DE102005047284A1

DE102005047284A1 - Kältemittelverdichter

Info

Publication number: DE102005047284A1
Application number: DE200510047284
Authority: DE
Inventors: Jürgen Süss
Original assignee: Danfoss AS
Current assignee: Danfoss AS
Priority date: 2005-10-01
Filing date: 2005-10-01
Publication date: 2007-04-12

Abstract

Es wird ein Kältemittelverdichter angegeben mit einem Gehäuse, das einen Verdichterblock (2) und eine damit verbundene Kapsel (3) aufweist, und einer von einem elektrischen Motor (12) angetriebenen Antriebswelle (15), die im Bereich des Verdichterblocks (2) einen exzentrischen Kurbelzapfen (18) aufweist, auf dem eine Pleuelanordnung gelagert ist, wobei die Antriebswelle (15) durch eine einzige Lageranordnung (19, 20) gelagert ist, die im Verdichterblock (2) angeordnet ist. DOLLAR A Man möchte die Kälteleistung erhöhen, ohne die Baugröße übermäßig zu vergrößern. DOLLAR A Hierzu ist vorgesehen, daß der Verdichterblock (2) mehrere sternförmig angeordnete Zylinder (7, 7a, 7b) aufweist, deren Achsen in einer gemeinsamen Ebene senkrecht zur Rotationsachse der Antriebswelle (15) liegen, wobei in jedem Zylinder (7, 7a, 7b) ein Kolben (11, 11a, 11b) verschiebbar angeordnet ist, der jeweils über die mehrere Abtriebspositionen aufweisende Pleuelanordnung mit der Antriebswelle (15) in Eingriff steht.

Description

Die Erfindung betrifft einen Kältemittelverdichter mit einem Gehäuse, das einen Verdichterblock und eine damit verbundene Kapsel aufweist, und einer von einem elektrischen Motor angetriebenen Antriebswelle, die im Bereich des Verdichterblocks einen exzentrischen Kurbelzapfen aufweist, auf dem eine Pleuelanordnung gelagert ist, wobei die Antriebswelle durch eine einzige Lageranordnung gelagert ist, die im Verdichterblock angeordnet ist.

Ein derartiger Kältemittelverdichter ist beispielsweise aus DE 103 42 421 A1 bekannt. Der Verdichterblock weist einen Zylinder auf, in dem ein Kolben hin und her bewegbar ist. Der Antrieb des Kolbens erfolgt über die Pleuelanordnung, die von dem exzentrisch angeordneten Kurbelzapfen der Antriebswelle angetrieben wird.

Insbesondere bei der Verwendung von Kohlendioxid (CO₂) als Kältemittel entstehen hohe Drücke. Hohe Drücke führen bei einem Kältemittelgas zu einer starken Volumenverringerung. Wenn bei einer erhöhten Kälteleistung ein erhöhtes Volumen von Kältemittel erforderlich ist, muß man den Zylinder vergrößern und damit die Baugröße zum Teil erheblich erhöhen.

Es gibt auch Kompressoren, bei denen mehr als ein Zylinder vorhanden ist. So zeigt beispielsweise EP 0 378 967 A1 einen Hubkolbenkompressor, bei dem insgesamt vier Zylinder vorhanden sind, die um 90° zueinander versetzt sind. Jeweils zwei einander gegenüberliegende Zylinder sind in einer Ebene angeordnet. Die beiden anderen Zylinder sind in einer anderen Ebene angeordnet. Dies ermöglicht zwar einen vergrößerten Volumenstrom des geförderten Mediums. Die übereinander angeordneten Zylinder führen jedoch wiederum zu einer Vergrößerung des Bauraums.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Kälteleistung zu erhöhen, ohne die Baugröße übermäßig zu erhöhen.

Diese Aufgabe wird bei einem Kältemittelverdichter der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß der Verdichterblock mehrere sternförmig angeordnete Zylinder aufweist, deren Achsen in einer gemeinsamen Ebene senkrecht zur Rotationsachse der Antriebswelle liegen, wobei in jedem Zylinder ein Kolben verschiebbar angeordnet ist, der jeweils über die mehrere Abtriebspositionen aufweisende Pleuelanordnung mit der Antriebswelle in Eingriff steht.

