklung und Einführung neuer
Kühlmittel und ihre zugehörigen Öle hat Änderungen der
Bauweise der noch nicht veralteten Verdichter erforderlich
gemacht, um eine zufriedenstellende Betriebsweise zu
gewährleisten. Grundsätzlich erfordert die Verwendung neuer
Synthetiköle mit den HFC-Kühlmitteln Neugestaltungen der
Verdichter für eine verbesserte Schmierung während
Übergangsbedingungen, wie z. B. beim Anlassen. Die
Eigenschaften der neuen Synthetiköle bewirken die Absorption
und die Desorption der Kühlmittel mit beträchtlich
unterschiedlichen Geschwindigkeiten als die Mineralöle. Wenn
das Kühlmittel schnell aus dem Öl ausdampft wird in
herkömmlichen Verdichterbauarten der dadurch bedingte höhere
Druck in dem Ölsumpf aufrechterhalten. Dadurch ergeben sich
bei diesen Übergangsbedingungen über normal erhöhte
Ölsumpfdrücke, was zu einer Verschlechterung der
Betriebsweise des Lager- und Schmiersystems führt. Dies wurde
z. T. angesprochen in der US-Patentschrift 5,211,542, gemäss
welcher der Druckunterschied zwischen der Ansaugkammer und
dem Ölsumpf begrenzt ist. Des Weiteren transportieren die
neuen Kühlmittel das Öl nicht so gut wie herkömmliche
Kühlmittel.
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Verschiedene, voneinander abhängige
Bauteilneugestaltungen führen zu einem niedrigen Ölsumpfdruck
während Übergangsbedingungen, herabgesetzte Lagerbelastungen
und einer verbesserten Schmierung. Eine optimal bemessene
Entlüftungsöffnung in einem leicht vorgespannten
Federrückschlagventil, welches in der Wand zwischen dem Saughohlraum
und dem Ölsumpf angeordnet ist erlaubt einen schnellen
Druckausgleich während diesen Übergangsbedingungen ohne die
Ölumlaufgeschwindigkeit unter normalen Betriebsbedingungen zu
beeinflussen. Ein neu gestaltetes Ölzufuhrsystem liefert Öl
unter höherem Druck zu neu gestalteten Hauptlagern. Dies,
zusammen mit einem modifizierten Hauptlagerentlüftungssystem,
gewährleistet eine herabgesetzte Lagerbeanspruchung und eine
verbesserte Schmierung. Das federvorgespannte
Rückschlagventil ist erforderlich wenn die Verdichter im
Multiplexbetrieb eingesetzt werden durch Parallelschaltung in
dem gleichen Kreislauf, und wenn die Verdichter miteinander
verbundene Ölausgleichleitungen aufweisen.
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Aufgabe der Erfindung ist es einen Verdichter zu
schaffen, der geeignet ist zum Betrieb mit verschiedenen HFC-
Kühlmitteln und Synthetiköl sowie auch mit herkömmlichen
Kühlmitteln und Ölen.
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Eine andere Aufgabe der Erfindung ist es eine
Einrichtung zu schaffen zum Einsetzen der Verdichter im
Multiplexbetrieb mit HFC-Kühlmitteln und Synthetiköl. Diese
Aufgaben, und andere, wie aus der nun folgenden Beschreibung
zu erkennen ist, werden durch die vorliegende Erfindung
gelöst.
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Grundsätzlich wird durch einen schnellen Druckausgleich
während Übergangsbedingungen, einen höheren Öldruck zu den
Lagern und ein modifiziertes Lagerentlüftungssystem die
Schmierung verbessert bei gleichzeitiger Herabsetzung der
Lagerbeanspruchung. Ein leicht vorgespanntes
Rückschlagventil, welches den Druckausgleich ermöglicht
gestattet auch den Multiplexbetrieb von Verdichtern.
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Fig. 1 ist eine Ansicht, z. T. im Schnitt, eines
semihermetischen Hubkolbenverdichters gemäss der vorliegenden
Erfindung:
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Fig. 2 ist eine vergrösserte Ansicht eines Teiles der
Fig. 1; und
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Fig. 3 ist eine abgewickelte Darstellung eines
Hauptlagers.
