DE102012100720B4

DE102012100720B4 - Ölleitsystem für einen Verdichter

Info

Publication number: DE102012100720B4
Application number: DE102012100720.9A
Authority: DE
Inventors: Pete Edward Ganster; Kanwal Bhatia; Michael Gregory Theodore jun.; Rodney James Callahan; Brian Robert Kelm
Original assignee: Halla Visteon Climate Control Corp
Current assignee: HANON SYSTEMS, DAEJEON, KR
Priority date: 2011-02-04
Filing date: 2012-01-30
Publication date: 2018-01-25
Anticipated expiration: 2032-01-31
Also published as: DE102012100720A1; FR2971305A1; US20120201697A1; DE102012100720A8; GB201200740D0; GB2487823B; GB2487823A; US9163620B2

Abstract

Verdichter (10), der Folgendes umfasst: ein hohles Gehäuse (12), das einen Zylinderkopf (14) mit einer in ihm ausgebildeten Saugkammer (20) und einem in ihm ausgebildeten Flüssigkeitsdurchlass (22), einen Zylinderblock (16) mit wenigstens einer in ihm ausgebildeten Zylinderbohrung (28), und ein Kurbelgehäuse (18) aufweist, wobei eine im Wesentlichen flüssigkeitsdichte Kurbelkammer (38) zwischen dem Zylinderkopf (14) und dem Kurbelgehäuse (18) ausgebildet ist; eine drehbare Antriebswelle (48), die sich im Kurbelgehäuse (18) befindet und so angeordnet ist, dass sie durch das Gehäuse (12) hindurch zum Zylinderblock (16) hervorragt, wobei die Antriebswelle (48) wenigstens einen in ihr ausgebildeten Flüssigkeitsdurchlass (54, 55) aufweist; einen Rotor (44), der fest mit der Antriebswelle (48) verbunden ist, wobei eine Drehbewegung der Antriebswelle (48) eine Drehbewegung des Rotors (44) verursacht; eine Mitnehmerplattenanordnung (36), die mit dem Rotor (44) gekoppelt ist, wobei die Mitnehmerplattenanordnung (36) einen Neigungswinkel im Verhältnis zu einer Ebene, die senkrecht zu einer Längsachse der Antriebswelle (48) angeordnet ist, aufweist; einen ersten Flüssigkeitsfließweg, der eine Flüssigkeitsverbindung von der Kurbelkammer (38) zur Saugkammer (20) bereitstellt, um ein Fließen der Arbeitsflüssigkeit von der Kurbelkammer (38) zur Saugkammer (20) zu ermöglichen, wobei der erste Flüssigkeitsfließweg den wenigstens einen in der Antriebswelle (48) ausgebildeten Flüssigkeitsdurchlass (54, 55) aufweist; einen zweiten Flüssigkeitsfließweg, der eine Flüssigkeitsverbindung von der Kurbelkammer (38) zur Saugkammer (20) bereitstellt, um ein Fließen einer Mischung einer Arbeitsflüssigkeit und einer Schmierflüssigkeit von der Kurbelkammer (38) zur Saugkammer (20) zu ermöglichen, wobei der zweite Flüssigkeitsfließweg den im Zylinderkopf (14) ausgebildeten Flüssigkeitsdurchlass (22) aufweist; und eine Ringmanschette (58), die verschiebbar zwischen der Antriebswelle (48) und dem Zylinderblock (16) angeordnet ist, wobei die Ringmanschette (58) selektiv positioniert werden kann, um den zweiten Flüssigkeitsfließweg zu öffnen und zu schließen, wobei die Ringmanschette (58) operativ mit der Mitnehmerplattenanordnung (36) gekoppelt ist, so dass sie sich als Reaktion auf eine Verringerung des ...

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Verdichter. Insbesondere betrifft die Erfindung ein Ölleitsystem für einen Verdichter.
ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
Im Stand der Technik bekannte Verdichter, die in Kühl- und in Klimaanlagensystemen verwendet werden, wie zum Beispiel Schiefscheibenverdichter mit variabler Verdrängung, weisen üblicherweise einen schmierenden Nebel auf, der in einem gasförmigen Kältemittel suspendiert ist. Derartige Verdichter weisen außerdem einen ersten Pfad auf, der eine Kältemittelverbindung zwischen einem Kurbelraum und einer Ablaufkammer bereitstellt, und einen zweiten Pfad, der eine Kältemittelverbindung zwischen dem Kurbelraum und einer Saugkammer bereitstellt. Während des Betriebs des Verdichters schmiert der Ölnebel bewegliche Teile des Verdichters. Öl, das im Kältemittel verbleibt, während das Kältemittel durch das Kühl- und Klimaanlagensystem fließt, kann jedoch eine Leistung und Effizienz des Kühl- und Klimaanlagensystems minimieren.
Um diese Probleme zu bekämpfen, wird das Kühl- und Klimaanlagensystem mit einem Ölabscheider ausgestattet. Eine Ölabscheiderart ist üblicherweise im Kühl- und Klimaanlagensystem zwischen dem Verdichter und einem Kondensator angeordnet. Der Ölabscheider trennt das suspendierte Öl vom gasförmigen Kältemittel, so dass das Öl im Verdichter verbleibt und in die Saugkammer geleitet wird. Für diese Art von Ölabscheider ist zusätzlicher Bauraum in der Ablaufkammer oder eine separate, externe Komponente, die mit dem Verdichter verbunden wird, erforderlich.
Eine zweite Art von Ölabscheider nutzt die Kurbelkammer, um das Öl zu speichern, so dass das Öl im Verdichter verbleibt und nicht in die Saugkammer gelangt. Das Hinzufügen dieser Art von Ölleitsystem im Kühl- und Klimaanlagensystem lässt jedoch die anderen Betriebsbedingungen des Verdichters außer Betracht, die zu Problemen im Hinblick auf Leistung und Lebensdauer führen können, wie zum Beispiel Einschalten im flüssigkeitsgefüllten Zustand, Hochtemperaturbetrieb oder unzulängliche Kolbenschmierung bei hoher Geschwindigkeit durch Ölverstopfung in der Kurbelkammer des Verdichters.