Mit einem derartigen Kältemittelverdichter hat man nun mehr als einen Zylinder mit dem entsprechenden Kolben zur Verfügung, um das Kältemittelgas zu verdichten. Eine Vergrößerung der Baugröße in axialer Richtung (bezogen auf die Antriebswelle) ist nicht erforderlich, weil alle Zylinder in der gleichen Ebene angeordnet sind. Auf dieser Ebene steht die Achse der Antriebswelle senkrecht. In Umfangsrichtung steht hingegen genügend Platz zur Verfügung. Man nützt also den vorhandenen Bauraum in günstiger Weise aus, um die Kälteleistung zu erhöhen, wobei die meisten Bauteile einer Einzylindermaschine unverändert eingesetzt werden können.

Vorzugsweise sind die Zylinder in Umfangsrichtung gleichmäßig verteilt. Damit läßt sich eine gleichmäßige Momentbeaufschlagung der Antriebswelle sicherstellen. Darüber hinaus kann man mit einer räumlich in Umfangsrichtung gleichmäßigen Verteilung auch dafür sorgen, daß die Zylinder in Umfangsrichtung aufeinanderfolgend aktiviert werden. Dies ergibt einen gleichmäßigen Kältemittelstrom. Pulsationen werden also vermindert. Darüber hinaus wird die Herstellung vereinfacht.

Vorzugsweise weisen die Zylinder den gleichen Durchmesser und die Kolben den gleichen Hub auf. Die Förderleistung eines jeden Zylinders ist damit gleich. Man kann im Grunde für alle Zylinder und die den Zylindern zugeordneten Kolben die gleichen Bauteile verwenden, wenn man von einigen, weiter unten näher erläuterten Unterschieden absieht. Der Volumenstrom wird vergleichmäßigt.

Bevorzugterweise weist die Pleuelanordnung ein Ringelement auf, das mit einer mittigen Öffnung auf dem Kurbelzapfen drehbar gelagert ist. Ein derartiges Ringelement ist einfach herzustellen. Es erlaubt eine einfache Steuerung der Bewegungen der Kolben innerhalb der Zylinder.

Hierbei ist bevorzugt, daß das Ringelement für jeden Kolben einen radial vorstehenden Ast aufweist. Damit wird Gewicht gespart. Das Ringelement kann für jeden Kolben, genauer gesagt die Pleuelstange eines jeden Kolbens, einen Angriffspunkt aufweisen, der radial relativ weit außen liegt, ohne daß es erforderlich ist, entsprechendes Material in Umfangsrichtung des Ringelements vorzusehen. Je geringer die Masse von bewegten Teilen ist, desto geringer ist der Energieverbrauch und desto kleiner ist die Schwingungsanfälligkeit des Verdichters.

Bevorzugterweise ist das Ringelement starr mit einer Hauptpleuelstange eines Kolbens und gelenkig mit Nebenpleuelstangen der anderen Kolben verbunden. Hierdurch wird auf einfache Weise erreicht, daß die einzelnen Pleuelstangen und damit auch die Zylinder in einer gemeinsamen Ebene angeordnet werden können. Dadurch kann die Bauhöhe des Verdichters im wesentlichen beibehalten werden. Eine kinematische Überbestimmung zwischen der Pleuelanordnung und den Kolben wird vermieden, weil nur die Pleuelstange eines einzelnen Kolbens, die sogenannte Hauptpleuelstange, starr mit dem Ringelement verbunden ist. Diese Hauptpleuelstange führt eine Bewegung aus, die durch die exzentrische Anordnung des Kurbelzapfens verursacht wird. Die anderen Pleuelstangen, die hier als Nebenpleuelstangen bezeichnet werden, können hingegen gegenüber dem Ringelement verschwenkt werden. Da das Ringelement aber durch die starre Verbindung mit der Hauptpleuelstange in einer definierten Lage gehalten wird, während die Antriebswelle rotiert, ist eine derartige Schwenkbewegung der Nebenpleuelstangen ohne weiteres zulässig.

Vorzugsweise ist die gelenkige Verbindung zwischen den Nebenpleuelstangen und dem Ringelement mit Hilfe von inneren Kugelgelenken ausgebildet. Kugelgelenke haben gegenüber Scharnier- oder Bolzengelenken den Vorteil, daß sie weniger Bauteile und weniger Platz erfordern. Darüber hinaus können kleinere Ungenauigkeiten in der Ausrichtung der Antriebswelle im Vergleich zu den Achsen der Zylinder ausgeglichen werden.

Vorzugsweise sind die Kolben mit der Hauptpleuelstange und den Nebenpleuelstangen jeweils über äußere Kugelgelenke verbunden. Hier gelten die gleichen Vorteile, insbesondere im Hinblick auf die Ausrichtung. Kleinere Fehlausrichtungen der Zylinderachsen zur Achse der Antriebswelle sind durchaus tolerierbar. Auch kann der Verdichterblock in geringem Maße gegenüber der Achse der Antriebswelle gekippt sein.