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In den Figuren bezeichnet das Bezugszeichen 10 einen
semihermetischen Verdichter mit einem Gehäuse 12, das unter
dem Ansaugdruck steht. Das Gehäuse 12 ist aufgeteilt in einen
Ölsumpf 14, der gasförmiges Kühlmittel mit flüssigem Öl 15
enthält, eine Ansaugkammer 20 und eins Auslasskammer 22. Der
Ölsumpf 14 ist von der Ansaugkammer getrennt durch eine Wand
oder eine Unterteilung 12-1 mit Gewindebohrungen 12-2 und 12-
3. Wie am besten aus Fig. 2 ersichtlich ist, ist eine
Ölausgleichdurchlasseinrichtung 4ß mit einem Durchlass 40-1
in die Gewindebohrung 12-2 eingeschraubt. In ähnlicher Weise
ist eine Ventileinrichtung 42 für den
Kurbelgehäusedruckausgleich in die Gewindebohrung 12-3
eingeschraubt und ein normalerweise geschlossenes
Ventilelement 42-1 befindet sich in der Bohrung 42-2, die
einen Ventilsitz 42-3 aufweist. Das Ventilelement 42-1 wird
durch die Feder 42-4 auf den Ventilsitz 42-3 gedrückt und
öffnet bei einem Druckunterschied von 0,138 bis 0,207 bar
(zwei bis drei Pfund pro Quadratzoll) zwischen dem Ölsumpf 14
und der Ansaugkammer 20.
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Der Verdichter 10 wird angetrieben durch einen Motor,
der einen Stator 16 hat, welcher am Gehäuse 12 befestigt ist
und einen Rotor 17 aufweist, der durch einen Keil 18 an der
Kurbelwelle 24 befestigt ist. Die Kurbelwelle 24 ist
abgestützt durch Hauptlager 26 und 27, die von der Wand 12-1
getragen sind, sowie durch den Lagerkopf 28, der die
Kurbelwelle 24 aufnimmt. Der Lagerkopf 28 und das zugehörige
Ende der Kurbelwelle 24 wirken zusammen zur Bildung einer
Ölpumpeneinrichtung der Bauart gemäss dar US-Patentschrift
5,476,370 (Anmeldenummer 08/157,544), welche hiermit durch
Bezugnahme in diese Beschreibung aufgenommen ist. Die
Kurbelwelle 24 enthält ein Ölverteilersystem in Form einer
Vielzahl von miteinander verbundenen Bohrungen, von welchen
einige verschlossen sind, und die zusammen einen
Ölzuleitungskanal bilden. Der Ölzuleitungskanal speist das
durch die Bohrung 28-1 gebildete Lager in dem Lagerkopf 28
sowie auch jede der sechs Pleuelstangen, wobei nur die
Pleuelstangen 30 und 31 dargestellt sind, die mit dem Kolben
32 bzw. 33 verbunden sind. Die exzentrisch angeordnete
Bohrung 24-1 liefert Öl zu den Radialbohrungen 24-2 und 24-3,
die zu den Hauptlagern 26 bzw. 27 führen. Wie deutlich in den
Figuren dargestellt, sind die Lager 26 und 27 axial
voneinander beabstandet und wirken zusammen mit der
Kurbelwelle 24 und der Bohrung 12-4 der Wand 12 zum Begrenzen
eines ringförmigen Hohlraumes 36, der Öl und entgastes
Kühlmittel von den Lagern 26 und 27 empfängt. Der Hohlraum 36
ist in Verbindung mit der radialen Bohrung 24-4, die über die
axiale Bohrung 24-5 mit dem Ölsumpf 14 in Verbindung ist.
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Während dem Betrieb, angenommen dass der Verdichter 10
abgeschaltet wurde und das Kühlsystem sich ausgeglichen hat,
befinden sich das gasförmige Kühlmittel in dem Ölsumpf 14,
das Öl 15, die Ansaugkammer 20 und die Auslasskammer 22
anfangs unter dem gleichen Druck und das Öl 15 enthält eine
wesentliche Kühlmittelmenge. Wenn der Verdichter 10 zu laufen
beginnt wird Kühlmitteldampf aus der Ansaugkammer 20
abgesaugt, verdichtet, und das verdichtete Kühlmittel wird in
die Auslasskammer 22 abgegeben, aus welcher es in das
Kühlmittelsystem gelangt. Durch das Absaugen des
Kühlmitteldampfes aus der Ansaugkammer 20 wird
Kühlmitteldampf aus dem Kühlsystem in die Ansaugkammer 20
gesaugt. Die Absaugung von Kühlmitteldampf aus der
Ansaugkammer 20 hat einen wesentlichen Einfluss auf den
Ölsumpf 14. Falls eine angemessene Verbindung vorliegt wird
der Ölsumpf 14 tatsächlich zu einem Teil der Ansaugkammer 20.