Aus der DE 603 13 819 T2 geht ein Verdichter mit variabler Verdrängung mit einem Zylinderblock mit einer Zylinderbohrung zur Aufnahme eines Kolbens, Lagern zum Tragen eines Endabschnitts einer Antriebswelle und einer Wellentragbohrung hervor. Die Bohrung ist zwischen den Lagern und einem hinteren Ende des Zylinderblocks angeordnet. Der Verdichter weist zudem ein an einem vorderen Ende des Zylinderblocks befestigtes und mit einer Kurbelkammer ausgebildetes vorderes Gehäuse auf, in dem der Kolben aufgrund der Drehung der Antriebswelle hin und her bewegbar ist. Ein hinteres Gehäuse ist über eine Ventilplatte am hinteren Ende des Zylinderblocks angeordnet und mit einer Ansaugkammer sowie einer Auslasskammer versehen. Ein eine erste Gasentnahmeöffnung aufweisender, distaler Endabschnitt der Antriebswelle ist in die Wellentragbohrung drehbar eingesetzt, die an der am hinteren Ende des Zylinderblocks mit einer zweiten Gasentnahmeöffnung ausgebildeten Ventilplatte befestigt ist. Die erste Gasentnahmeöffnung verbindet als zumindest teilweise radial in der Antriebswelle ausgebildeter Kanal die Kurbelkammer mit der Wellentragbohrung. Die zweite Gasentnahmeöffnung verbindet die Wellentragbohrung mit der Ansaugkammer. An der Antriebswelle ist ein Dichtungselement angeordnet, das den Spalt zwischen der Wellentragbohrung und der Antriebswelle abdichtet.
In der US 7,530,797 B2 wird als nächstkommender Stand der Technik ein Verdichter mit variabler Verdrängung mit einer in einer Kurbelkammer angeordneten Taumelscheibe zum Wirkverbinden einer Antriebswelle und eines Kolbens offenbart. Die Kurbelkammer wird mit einem gasförmigen Medium unter hohem Druck beaufschlagt, während gasförmiges Medium von der Kurbelkammer durch einen Ableitungskanal zu einer Ansaugkammer abgeleitet wird, um einen Innendruck der Kurbelkammer und damit einen Neigungswinkel der Taumelscheibe sowie den Hub des Kolbens einzustellen. In der Antriebswelle ist ein sich in Axialrichtung der Antriebswelle zwischen einem vorderen und einem hinteren Ende erstreckender Gasdurchgang ausgebildet, der mit der Ansaugkammer verbunden ist. Die Antriebswelle weist zudem einen ersten und einen zweiten Gaseinlasskanal auf, wobei der erste Gaseinlasskanal den Gasdurchgang durch eine Dichtung, eine Ölkammer und ein Lager mit der Kurbelkammer und der zweite Gaseinlasskanal den Gasdurchgang direkt mit einem zentralen Abschnitt der Kurbelkammer verbindet. Die Antriebswelle weist ferner eine Hülse auf, die an der Antriebswelle abgestützt und in der Axialrichtung entlang der Antriebswelle bewegbar ist, wenn die Taumelscheibe geneigt ist, um einen Öffnungsbetrag des zweiten Gaseinlasskanals zu ändern. Dabei wird der Öffnungsbetrag des zweiten Gaseinlasskanals durch die Hülse geändert, um die Menge des gasförmigen Mediums einzustellen, die durch den ersten Gaseinlasskanal in den Gasdurchgang angesaugt wird.
Es wäre wünschenswert, einen Verdichter mit variabler Verdrängung herzustellen, wobei Leistung, Effizienz und Langlebigkeit des Verdichters maximiert und Herstellungskosten, Gewicht, Größe und Montagezeit minimiert werden.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
In Übereinstimmung und Einklang mit der vorliegenden Erfindung wurde überraschend ein Verdichter mit variabler Verdrängung entdeckt, wobei Leistung, Effizienz und Langlebigkeit des Verdichters maximiert und Herstellungskosten, Gewicht, Größe und Montagezeit minimiert werden.