Hierbei ist bevorzugt, daß die inneren Kugelgelenke und die äußeren Kugelgelenke gleich ausgebildet sind. Dadurch kann man die Fertigung vereinfachen. Es sind weniger unterschiedliche Bauteile erforderlich.

Bevorzugterweise ist das Ringelement über eine Exzenterbuchse auf dem Kurbelzapfen gelagert. Wenn man die Exzenterbuchse verdreht, dann läßt sich der obere Totpunkt des Kolbens, der mit der Hauptpleuelstange verbunden ist, einstellen. Sobald diese Einstellung erfolgt ist, kann die Exzenterbuchse mit dem Ringelement drehfest verbunden werden, beispielsweise durch Einpressen.

Auch ist von Vorteil, wenn die Nebenpleuelstangen eine einstellbare Länge aufweisen. Die mit den Nebenpleuelstangen verbundenen Kolben werden dann jeweils einzeln in ihren oberen Totpunkt bewegt. Die Länge der entsprechenden Nebenpleuelstange wird dann so eingestellt, daß der Kolben im oberen Totpunkt einen möglichst kleinen Totraum im Zylinder begrenzt.

Bevorzugterweise weist der Verdichterblock radiale Vorsprünge auf, in denen die Zylinder angeordnet sind. Diese radialen Vorsprünge ragen nach außen. Die Verbindung der einzelnen Zylinder erfolgt also radial innen. Dies hat mehrere Vorteile. Zum einen spart man Material bei der Verbindung der einzelnen Zylinder ein. Je weiter innen die Verbindung erfolgt, desto kürzer ist die Strecke zwischen benachbarten Zylindern, die durch den Verdichterblock überbrückt werden muß. Zum anderen treten in den Zylindern, deren Kolben mit Nebenpleuelstangen verbunden sind, am radial inneren Ende die größten Kräfte auf, die man dann durch eine entsprechende Abstützung durch den Zylinderblock gut aufnehmen kann.

Vorzugsweise ist jeder Zylinder radial außerhalb einer durch den Verdichterblock gebildeten Verbindung zwischen den Vorsprüngen angeordnet. Damit ist eine Möglichkeit gegeben, die bei der Verdichtung des Kältemit telgases entstehende Wärme rasch und ohne Behinderung durch den Verdichterblock nach außen abzugeben. Die Wärme muß nur durch die Wand des Zylinders hindurchtreten. Gegebenenfalls kann man Kühlrippen an der Außenseite des Verdichterblocks anordnen, um die Wärmeübertragungsflächen zu vergrößern.

Bevorzugterweise weist der Verdichterblock radial innerhalb eines jeden Zylinders einen gegenüber dem Zylinder in Umfangsrichtung vergrößerten Pleuelstangen-Bewegungsraum auf. Damit wird eine gewisse Kippbeweglichkeit der Pleuelstange gegenüber der Bewegungsachse der Kolben zugelassen. Der Pleuelstangen-Bewegungsraum wird bei allen Zylindern vorgesehen, also auch bei dem Zylinder, dessen Kolben mit der Hauptpleuelstange verbunden ist. Hier ist eine seitliche Bewegung der Pleuelstange zwar nicht gegeben. Wenn man die Zylinder aber untereinander gleich ausbildet, vereinfacht dies die Fertigung.

Vorzugsweise weist jeder Zylinder einen Einlaß und einen Auslaß auf, wobei die Einlässe parallel miteinander verbunden sind und die Auslässe parallel miteinander verbunden sind. In diesem Fall ergibt sich eine einstufige Anordnung des Verdichters. In allen Zylindern wird das Kältemittel direkt vom Saugdruck auf den Hochdruck verdichtet. Neben der Erhöhung der geförderten Kältemittelmenge und der damit verbundenen erhöhten Kälteleistung hat dies den Vorteil, daß eine Vergleichmäßigung des Volumenstromes und damit eine Verringerung der auftretenden Druckpulsationen durch den nacheinander erfolgenden Ausstoß erfolgt. Die einzelnen Zylinder geben das komprimierte Kältemittelgas in der Reihenfolge ab, in der sie durch die Pleuelanordnung angesprochen werden.