Anders als in der Ansaugkammer 20 bewirkt das Absaugen von
Kühlmitteldampf aus dem Ölsumpf 14 eine Entgasung von
Kühlmittel aus dem Öl 15 mit einer zugehörigen Schaumbildung.
Die Schaumbildung stellt aber das Hauptproblem dar, da
infolge der Ausgasung von Kühlmittel Schaum anstatt flüssiges
Öl in den Ölpumpeneinlass 24-6 angesaugt wird. Aus diesem
Grunde kann die Ölpumpe eine unzureichende Ölmenge sowie auch
unerwünschtes, gasförmiges Kühlmittel zu den Hauteilen
liefern, welche geschmiert werden müssen. Die Ölpumpe kann
durch Dampf versperrt werden und dies kann unter diesen
Bedingungen einen Lagerschaden oder -versagen zur Folge
haben. Die Ölausgleichdurchlasseinrichtung 40 erlaubt einen
beschränkten Druckausgleich zwischen der Ansaugkammer 20 und
dem Ölsumpf 14. Das Ventil 42-2 öffnet bei einem
Druckunterschied zwischen der Ansaugkammer 20 und dem Ölsumpf
14 in der Grössenordnung von zwei bis drei Pfund pro
Quadratzoll, um einen schnellen Druckausgleich je nach der
Vorspannkraft der Feder 42-4 zu erreichen. Normalerweise wäre
der schnelle Druckausgleich unerwünscht wegen der
begleitenden, schnellen Ausgasung des Kühlmittels aus dem Öl.
Die leichte Vorspannung des Ventils 42-2 schafft aber ein
Mittel für einen raschen Druckausgleich zwischen dem Ölsumpf
14 und der Ansaugkammer 20 und gestattet eine rasche
Ausgasung des Kühlmittels aus dem Öl und Einströmung des
Kühlmittels in die Ansaugkammer 20, damit ein homogeneres Öl
über das Ölansaugrohr 13 aufgenommen und durch die Ölpumpe
den Kolbenstangen und Lagern zugeführt werden kann. Das Öl
wird über die Bohrung 24-1 den Bohrungen 24-2 und 24-3
zugeführt, welche das Öl unmittelbar in die Ringräume 26-1
und 27-1 der Hauptlager 26 bzw. 27 einspeisen. Die Bohrungen
24-2 und 24-3 sind angeordnet, um sicherzustellen, dass beide
Hauptlager 26 und 27 die gleiche Schmiermittelmenge erhalten.
Die Hauptlager 26 und 27 sind identisch, ausser dass sie
unterschiedliche Ausrichtungen aufweisen. Wie in Fig. 3
dargestellt, die mit dem Bezugszeichen des Lagers 26 versehen
ist, aber auch für das Lager 27 gilt, speist die Bohrung 24-2
die Ringnut 26-1. Die Ringnut 26-1 steht in Verbindung mit
Nuten 26-2 und 26-3, welche die Ringnut 26-1 mit dem
ringförmigen Hohlraum 36 verbinden. Alle Nuten 26-1 bis 26-3
sind zu der drehenden Kurbelwelle 24 offen, um diese zu
schmieren. Dis Ringnut 26-1 unterteilt das Lager 26 in zwei
Abschnitte, d. h. den ununterbrochenen Abschnitt 26-4 und den
durch die Nuten 26-2 und 26-3 unterbrochenen Abschnitt 26-5.
Normalerweise würden sich die Ringnuten 26-2 und 26-3 über
beide Abschnitte 26-4 und 26-5 erstrecken. Durch Weglassen
der Nut 26-3 aus dem Abschnitt 26-4 ist das Lager 26 in der
Lage, eine Last in sämtlichen Richtungen gleichförmig zu
übertragen, da die Ölnuten 26-2 und 26-3 die Lasttragfläche
herabsetzen und den Ölfilm unterbrechen. Dia Ringnut 27-1 des
Lagers 27 ist in ähnlicher Weise mit dem Hohlraum 36
verbunden. Die Lager 26 und 27 an sich haben keine
Entlüftungsnuten, wodurch die Tragfläche erhöht und dadurch
die Lasttragfähigkeit verbessert wird. Zur Entlüftung ist die
Bohrung 24-4 in der Kurbelwelle 24 vorgesehen und sie
verbindet den Ringraum 36 mit der
Kurbelwellenentlüftungsbohrung 24-5, damit die Entlüftung des
Kühlmittelgases, welches in dem gepumpten Kühlmittel-
Ölgemisch zurückbleibt, erfolgen und zusammen mit dem aus den
Lagern 26 und 27 auströmenden Öl in den Ölsumpf 14
zurückgelangen kann. Die Entlüftung ist besonders wichtig bei
Übergangsbetriebsbedingungen.