Der Verdichter umfasst: ein hohles Gehäuse, das einen Zylinderkopf mit einer in ihm ausgebildete Saugkammer und einem in ihm ausgebildeten Flüssigkeitsdurchlass aufweist, einen Zylinderblock mit wenigstens einer in ihm ausgebildeten Zylinderbohrung, und ein Kurbelgehäuse aufweist, wobei eine im Wesentlichen flüssigkeitsdichte Kurbelkammer zwischen dem Zylinderkopf und dem Kurbelgehäuse ausgebildet ist; eine drehbare Antriebswelle, die sich im Zylindergehäuse befindet und so angeordnet ist, dass sie durch das Gehäuse hindurch bis zum Zylinderblock hervorragt, wobei die Antriebswelle wenigstens einen darin ausgebildeten Flüssigkeitsdurchlass aufweist; einen Rotor, der fest mit der Antriebswelle verbunden ist, wobei eine Drehbewegung der Antriebswelle eine Drehbewegung des Rotors auslöst; eine Mitnehmerplattenanordnung, die mit dem Rotor verbunden ist, wobei die Mitnehmerplattenanordnung einen Neigungswinkel im Verhältnis zu einer Ebene aufweist, die senkrecht zu einer Längsachse der Antriebsachse liegt; einen ersten Flüssigkeitsfließweg, der eine Flüssigkeitsverbindung von der Kurbelkammer zur Saugkammer bereitstellt, um ein Fließen der Arbeitsflüssigkeit von der Kurbelkammer zur Saugkammer zu ermöglichen, wobei der erste Flüssigkeitsfließweg den wenigstens einen in der Antriebswelle ausgebildeten Flüssigkeitsdurchlass aufweist; einen zweiten Flüssigkeitsfließweg, der eine Flüssigkeitsverbindung von der Kurbelkammer zur Saugkammer bereitstellt, um ein Fließen einer Mischung der Arbeitsflüssigkeit und einer Schmierflüssigkeit von der Kurbelkammer zur Saugkammer zu ermöglichen, wobei der zweite Flüssigkeitsfließweg den im Zylinderkopf ausgebildeten Flüssigkeitsdurchlass aufweist; und eine Ringmanschette, die verschiebbar zwischen der Antriebswelle und dem Zylinderblock angeordnet ist, wobei die Ringmanschette selektiv positioniert werden kann, um den zweiten Flüssigkeitsfließweg zu öffnen oder zu schließen, wobei die Ringmanschette operativ mit der Mitnehmerplattenanordnung gekoppelt ist, damit sie sich als Reaktion auf eine Verringerung des Neigungswinkels der Mitnehmerplattenanordnung von einem Maximum auf ein Minimum von einer ersten Position der Ringmanschette in eine zweite Position der Ringmanschette verschiebt und sich als Reaktion auf eine Vergrößerung des Neigungswinkels der Mitnehmerplattenanordnung vom Minimum auf das Maximum von der zweiten Position der Ringmanschette in die erste Position der Ringmanschette verschiebt. Nach einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist der zweite Flüssigkeitsfließweg geschlossen, wenn sich die Ringmanschette in der ersten Position befindet, und geöffnet, wenn sich die Ringmanschette in der zweiten Position befindet. Der Verdichter weist vorteilhaft eine Konstantflussvorrichtung auf, die als ein Zwischenraum zwischen der Ringmanschette und dem Zylinderblock ausgebildet ist und eine Flüssigkeitsverbindung von der Kurbelkammer zur Saugkammer bereitstellt, um ein konstantes Fließen der Mischung der Arbeitsflüssigkeit und der Schmierflüssigkeit von der Kurbelkammer zur Saugkammer zu ermöglichen. Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist eine Lagerschmiervorrichtung vorgesehen, um ein Fließen der Mischung der Arbeitsflüssigkeit und der Schmierflüssigkeit um wenigstens ein im Zylinderblock angeordnetes Lager zu ermöglichen.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die vorstehend genannten und andere Vorteile der vorliegenden Erfindung werden für Fachleute aus der nachstehenden, detaillierten Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen ersichtlich, wenn diese unter Bezugnahme auf die zugehörigen Zeichnungen betrachtet werden. Es zeigen:
1 eine Querschnittansicht eines Verdichters, der ein Ölleitsystem gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung aufweist, mit einer Ringmanschette des Ölleitsystems in einer ersten Position;
2 eine Querschnittansicht des Verdichters aus 1, mit der Ringmanschette des Ölleitsystems in einer zweiten Position;
3 eine Querschnittansicht des Verdichters aus 1, der eine Konstantflussvorrichtung und eine Lagerschmiervorrichtung des Ölleitsystems beinhaltet; und
4 eine vergrößerte perspektivische Seitenansicht der Ringmanschette des Ölleitsystems aus 1–3.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Da nachstehende, detaillierte Beschreibung und die angefügten Zeichnungen beschreiben und zeigen ein Ausführungsbeispiel der Erfindung. Die Beschreibung und die Zeichnungen dienen dazu, Fachleute zu befähigen, die Erfindung herzustellen und zu nutzen, und sind nicht dafür gedacht, den Umfang der Erfindung in jeglicher Weise einzuschränken.
1 zeigt einen Verdichter 10 des Typs Schiefscheibenverdichter mit variabler Verdrängung gemäß der vorliegenden Erfindung. Der Verdichter 10 weist ein zylindrisches Gehäuse 12 mit einem Zylinderkopf 14, einem Zylinderblock 16 und einem Kurbelgehäuse 18 auf. Der Zylinderkopf 14 weist eine in ihm ausgebildete Saugkammer 20 auf. Ein Einlassanschluss (nicht dargestellt) und die damit verbundene Einlassleitung (nicht dargestellt) stellen eine Flüssigkeitsverbindung zwischen der Saugkammer 20 und einer externen Komponente (nicht dargestellt), wie zum Beispiel einem Verdampfer eines Heiz-, Lüftungs- und Klimaanlagensystems, bereit. Im Zylinderkopf 14 ist ein Flüssigkeitsdurchlass 22 ausgebildet. Durch eine in einer Ventilplatte 25 ausgebildete Öffnung 24 und einen im Zylinderblock 16 ausgebildeten Hohlraum 26 ist eine Flüssigkeitsverbindung zwischen dem Flüssigkeitsdurchlass 22 und einer im Zylinderblock 16 ausgebildeten Zentralbohrung 27 bereitgestellt. Der Flüssigkeitsdurchlass 22, die Öffnung 24 und der Hohlraum 26 stellen eine Flüssigkeitsverbindung zwischen der Zentralbohrung 27 und der Saugkammer 20 bereit, um ein Fließen einer Arbeitsflüssigkeit (z. B. eines Kühlmittels) von der Zentralbohrung 27 zu der Saugkammer 20 zu ermöglichen.
Die Saugkammer 20 steht außerdem durch eine Mehrzahl von in der Ventilplatte 25 ausgebildeten Ventilsauganschlüssen (nicht dargestellt) mit einer Mehrzahl von im Zylinderblock 16 ausgebildeten Zylinderbohrungen 28 in Flüssigkeitsverbindung. Jede der Zylinderbohrungen 28 ist in einem vorbestimmten Abstand im Zylinderblock 16 ausgebildet und in einem Umkreis um eine Längsachse A des Verdichters 10 angeordnet. Ferner steht jede der Zylinderbohrungen 28 zudem durch eine Mehrzahl von in der Ventilplatte ausgebildeten Ventilauslassanschlüssen 32 mit einer Ablaufkammer 30 in Flüssigkeitsverbindung. Ein Auslassanschluss (nicht dargestellt) und die damit verbundene Auslassleitung (nicht dargestellt) stellen eine Flüssigkeitsverbindung zwischen der Ablaufkammer 30 und einer externen Komponente (nicht dargestellt), wie zum Beispiel einem Kondensator eines Heiz-, Lüftungs- und Klimaanlagensystems, bereit. In jeder der Zylinderbohrungen 28 ist jeweils ein Kolben 34 verschiebbar aufgenommen.