In einer alternativen Ausgestaltung kann vorgesehen sein, daß jeder Zylinder einen Einlaß und einen Auslaß aufweist, wobei der Auslaß mindestens eines Zylinders mit dem Einlaß mindestens eines anderen Zylinders verbunden ist. In diesem Fall ergibt sich eine zwei- oder mehrstufige Ausgestaltung des Verdichters. Ein Zylinder, der dann zu einer Stufe höheren Druckes gehört, bekommt an seinem Einlaß Kältemittelgas mit bereits erhöhtem Druck zur Verfügung gestellt und kann dann diesen erhöhten Druck weiter erhöhen. Im Gegensatz dazu gibt es mindestens einen Zylinder, der zu einer Stufe mit niedrigem Druck gehört. In diesem Zylinder wird das Kältemittelgas ausgehend vom normalen Saugdruck verdichtet. Die mehrstufige Verdichtung läßt sich vor allem in Tiefkühlanwendungen einsetzen, wo hohe Druckverhältnisse zwischen Saugdruck und Hochdruck auftreten. Hierbei wird das von einer Stufe auf einen Zwischen- oder Mitteldruck verdichtete Kältemittelgas in einer Art "Reihenschaltung" dem Eingang der nächsten Stufe zugeführt. Der volumetrische Wirkungsgrad eines Verdichters nimmt wegen dem erhöhten Einfluß der Rückexpansion mit steigendem Druckverhältnis ab. Wenn man das Druckverhältnis klein hält, dann wird auch die Rückexpansion entsprechend klein gehalten. Die mehrstufige Verdichtung bewirkt darüber hinaus durch die Aufteilung des Druckverhältnisses in mehrere Stufen eine Senkung der Verdichtungsendtemperatur, was günstig für die Stabilität und die Lebensdauer der Schmiermittel des Verdichters ist. Außerdem ergeben sich energetische Vorteile durch eine gewisse Abkühlung des auf einen Zwi schendruck verdichteten Gases. Die Abkühlung erfolgt dabei auf dem Weg zwischen dem Zylinder aus der Stufe mit niedrigem Druck zu dem Zylinder der Stufe mit höherem Druck. Dies vergrößert den Massenstrom in der jeweils nachfolgenden Stufe.

Vorzugsweise weist eine Stufe mit niedrigerem Ausgangsdruck mehr Zylinder auf als eine Stufe mit höherem Ausgangsdruck. Dadurch ergibt sich ein günstiges Volumenverhältnis. Da die Stufe mit niedrigem Ausgangsdruck eine bestimmte Masse an Kältemittel komprimiert und damit deren Volumen verringert, kann die Stufe mit höherem Ausgangsdruck die gleiche Masse des Kältemittels weiter komprimieren, wie die Stufe mit niedrigem Ausgangsdruck.

Hierbei ist bevorzugt, daß die Stufe mit niedrigerem Ausgangsdruck doppelt so viele Zylinder aufweist wie die Stufe mit höherem Ausgangsdruck. Im zweistufigen Fall stellt sich dann bei dem dargelegten Volumenverhältnis von 2:1 ein Mitteldruck ein, der nahe dem energetisch gesehen optimalen geometrischen Mittelwert zwischen Saug- und Hochdruck ist, so daß mit einfachen Mitteln, nämlich der Verwendung gleicher Bauteile, ein günstiger Wirkungsgrad erreicht wird.

Bevorzugterweise ist eine Verbindung zwischen den beiden Stufen mit einem im Inneren des Verdichterblocks angeordneten Kurbelgehäuse verbunden. Das Kurbelgehäuse wird also mit dem Mitteldruck beaufschlagt, indem man die Saugseite der Stufe mit höherem Druck durch eine im Verdichterblock ausgebildete Druckausgleichsbohrung oder auf andere Weise mit dem Kurbelgehäuse verbindet, während die beiden Zylinderköpfe der Stufe niedrigeren Drucks mit ihrer Saugseite keine solche Verbindung aufweisen. Durch die erhöhte Dichte des Kältemittelgases bei Mitteldruck im Kurbelgehäuse erfolgt eine bessere Wärmeübertragung vom Kältemittelgas an den Verdichterblock und damit an die Umgebung. Dies senkt die Temperatur des Verdichters. Außerdem vermindern sich durch den auf der Rückseite des Kolbens wirkenden Mitteldruck die Leckageverluste zwischen Kolben und Zylinder.