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Im Gegensatz zu dem Ölsumpfentlüftungsrückschlagventil
gemäss der US-Patentschrift 5,211,542 schliesst das Ventil
42-1 vollständig und gestattet demnach den parallelen Betrieb
oder Multiplexbetrieb mehrerer Verdichter mit bestehenden
Ölregelsystemen. Das Rückschlagventil ist bei der '542
Patentschrift die einzige Verbindung zwischen dem Ölsumpf 14
und der Ansaugkammer 20, während gemäss der vorliegenden
Erfindung die Ölausgleichdurchlasseinrichtung 40 vorgesehen
ist, die einen Durchlass 40-1 aufweist, welcher eine
eingeschränkte, permanente Verbindung zwischen dem Ölsumpf 14
und der Ansaugkammer 20 schafft. Das Problem, welches beim
Multiplexbetrieb auftreten kann ist, dass das Öl aus einem
Verdichter soweit abgesaugt werden kann, dass die Schmierung
unzureichend ist und ein Versagen des Verdichters
herbeiführen kann. Wenn Öl aus einem Verdichter abgesaugt
wird, hat der andere oder die anderen Verdichter
üblicherweise eine überschüssige Ölmenge. Dementsprechend
müssen Mittel vorgesehen sein, um überschüssiges Öl aus
einigen Verdichtern zu entfernen und es zu anderen Verdichter
zurückzuführen. Der Durchlass 40-1 ist bemessen, um Öl
langsam in die Gasströmung zurückzuführen, damit es durch die
Gasströmung zu dem oder den Verdichtern mit einem abgesenkten
Ölstand zurückgeführt werden kann. Durch eine ausreichend
enge Bemessung des Durchlasses 40-1, üblicherweise 0,762 bis
1,52 mm (0,030 bis 0,06 Zoll) wird ein Überdruck in dem
Ölsumpf des Verdichters erzeugt infolge des Durchblasens um
die Kolbenringe während dem Kompressionshub. Das Gas strömt
durch den Durchlass 40-1 kontinuierlich aus. Wenn
überschüssiges Öl in dem Ölsumpf enthalten ist liefert der
Überdruck die Antriebskraft, um das Öl zurück in die
Gasströmung zu treiben und es wird dann durch den Verdichter
in das Kühlsystem gepumpt und schliesslich zu dem anderen
oder den anderen Verdichtern mit dem zurückgeführten Öl
zurückgeleitet.
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Gemäss der vorliegenden Erfindung ist der
Ölausgleichdurchlass 12-5 der parallel geschalteten
Verdichter in Verbindung mit der Ansaugkammer 20. Obschon der
Durchlass 12-5 in den Figuren durch den Gewindestopfen 50
verschlossen ist, ist er im Multiplexbetrieb in
Fluidverbindung mit einem oder mehreren entsprechenden
Durchlässen in parallelen Verdichtern über eine oder mehrere
Ölausgleichleitungen. Es ist aber zu erwähnen, dass Öl nur
zwischen der Ansaugkammer 20 und dem Ölsumpf 14 strömen kann
wenn der Ölstand in der Kammer 20 und/oder dem Sumpf 14 höher
ist als der Durchlass 40-1. Demgemäss können andere
Verdichter den Ölstand in dem Ölsumpf 14 nicht bis unter den
Durchlass 40-1 absenken und selbst wenn der Ölstand höher
steht als der Durchlass 40-1 kann das Öl aus dem Ölsumpf 14
nur mit eingeschränkter Geschwindigkeit abgesaugt werden, wie
durch den Durchlass 40-1 vorgegeben ist. D. h. falls zuviel Öl
aus einem Verdichter in einem herkömmlichen Multiplexsystem
herausgepumpt wird, was sicherlich der Fall wäre wann das
Ölsumpfentlüftungsrückschlagventil 42 nicht vorgesehen wäre,
so würde das aus dem Kühlsystem zurückfliessende Öl zuerst
den Leitverdichter füllen und es würde ein Ölmangel in dem
oder den Sekundärverdichtern auftreten mit anschliessendem
Verdichterversagen.