Die Kolben 34 sind, wie dargestellt, über Schuhe 37 mit einer Mitnehmerplattenanordnung 36 verbunden. Es versteht sich, dass es sich bei der Mitnehmerplattenanordnung 36 um jede gewünschte Mitnehmerplattenanordnung handeln kann, wie zum Beispiel eine Schiefscheibe oder eine Taumelscheibe. Wie dargestellt, weist die Mitnehmerplattenanordnung 36 eine allgemein scheibenartige Form auf und ist in einer durch den Zylinderblock 16 und das Kurbelgehäuse 18 ausgebildeten, flüssigkeitsdichten Kurbelkammer 38 angeordnet. Die Mitnehmerplattenanordnung 36 weist eine ringförmige Platte 39 und ein Mittelbauteil 40 auf, in dem eine Mittelöffnung 41 ausgebildet ist. Es versteht sich, dass die ringförmige Platte 39 und das Mittelbauteil 40 separat oder, falls gewünscht, als einstückige Struktur ausgeführt sein können. Die ringförmige Platte 39 weist zwei gegenüberliegende, im Wesentlichen ebene Oberflächen 42 und eine in ihr ausgebildete Mittelöffnung 43 auf. Wenigstens ein Teil des Mittelbauteils 40 ist in der Mittelöffnung 43 der ringförmigen Platte 39 aufgenommen und ist mechanisch mit ihr verbunden, um so die Mitnehmerplattenanordnung 36 zu bilden.
Die Mitnehmerplattenanordnung 36 ist mechanisch mit einem Rotor 44 verbunden. Der Rotor 44 ist konfiguriert, um einen Neigungswinkel der Mitnehmerplattenanordnung 36 im Verhältnis zu einer Ebene, die senkrecht zur Längsachse A des Verdichters 10 verläuft, zu variieren. Der Rotor 44 beinhaltet einen nach außen hervorstehenden Armabschnitt 45, in dem eine Öffnung 46 ausgebildet ist. Wie dargestellt, steht ein an der Mitnehmerplattenanordnung 36 ausgebildeter Führungsbolzen 47 verschiebbar mit Wänden in Eingriff, welche die im Armabschnitt 45 des Rotors 44 ausgebildete Öffnung 46 bilden. Der Rotor 44 ist fest mit einer drehbaren Antriebswelle 48 verbunden.
Die Antriebswelle 48 ist mittig im Kurbelgehäuse 18 angeordnet und reicht durch das Gehäuse hindurch zum Zylinderblock 16 des Verdichters 10. Die dargestellte Antriebswelle 48 wird drehbar durch ein Rollenlager 50 an ihrem ersten Ende und Axiallager 52 an ihrem zweiten Ende gestützt. Die Antriebswelle 48 ist über ein Riemenrad (nicht dargestellt), das die Antriebswelle 48 in Drehung versetzt, mechanisch mit einer Kraftquelle (z. B. einem Motor) verbunden. In der Antriebswelle 48 sind ein in axialer Richtung verlaufender Flüssigkeitsdurchlass 54 und ein radial nach außen verlaufender Flüssigkeitsdurchlass 55 ausgebildet. Es versteht sich, dass nach Belieben zusätzliche, in äußerer Richtung verlaufende Durchlässe (nicht dargestellt) in der Antriebswelle 48 ausgebildet und mit dem in axialer Richtung verlaufenden Flüssigkeitsdurchlass 54 verbunden sein können. Die Durchlässe 54, 55 der Antriebswelle 48 stehen in Flüssigkeitsverbindung mit einem Flüssigkeitsdurchlass 56, der im Rotor 44 ausgebildet ist. Es versteht sich, dass nach Belieben zusätzliche Flüssigkeitsdurchlässe (nicht dargestellt) im Rotor 44 ausgebildet sein können. Der Flüssigkeitsdurchlass 56 verläuft aus einer mittig im Rotor 44 geformten Öffnung (nicht dargestellt) zu dessen radialer Außenoberfläche 57. Die Flüssigkeitsdurchlässe 54, 55, 56 wirken zusammen, um einen Fließweg zwischen der Kurbelkammer 38 und der im Zylinderblock 16 ausgebildeten Zentralbohrung 27 bereitzustellen. Dementsprechend wird durch die Flüssigkeitsdurchlässe 22, 54, 55, 56, die Öffnung 24 der Ventilplatte 25 und den Hohlraum 26 des Zylinderblocks 16 ein erster Flüssigkeitsfließweg zwischen der Kurbelkammer 38 und der Saugkammer 20 bereitgestellt, um ein Fließen der Arbeitsflüssigkeit von der Kurbelkammer 38 zur Saugkammer 20 zu ermöglichen.