Vorteilhafterweise sind die Einlässe und die Auslässe außerhalb des Verdichterblocks frei zugänglich, wobei Verbindungsleitungen zwischen Zylindern entlang der Außenseite der Kapsel auf der dem Motor zugewandten Seite des Verdichterblocks vorgesehen sind. Man kann den gleichen Verdichter dann durch eine einfache "Beschaltung" entweder einstufig oder zweistufig oder sogar mehrstufig ausführen. Hierzu ist lediglich eine Änderung der Leitungskonfiguration erforderlich. Eine derartige Änderung läßt sich leicht durchführen, weil sämtliche Anschlüsse der Leitungen an den Zylindern, genauer gesagt den Zylinderköpfen, frei zugänglich sind.

Die Erfindung wird im folgenden anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels in Verbindung mit der Zeichnung beschrieben. Hierin zeigen:
1 eine Seitenansicht eines Verdichters,
2 einen Schnitt II-II nach 1,
3 einen Schnitt III-III nach 2,
4 eine Draufsicht auf den Verdichter und
5 eine perspektivische Ansicht des Verdichters.
In allen Figuren ist aus Gründen der Übersicht auf die Darstellung der Leitungsverbindung zwischen einzelnen Zylindern verzichtet worden.
Ein Kältemittelkompressor 1 weist einen Verdichterblock 2 als Oberteil und eine Kapsel 3 als Unterteil auf. Der Verdichterblock 2 und die Kapsel 3 bilden zusammen ein Gehäuse. Am Boden der Kapsel 3, die ein becherförmiges Unterteil bildet, ist eine Bodenplatte 4 mit vibrationsdämpfenden Gummipuffern 5 angeordnet. Der Verdichterblock 2 weist drei radial nach außen abstehende Vorsprünge 6, 39, 40 auf, die in Umfangsrichtung gleichmäßig verteilt sind. Ihre Achsen weisen also in Umfangsrichtung einen winkelmäßigen Abstand von 120° auf. Wie insbesondere aus den 2 und 3 zu erkennen ist, weist jeder Vorsprung 6 einen Zylinder 7, 7a, 7b auf, der durch eine Zylinderkopfanordnung 8, 37, 38 stirnseitig abgeschlossen ist. Die Zylinderkopfanordnung 8, 37, 38 weist einen Druckstutzen 9, 41, 42 und einen Saugstutzen 10, 43, 44 auf. Der Druckstutzen 9, 41, 42 ist in an sich bekannter und daher nicht näher dargestellter Weise mit dem Zylinder 7, 7a, 7b so verbunden, daß auszustoßendes Kältemittelgas aus der Zylinderkopfanordnung 8, 37, 38 ausgestoßen wird. In ähnlicher Weise wird über den Saugstutzen 10, 43, 44 Kältemittelgas angesaugt, das durch die Zylinderkopfanordnung 8, 37, 38 in den Zylinder 7, 7a, 7b eintreten kann.
In jedem Zylinder 7, 7a, 7b ist ein Kolben 11, 11a, 11b angeordnet, der entlang der nicht näher dargestellten Längsachse des Zylinders 7, 7a, 7b hin und her bewegt werden kann. Durch diese Hin- und Herbewegung des Kolbens 11, 11a, 11b wird Kältemittelgas durch die Zylinderkopfanordnung 8, 37, 38 eingesaugt, verdichtet und wieder ausgestoßen.
Um die Kolben 11, 11a, 11b anzutreiben, ist ein elektrischer Motor 12 vorgesehen, der einen Stator 13 aufweist, der mit dem Verdichterblock 2 fest verbunden ist, und einen Rotor 14 aufweist. Der Rotor ist drehfest mit einer Antriebswelle 15 verbunden. Die Antriebswelle ist vertikal angeordnet. Sie weist an ihrem unteren Ende eine Ölpumpe 16 auf, die in einen Ölsumpf 17 eintaucht, der am Boden der Kapsel 3 angeordnet ist.
An ihrem oberen Ende weist die Antriebswelle 15 einen exzentrisch angeordneten Kurbelzapfen 18 auf, der bei einer Rotation der Antriebswelle 15 um die Achse der Antriebswelle 15 orbitiert.