Eine drehbare Ringmanschette 58, in der eine Bohrung 60 ausgebildet ist, umgibt und stützt die Antriebswelle 48 entlang deren Längsachse. Es versteht sich, dass die Ringmanschette 58 jede beliebige Form und Größe aufweisen kann, wie zum Beispiel einen Bohrungsdurchmesser von ungefähr 26 mm. Die Ringmanschette 58 ist mit dem Mittelbauteil 40 der Mitnehmerplattenanordnung 36 verbunden. Insbesondere ist die dargestellte Ringmanschette 58 durch eine Mehrzahl von Bolzen 66, die in 1–3 durch gestrichelte Linien dargestellt sind, schwenkbar mit der Mitnehmerplattenanordnung 36 verbunden. Die Bolzen 66 werden in entsprechende, in 4 dargestellte Öffnungen 68, die gegenüber dem ersten Ende der Ringmanschette 58 ausgebildet sind, und ausgerichteten Öffnungen (nicht dargestellt), die im Mittelbauteil 40 der Mitnehmerplattenanordnung 36 ausgebildet sind, aufgenommen. Eine Feder 62 ist zwischen einem ersten Ende der Ringmanschette 58 und dem Rotor 44 um eine Außenoberfläche der Antriebswelle 48 angeordnet. In der Ringmanschette 58 ist eine ringförmige Vertiefung 70 ausgebildet, um ein Schmiermittel, wie zum Beispiel eine in der Kurbelkammer 38 des Verdichters 10 befindliche Schmierflüssigkeit (z. B. ein Öl), in sich aufzunehmen, um die Ringmanschette 58 und die Antriebswelle 48 zu schmieren und die Reibung zwischen ihnen zu minimieren. In einem nicht einschränkenden Beispiel fließt die in der Kurbelkammer 38 befindliche Schmierflüssigkeit entlang der Außenoberfläche der Antriebswelle 48 zwischen der Ringmanschette 58 und der Antriebswelle 48 und wird dann in der ringförmigen Vertiefung 70 aufgenommen. Eine Außenoberfläche 72 der Ringmanschette 58 weist eine Oberflächenbehandlung auf, wie zum Beispiel eine Beschichtung 73, wie in 1–3 dargestellt, eine mechanische Behandlung oder eine chemische Behandlung, um die Reibung zwischen der Ringmanschette 58 und dem Zylinderblock 16 zu minimieren. In einem nicht einschränkenden Beispiel besteht die Beschichtung 73 aus einer Schicht eines Materials, wie zum Beispiel Teflon^®. Es versteht sich jedoch, dass nach Belieben jedes geeignete Material für die Beschichtung 73 verwendet werden kann.
Die Ringmanschette 58 ist entlang der Antriebswelle 48 axial verschiebbar, um wechselseitig in der Zentralbohrung 27 des Zylinderblocks 16 aufgenommen zu werden. Eine Position der Ringmanschette 58 entlang der Antriebswelle 48 entspricht dem Neigungswinkel der Mitnehmerplattenanordnung 36. Insbesondere befindet sich die Ringmanschette 58, wenn der Neigungswinkel der Mitnehmerplattenanordnung 36 maximiert ist, wie in 1 dargestellt, in einer ersten Position. Umgekehrt befindet sich die Ringmanschette 58, wenn der Neigungswinkel der Mitnehmerplattenanordnung 36 minimiert ist, wie in 2 dargestellt, in einer zweiten Position. Wenn sich die Ringmanschette 58 in der zweiten Position befindet, liegt ein zweites Ende der Ringmanschette 58 an einem der Axiallager 52 an. Wenn der Neigungswinkel der Mitnehmerplattenanordnung 36 zwischen dem Maximum und dem Minimum liegt, befindet sich die Ringmanschette 58 in einer Zwischenposition zwischen der ersten Position und der zweiten Position.
Ein im Zylinderblock 16 ausgebildeter Flüssigkeitsdurchlass 80 ist als Umgehung bereitgestellt, um ein Fließen einer Mischung der Arbeitsflüssigkeit und der Schmierflüssigkeit zwischen der Kurbelkammer 38 und der Saugkammer 20 zu ermöglichen. Dementsprechend wird durch die Flüssigkeitsdurchlässe 22, 80, die Öffnung 24 der Ventilplatte 25 und den Hohlraum 26 des Zylinderblocks 16 ein zweiter Flüssigkeitsfließweg zwischen der Kurbelkammer 38 und der Saugkammer 20 bereitgestellt, um ein Fließen der Arbeitsflüssigkeit von der Kurbelkammer 38 zur Saugkammer 20 zu ermöglichen. Der Flüssigkeitsdurchlass 80, und damit der zweite Flüssigkeitsfließweg, wird selektiv durch das axiale Verschieben der Ringmanschette 58 entlang der Antriebswell 48 geöffnet und geschlossen. Insbesondere ist ein Einlass des Durchlasses 80 vollkommen verschlossen, wenn sich die Ringmanschette 58 in der ersten, in 1 dargestellten Position befindet. Umgekehrt ist der Einlass des Durchlasses 80 vollständig geöffnet, wenn sich die Ringmanschette 58 in der zweiten, in 2 dargestellten Position befindet. Wenn sich die Ringmanschette 58 in der Zwischenposition befindet, ist der Einlass des Durchlasses 80 vollständig geöffnet, vollständig geschlossen oder wenigstens teilweise geöffnet.
Im Verdichter 10 kann eine Konstantflussvorrichtung 88, die in 3 dargestellt ist, zum Einsatz kommen, um ein konstantes Fließen der Mischung der Arbeitsflüssigkeit und der Schmierflüssigkeit von der Kurbelkammer 38 zur Saugkammer 20 zu ermöglichen. In der dargestellten Ausführungsform besteht die Konstantflussvorrichtung 88 aus einer Vertiefung, die im Zylinderblock 16 ausgebildet ist und einen Zwischenraum zwischen der Ringmanschette 58 und dem Zylinderblock 16 bildet. Es versteht sich, dass die Konstantflussvorrichtung 88, falls gewünscht, eine in der Ringmanschette 58 ausgebildete Vertiefung sein kann, die einen Zwischenraum zwischen der Ringmanschette 58 und dem Zylinderblock 16 bildet. Der Zwischenraum ermöglicht ein konstantes Fließen der Mischung der Arbeitsflüssigkeit und der Schmierflüssigkeit von der Kurbelkammer 38 in den Flüssigkeitsdurchlass 80 und zur Saugkammer 20. Es versteht sich, dass die Vertiefung im Zylinderblock 16 oder der Ringmanschette 58 durch beliebige Mittel gebildet werden kann, wie zum Beispiel durch Gießen im Zylinderblock 16 oder der Ringmanschette 58 und durch maschinelle Bearbeitung des Zylinderblocks 16 oder der Ringmanschette 58 nach dem Gießen. Eine Lagerschmiervorrichtung 86, die in 3 dargestellt ist, kann im Verdichter 10 eingesetzt werden, um ein konstantes Fließen der Mischung der Arbeitsflüssigkeit und der Schmierflüssigkeit um die Axiallager 52 zwecks deren Schmierung zu ermöglichen. In der dargestellten Ausführungsform handelt es sich bei der Lagerschmiervorrichtung 86 um eine im Zylinderblock 16 ausgebildete Vertiefung. Es versteht sich, dass die Vertiefung durch jedwedes beliebige Mittel gebildet werden kann, wie zum Beispiel durch Gießen in den Zylinderblock 16 oder durch maschinelle Bearbeitung des Zylinderblocks 16 nach dem Gießen.