Die Antriebswelle 15 ist nur an einer einzigen Position gelagert und zwar im Verdichterblock 2. Hierzu weist der Verdichterblock 2 eine Radiallageranordnung 19 und eine Axiallageranordnung 20 auf.
Die elektrische Versorgung des Motors 12 erfolgt durch eine Glasdurchführung 21, die im Verdichterblock 2 angeordnet ist. Eine Montageöffnung 22 des Verdichterblocks 2 ist durch einen Montagedeckel 23 verschlossen. Der Verdichterblock 2 begrenzt zusammen mit dem Motor 12 ein Kurbelgehäuse 24.
Wie aus 3 zu erkennen ist, sind die einzelnen Vorsprünge 6 mit ihren Zylindern 7, 7a, 7b sternförmig angeordnet und stehen vom Verdichterblock 2 radial nach außen vor. Hierbei sind die Zylinder 7, 7a, 7b so weit radial außen angeordnet, daß sie sich radial außerhalb einer ringförmigen Verbindung 25 zwischen benachbarten Vorsprüngen 6 befinden. Wärme, die in einem Zylinder 7, 7a, 7b bei der Kompression von Kältemittelgas erzeugt wird, kann also unmittelbar an die Umgebung abgegeben werden. Die Verbindung 25 verbindet die Vorsprünge 6, 39, 40 an einer Position, an der im Betrieb größere Kräfte in Umfangsrichtung herrschen.
Auf dem Kurbelzapfen 18 ist eine Pleuelanordnung angeordnet, die ein Ringelement 26 mit mehreren radial vorstehenden Ästen 27, 28 aufweist. Jeder Ast 27, 28 ist einem Zylinder 7, 7a, 7b zugeordnet. Zwischen dem Ringelement 26 und dem Kurbelzapfen 18 ist eine Exzenterbuchse angeordnet, also eine Buchse mit in Umfangsrichtung über 180° zunehmender und über 180° abnehmender Wandstärke. Diese Exzenterbuchse ist auf dem Kurbelzapfen 18 und innerhalb des Ringelements 26 während eines Einstellvorgangs verdrehbar. Nach dem Verdrehen, das nachfolgend näher beschrieben wird, wird die Exzenterbuchse gegenüber dem Ringelement 26 festgelegt, beispielsweise durch Schweißen oder Kleben oder Einpressen.
Das Ringelement 26 ist mit einer Hauptpleuelstange 29 fest verbunden. Die Hauptpleuelstange 29 ist über ein Kugelgelenk 30 mit dem Kolben 11 verbunden. Die Position des Kolbens 11 relativ zur Zylinderkopfanordnung 8 im oberen Totpunkt des Kolbens 11 läßt sich durch Ver drehen der Exzenterbuchse innerhalb des Ringelements 26 einstellen.
Die übrigen Kolben 11a, 11b sind über Nebenpleuelstangen 31, 32 mit dem Ringelement 26 verbunden. Die Kolben 11a, 11b sind über Kugelgelenke 33, 34 mit den Nebenpleuelstangen 31, 32 verbunden. Die Kugelgelenke 33, 34 entsprechen dem Kugelgelenk 30 der Hauptpleuelstange 29.
Die Nebenpleuelstangen 31, 32 sind über entsprechende Kugelgelenke 35, 36 mit dem Ringelement 26 verbunden. Es reicht also aus, für sämtliche Kugelgelenke 30, 33–36 die gleichen Teile vorrätig zu halten. Dies erleichtert die Vorratshaltung und auch die Fertigung.
Die Nebenpleuelstangen 31, 32 sind längenveränderbar. Beispielsweise kann vorgesehen sein, daß die Nebenpleuelstangen 31, 32 zweiteilig ausgebildet sind, wobei beide Teile über Klemm- oder Lötverbindungen, oder ein Schraubgewinde miteinander in Verbindung stehen. Die Kolben 7a, 7b werden dann durch Drehen der Antriebswelle 15 jeweils in ihren oberen Totpunkt gefahren. Die Länge der Nebenpleuelstangen 31, 32 wird dann so eingestellt, daß das durch den jeweiligen Kolben 7a, 7b begrenzte Totvolumen minimal ist. Danach werden die beiden Teile der Nebenpleuelstangen 31, 32 fest miteinander verbunden.