Während des Betriebs des Verdichters 10 verursacht die externe Kraftquelle ein Drehen der Antriebswelle 48. Die Drehung der Antriebswelle 48 führt dazu, dass sich der Rotor 44 entsprechend mit der Antriebswelle 48 dreht. Wenn sich der Rotor 44 dreht, führt die Verbindung zwischen der Mitnehmerplattenanordnung 36 und dem Rotor 44 dazu, dass sich die Mitnehmerplattenanordnung 36 dreht. Die Drehung der Mitnehmerplattenanordnung 36 führt dazu, dass sich die Kolben 34 in den Zylinderbohrungen 28 hin und her bewegen. Da die Kolben 34 in Richtung einer Tiefstellung bewegt werden, ist der Druck in den Zylinderbohrungen 28 geringer als der Druck in der Saugkammer 20. Dementsprechend öffnen sich die Ventilsauganschlüsse, wodurch die Arbeitsflüssigkeit von der Saugkammer 20 durch die Ventilsauganschlüsse und in die Zylinderbohrungen 28 fließt. Wenn die Kolben 34 in Richtung einer Hochstellung bewegt werden, wird die Arbeitsflüssigkeit in den Zylinderbohrungen 28 komprimiert. Wenn der Druck in den Zylinderbohrungen 28 den Druck in der Ablaufkammer 30 übersteigt, öffnen sich die Ventilauslassanschlüsse 32, und die verdichtete Arbeitsflüssigkeit fließt durch die Ventilauslassanschlüsse 32 in die Ablaufkammer 30.
Ferner übersteigt der Druck in den Zylinderbohrung 28 den Druck in der Kurbelkammer 38, wenn sich die Kolben 34 in Richtung der Hochstellung bewegen. Wenn sich die Kolben 34 in Richtung der Tiefstellung bewegen, ist der Druck in den Zylinderbohrungen 28 geringer als der Druck in der Kurbelkammer 38. Wenn sich die Kolben 34 hin und her bewegen, ist der Druck in der Ablaufkammer 30 dementsprechend höher als der Druck in der Kurbelkammer 38, der wiederum höher ist als der Druck in der Saugkammer 20. Diese Druckdifferenzen zwischen der Ablaufkammer 30, der Kurbelkammer 38 und der Saugkammer 20 führen dazu, dass die Arbeitsflüssigkeit und die Schmierflüssigkeit in die Kurbelkammer 38 fließen und sich vermischen.
Die Druckdifferenz zwischen der Kurbelkammer 38 und der Saugkammer 20 führt dazu, dass die Mischung in den im Rotor 44 ausgebildeten Durchlass 56 fließt. Die Drehung des Rotors 44 erzeugt eine Zentrifugalkraft, die auf die Mischung ausgeübt wird. Die Dichte der Schmierflüssigkeit ist höher als die Dichte der Arbeitsflüssigkeit. Die Unterschiede zwischen den Materialeigenschaften der Arbeitsflüssigkeit und der Schmierflüssigkeit und die auf die Mischung ausgeübte Zentrifugalkraft führen dazu, dass die Schmierflüssigkeit von der Arbeitsflüssigkeit getrennt wird. Da die Schmierflüssigkeit eine höhere Dichte aufweist als die Arbeitsflüssigkeit, fließt die Schmierflüssigkeit zurück in die Kurbelkammer 38. Gleichzeitig fließt die Arbeitsflüssigkeit weiter durch den ersten Flüssigkeitsfließweg in die Saugkammer 20.
Wenn der Verdichter 10 durch die Drehung der Antriebswelle 48 angefahren wird, sinkt der Druck in der Saugkammer 20 kurzfristig schnell ab. Dementsprechend ist der Druck in der Kurbelkammer 38 höher als der Druck in der Saugkammer 20, wodurch der Neigungswinkel der Mitnehmerplattenanordnung 36 und die Länge des Hubs der Kolben 34 minimiert werden. Wenn der Neigungswinkel der Mitnehmerplattenanordnung 36 minimiert ist, befindet sich die Ringmanschette 58 in der zweiten Position, wie in 2 dargestellt, und öffnet dadurch vollständig den Flüssigkeitsdurchlass 80. Dementsprechend fließt eine maximale Menge der Mischung der Arbeitsflüssigkeit und der Schmierflüssigkeit von der Kurbelkammer 38 in und durch den zweiten Flüssigkeitsfließweg und in die Saugkammer 20. Wenn die Kolben 34 in Richtung der Tiefstellung bewegt werden, wird die Mischung der Arbeitsflüssigkeit und der Schmierflüssigkeit demnach in den Zylinderbohrungen 28 aufgenommen. Die Mischung der Arbeitsflüssigkeit und der Schmierflüssigkeit schmiert die Kolben 34 und ermöglicht ein Abdichten zwischen den Kolben 34 und den Zylinderbohrungen 28. Das Abdichten verhindert ein Fließen der Mischung von den Zylinderbohrungen 28 in die Kurbelkammer 38.