An jeden Zylinder 7, 7a, 7b schließt sich radial innen ein vergrößerter Pleuelstangen-Bewegungsraum 45, 45a, 45b an, der zumindest in Umfangsrichtung eine größere Abmessung als der zugehörige Zylinder 7, 7a, 7b auf weist. Dieser Raum läßt auch eine Schwenkbewegung der Pleuelstange zu. Er befindet sich radial auf der Höhe des Verbindungselements 25.
In der Draufsicht der 4 sind die Anschlüsse der drei Zylinderkopfanordnungen 8, 37, 38 an den Vorsprüngen 6, 39, 40 zu erkennen. Die Vorsprünge 6, 39, 40, die Zylinder 7, 7a, 7b, die Kolben 11, 11a, 11b und die Zylinderköpfe 8, 37, 38 sind dabei identisch ausgeführt. Die Zylinderköpfe 8, 39, 40 weisen dabei Druckstutzen 9, 41, 42 und Saugstutzen 10, 43, 44 auf.
Man kann nun den Verdichter einstufig ausführen, indem man die Druckstutzen 9, 41, 42 an eine Druckleitung und die Saugstutzen 10, 43, 44 an eine Saugleitung einer Kälteanlage anschließt. In diesem Fall ergibt sich gegenüber einem Verdichter mit nur einem Zylinder, bei gleichem Hubvolumen pro Zylinder, ein um den Faktor 3 erhöhter Kältemittelstrom. Da die Kolben nicht nur 120° räumlich versetzt zueinander angeordnet sind, sondern auch zeitlich um 120° versetzt zueinander bewegt werden, ergibt sich ein wesentlich gleichmäßigerer Kältemittelstrom, bei dem Pulsationen geringer sind. Selbstverständlich kann man anstelle der drei dargestellten Zylinder auch eine andere Zahl von Zylindern verwenden, solange die räumlichen Gegebenheiten dies zulassen.
Man kann den Verdichter aber auch zweistufig ausführen. In diesem Fall kann man beispielsweise die Saugstutzen 10, 44 an die Saugleitung und den Druckstutzen 41 an die Druckleitung der Kälteanlage anschließen. Die Druckstutzen 9, 42 werden mit dem Saugstutzen 43 verbunden.
Damit ergibt sich eine zweistufige Ausführungsform des Zylinders. Die erste Stufe, d.h. eine Stufe mit niedrigerem Druck, umfaßt die Zylinder 7, 7b in den Vorsprüngen 6, 40. Die zweite Stufe, also die Stufe mit höherem Druck, umfaßt nur einen Zylinder 7a im Vorsprung 39. Die zweite Stufe hat damit nur ein halb so großes Verdichtungsvolumen. Da aber das angesaugte Kältemittelgas in der ersten Stufe komprimiert wird, reicht das halb so große Volumen der zweiten Stufe aus, um die gleiche Kältemittelmasse komprimieren zu können, wie die erste Stufe.
Da alle Zylinder den gleichen Durchmesser und die Kolben den gleichen Hub aufweisen, also technisch gesehen gleichwertig sind, kann man im Prinzip jeden Zylinder für jede Stufe verwenden.
Man kann nun vorsehen, daß die Verbindung zwischen den Druckstutzen 9, 42 und dem Saugstutzen 43 mit dem Kurbelgehäuse 24 verbunden ist. Damit herrscht im Inneren des Gehäuses ein Mittel- oder Zwischendruck zwischen den beiden Stufen, der bei dem gewählten Volumenverhältnis zwischen erster und zweiter Stufe von 2:1 nahe dem energetisch gesehen optimalen geometrischen Mittelwert zwischen Saug- und Hochdruck ist, so daß mit einfachen Mitteln, nämlich der Verwendung gleicher Bauteile, ein günstiger Wirkungsgrad erreicht wird.
Man kann alternativ auch das Kurbelgehäuse 24 auf den Saugdruck der ersten Stufe legen, indem man Druckausgleichsbohrungen in den Zylinderköpfen 8, 40 der ersten Stufe zum Kurbelgehäuse 24 vorsieht. Diese Bohrungen können gleichzeitig zur Rückführung von aus dem Sauggas abgeschiedenem Öl zum Kurbelgehäuse verwendet werden. In diesem Fall ist keine Verbindung zwischen der Mitteldruckseite und dem Kurbelgehäuse vorhanden.