Wenn bei fortgesetztem Betrieb des Verdichters 10 die Mischung der Arbeitsflüssigkeit und der Schmierflüssigkeit von der Kurbelkammer 38 in die Saugkammer 20 fließt, nimmt die Druckdifferenz zwischen dem Druck in der Kurbelkammer 39 und dem Druck in der Saugkammer 20 allmählich ab. Dadurch nehmen der Neigungswinkel der Mitnehmerplattenanordnung 36 und die Länge des Hubs der Kolben 34 allmählich zu. Wenn der Neigungswinkel der Mitnehmerplattenanordnung 36 vom Minimum auf das Maximum zunimmt (d. h. volle Verdrängung im Betrieb des Verdichters 10), wird die Ringmanschette 58 von der zweiten Position in die Zwischenposition und dann in die in 1 dargestellte erste Position bewegt. Dementsprechend verschiebt sich die Ringmanschette 58 von der zweiten Position, in welcher der Einlass des Flüssigkeitsdurchlasses 80 vollständig geöffnet ist, in die Zwischenposition, und dann in die erste Position, in welcher der Einlass des Flüssigkeitsdurchlasses 80 vollständig geschlossen wird, und verhindert so das Fließen der Mischung der Arbeitsflüssigkeit und der Schmierflüssigkeit von der Kurbelkammer 38 in und durch den zweiten Flüssigkeitsfließweg in die Saugkammer 20.
Während der Neigungswinkel der Mitnehmerplattenanordnung 36 vom Minimum auf das Maximum erhöht wird, werden ein erster vorbestimmter Neigungswinkel der Mitnehmerplattenanordnung 36 und ein zweiter vorbestimmter Neigungswinkel der Mitnehmerplattenanordnung 36 erreicht. Beim ersten vorbestimmten Neigungswinkel der Mitnehmerplattenanordnung 36 wird die Ringmanschette 58 von einer Position, in der sie den Einlass des Flüssigkeitsdurchlasses 80 vollständig öffnet, in eine Position, in der sie den Einlass des Flüssigkeitsdurchlasses 80 teilweise öffnet, bewegt. Dementsprechend fließt eine verringerte Menge der Mischung der Arbeitsflüssigkeit und der Schmierflüssigkeit von der Kurbelkammer 38 in und durch den zweiten Flüssigkeitsfließweg und in die Saugkammer 20. Beim zweiten vorbestimmten Neigungswinkel der Mitnehmerplattenanordnung 36 wird die Ringmanschette 58 von einer Position, in der sie den Einlass des Flüssigkeitsdurchlasses 80 teilweise öffnet, in eine Position, in der sie den Einlass des Flüssigkeitsdurchlasses 80 vollständig verschließt, bewegt und verhindert so das Fließen der Mischung der Arbeitsflüssigkeit und der Schmierflüssigkeit von der Kurbelkammer 38 in und durch den zweiten Flüssigkeitsfließweg und in die Saugkammer 20.
Nachdem der Verdichter 10 für einen ausreichenden Zeitraum mit voller Verdrängung betrieben wurde, wird eine an den Verdichter 10 angelegte Belastung verringert. Die Verringerung der an den Verdichter 10 angelegten Belastung führt dazu, dass der Druck in der Saugkammer 20 sinkt. Die Abnahme des Drucks in der Saugkammer 20 führt dazu, dass die Druckdifferenz zwischen dem Druck in der Kurbelkammer 38 und dem Druck in der Saugkammer 20 steigt. Dadurch nehmen der Neigungswinkel der Mitnehmerplattenanordnung 36 und die Länge des Hubs der Kolben 34 vom Maximum auf das Minimum ab (d. h. Betrieb des Verdichters 10 mit geringer Verdrängung). Wie obenstehend beschrieben, wird die Ringmanschette 58, wenn der Neigungswinkel der Mitnehmerplattenanordnung 36 minimiert ist, in einer zweiten, in 2 dargestellten Position positioniert, wodurch der Einlass des Flüssigkeitsdurchlasses 80 vollständig geöffnet wird. Dementsprechend fließt die maximale Menge der Mischung der Arbeitsflüssigkeit und der Schmierflüssigkeit von der Kurbelkammer 38 in und durch den zweiten Flüssigkeitsfließweg und in die Saugkammer 20.
Während der Neigungswinkel der Mitnehmerplattenanordnung 36 vom Maximum auf das Minimum verringert wird, werden der zweite vorbestimmte Neigungswinkel der Mitnehmerplattenanordnung 36 und der erste vorbestimmte Neigungswinkel der Mitnehmerplattenanordnung 36 erreicht. Beim zweiten vorbestimmten Neigungswinkel der Mitnehmerplattenanordnung 36 wird die Ringmanschette 58 von einer Position, in der sie den Einlass des Flüssigkeitsdurchlasses 80 vollständig verschließt, in eine Position, in der sie den Einlass des Flüssigkeitsdurchlasses 80 teilweise öffnet, bewegt. Dementsprechend fließt eine größere Menge der Mischung der Arbeitsflüssigkeit und der Schmierflüssigkeit von der Kurbelkammer 38 in und durch den zweiten Flüssigkeitsfließweg und in die Saugkammer 20. Beim ersten vorbestimmten Neigungswinkel der Mitnehmerplattenanordnung 36 wird die Ringmanschette 58 von einer Position, in der sie den Einlass des Flüssigkeitsdurchlasses 80 teilweise öffnet, in eine Position, in der sie den Einlass des Flüssigkeitsdurchlasses 80 vollständig öffnet, bewegt. Dementsprechend fließt die maximale Menge der Mischung der Arbeitsflüssigkeit und der Schmierflüssigkeit von der Kurbelkammer 38 in und durch den zweiten Flüssigkeitsfließweg und in die Saugkammer 20.