Claims

Kältemittelverdichter mit einem Gehäuse, das einen Verdichterblock und eine damit verbundene Kapsel aufweist, und einer von einem elektrischen Motor angetriebenen Antriebswelle, die im Bereich des Verdichterblocks einen exzentrischen Kurbelzapfen aufweist, auf dem eine Pleuelanordnung gelagert ist, wobei die Antriebswelle durch eine einzige Lageranordnung gelagert ist, die im Verdichterblock angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Verdichterblock (2) mehrere sternförmig angeordnete Zylinder (7, 7a, 7b) aufweist, deren Achsen in einer gemeinsamen Ebene senkrecht zur Rotationsachse der Antriebswelle (15) liegen, wobei in jedem Zylinder (7, 7a, 7b) ein Kolben (11, 11a, 11b) verschiebbar angeordnet ist, der jeweils über die mehrere Abtriebspositionen aufweisende Pleuelanordnung mit der Antriebswelle (15) in Eingriff steht.
Kältemittelverdichter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zylinder (7, 7a, 7b) in Umfangsrichtung gleichmäßig verteilt sind.
Kältemittelverdichter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Zylinder (7, 7a, 7b) den gleichen Durchmesser und die Kolben (11, 11a, 11b) den gleichen Hub aufweisen.
Kältemittelverdichter nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Pleuelanordnung ein Ringelement (26) aufweist, das mit einer mittigen Öffnung auf dem Kurbelzapfen (18) drehbar gelagert ist.
Kältemittelverdichter nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Ringelement (26) für jeden Kolben (11, 11a, 11b) einen radial vorstehenden Ast (27, 28) aufweist.
Kältemittelverdichter nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Ringelement (26) starr mit einer Hauptpleuelstange (29) eines Kolbens (11) und gelenkig mit Nebenpleuelstangen (31, 32) der anderen Kolben (11a, 11b) verbunden ist.
Kältemittelverdichter nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die gelenkige Verbindung zwischen den Nebenpleuelstangen (31, 32) und dem Ringelement (26) mit Hilfe von inneren Kugelgelenken (35, 36) ausgebildet ist.
Kältemittelverdichter nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Kolben (11, 11a, 11b) mit der Hauptpleuelstange (29) und den Nebenpleuelstangen (31, 32) jeweils über äußere Kugelgelenke (30, 33, 34) verbunden sind.
Kältemittelverdichter nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die inneren Kugelgelenke (35, 36) und die äußeren Kugelgelenke (30, 33, 34) gleich ausgebildet sind.
Kältemittelverdichter nach einem der Ansprüche 4 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Ringelement (26) über eine Exzenterbuchse auf dem Kurbelzapfen (18) gelagert ist.
Kältemittelverdichter nach einem der Ansprüche 6 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Nebenpleuelstangen (31, 32) eine einstellbare Länge aufweisen.
Kältemittelverdichter nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Verdichterblock (2) radiale Vorsprünge (6, 39, 40) aufweist, in denen die Zylinder (7, 7a, 7b) angeordnet sind.
Kältemittelverdichter nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Zylinder (7, 7a, 7b) radial außerhalb einer durch den Verdichterblock gebildeten Verbindung (25) zwischen den Vorsprüngen (6, 39, 40) angeordnet ist.
Kältemittelverdichter nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Verdichterblock (2) radial innerhalb eines jeden Zylinders (7, 7a, 7b) einen gegenüber dem Zylinder (7, 7a, 7b) in Umfangsrichtung vergrößerten Pleuelstangen-Bewegungsraum (45, 45a, 45b) aufweist.
Kältemittelverdichter nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Zylinder (7, 7a, 7b) einen Einlaß (10, 43, 44) und einen Auslaß (9, 41, 42) aufweist, wobei die Einlässe (10, 43, 44) parallel miteinander verbunden sind und die Auslässe (9, 41, 42) parallel miteinander verbunden sind.
Kältemittelverdichter nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Zylinder (7, 7a, 7b) einen Einlaß (10, 43, 44) und einen Auslaß (9, 41, 42) aufweist, wobei der Auslaß (9, 41) mindestens eines Zylinders (7, 7a) mit dem Einlaß (44) mindestens eines anderen Zylinders (7b) verbunden ist.
Kältemittelverdichter nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß eine Stufe mit niedrigerem Ausgangsdruck mehr Zylinder (7, 7a) aufweist als eine Stufe mit höherem Ausgangsdruck.
Kältemittelverdichter nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Stufe mit niedrigerem Ausgangsdruck doppelt so viele Zylinder (7, 7a) aufweist wie die Stufe mit höherem Ausgangsdruck.
Kältemittelverdichter nach Anspruch 17 oder 18, dadurch gekennzeichnet, daß eine Verbindung zwischen den beiden Stufen mit einem im Inneren des Verdichterblocks angeordneten Kurbelgehäuse (24) verbunden ist.
Kältemittelverdichter nach einem der Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Einlässe (10, 43, 44) und die Auslässe (9, 41, 42) außerhalb des Verdichterblocks (2) frei zugänglich sind, wobei Verbindungsleitungen zwischen Zylindern (7, 7a, 7b) entlang der Außenseite der Kapsel (3) auf der dem Motor (12) zugewandten Seite des Verdichterblocks (2) vorgesehen sind.