Wenn der Verdichter 10 in einem Bereich zwischen voller und kleiner Verdrängung betrieben wird, liegen der Neigungswinkel der Mitnehmerplattenanordnung 36 und die Länge des Hubs der Kolben 34 zwischen dem Maximum und dem Minimum. Dementsprechend wird die Ringmanschette 58 in einer Zwischenposition zwischen der ersten Position und der zweiten Position positioniert. Abhängig vom Neigungswinkel der Mitnehmerplattenanordnung 36 zwischen dem Maximum und dem Minimum, dem ersten vorbestimmten Neigungswinkel und dem zweiten vorbestimmten Neigungswinkel, ist der Einlass des Flüssigkeitsdurchlasses 80 vollständig geöffnet, vollständig geschlossen oder teilweise geöffnet.
Wahlweise kann die Mischung der Arbeitsflüssigkeit und der Schmierflüssigkeit unabhängig vom Neigungswinkel der Mitnehmerplattenanordnung 36 von der Kurbelkammer 38 durch die Konstantflussvorrichtung 88 in die Saugkammer 20 geleitet werden. Ferner kann die Mischung der Arbeitsflüssigkeit und der Schmierflüssigkeit vom im Zylinderblock 16 ausgebildeten Hohlraum 26 in und durch die Lagerschmiervorrichtung 86 und um die Axiallager 52 geleitet werden, um diese zu schmieren.

Claims

Verdichter (10), der Folgendes umfasst: ein hohles Gehäuse (12), das einen Zylinderkopf (14) mit einer in ihm ausgebildeten Saugkammer (20) und einem in ihm ausgebildeten Flüssigkeitsdurchlass (22), einen Zylinderblock (16) mit wenigstens einer in ihm ausgebildeten Zylinderbohrung (28), und ein Kurbelgehäuse (18) aufweist, wobei eine im Wesentlichen flüssigkeitsdichte Kurbelkammer (38) zwischen dem Zylinderkopf (14) und dem Kurbelgehäuse (18) ausgebildet ist; eine drehbare Antriebswelle (48), die sich im Kurbelgehäuse (18) befindet und so angeordnet ist, dass sie durch das Gehäuse (12) hindurch zum Zylinderblock (16) hervorragt, wobei die Antriebswelle (48) wenigstens einen in ihr ausgebildeten Flüssigkeitsdurchlass (54, 55) aufweist; einen Rotor (44), der fest mit der Antriebswelle (48) verbunden ist, wobei eine Drehbewegung der Antriebswelle (48) eine Drehbewegung des Rotors (44) verursacht; eine Mitnehmerplattenanordnung (36), die mit dem Rotor (44) gekoppelt ist, wobei die Mitnehmerplattenanordnung (36) einen Neigungswinkel im Verhältnis zu einer Ebene, die senkrecht zu einer Längsachse der Antriebswelle (48) angeordnet ist, aufweist; einen ersten Flüssigkeitsfließweg, der eine Flüssigkeitsverbindung von der Kurbelkammer (38) zur Saugkammer (20) bereitstellt, um ein Fließen der Arbeitsflüssigkeit von der Kurbelkammer (38) zur Saugkammer (20) zu ermöglichen, wobei der erste Flüssigkeitsfließweg den wenigstens einen in der Antriebswelle (48) ausgebildeten Flüssigkeitsdurchlass (54, 55) aufweist; einen zweiten Flüssigkeitsfließweg, der eine Flüssigkeitsverbindung von der Kurbelkammer (38) zur Saugkammer (20) bereitstellt, um ein Fließen einer Mischung einer Arbeitsflüssigkeit und einer Schmierflüssigkeit von der Kurbelkammer (38) zur Saugkammer (20) zu ermöglichen, wobei der zweite Flüssigkeitsfließweg den im Zylinderkopf (14) ausgebildeten Flüssigkeitsdurchlass (22) aufweist; und eine Ringmanschette (58), die verschiebbar zwischen der Antriebswelle (48) und dem Zylinderblock (16) angeordnet ist, wobei die Ringmanschette (58) selektiv positioniert werden kann, um den zweiten Flüssigkeitsfließweg zu öffnen und zu schließen, wobei die Ringmanschette (58) operativ mit der Mitnehmerplattenanordnung (36) gekoppelt ist, so dass sie sich als Reaktion auf eine Verringerung des Neigungswinkels der Mitnehmerplattenanordnung (36) von einem Maximum auf ein Minimum von einer ersten Position der Ringmanschette (58) in eine zweite Position der Ringmanschette (58) verschiebt und sich als Reaktion auf eine Vergrößerung des Neigungswinkels der Mitnehmerplattenanordnung (36) vom Minimum auf das Maximum von der zweiten Position der Ringmanschette (58) in die erste Position der Ringmanschette (58) verschiebt.
Verdichter (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Flüssigkeitsfließweg geschlossen ist, wenn sich die Ringmanschette (58) in der ersten Position befindet.
Verdichter (10) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Flüssigkeitsfließweg geöffnet ist, wenn sich die Ringmanschette (58) in einer zweiten Position befindet.
Verdichter (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Flüssigkeitsfließweg wenigstens teilweise geöffnet ist, wenn sich die Ringmanschette (58) in einer Zwischenposition befindet und der Neigungswinkel der Mitnehmerplattenanordnung (36) zwischen dem Minimum und dem Maximum liegt.
Verdichter (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Ringmanschette (58) eine ringförmige Vertiefung (70) zur Aufnahme eines Schmiermittels beinhaltet, die in ihrer Innenseite ausgebildet ist, wobei das Schmiermittel die Ringmanschette (58) und die Antriebswelle (48) schmiert und die Reibung zwischen ihnen minimiert.
Verdichter (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Ringmanschette (58) eine Oberflächenbehandlung aufweist, um die Reibung zwischen der Ringmanschette (58) und dem Zylinderblock (16) zu minimieren.
Verdichter (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass eine Konstantflussvorrichtung (88) ausgebildet ist, die als ein Zwischenraum zwischen der Ringmanschette (58) und dem Zylinderblock (16) ausgebildet ist und eine Flüssigkeitsverbindung von der Kurbelkammer (38) zur Saugkammer (20) bereitstellt, um ein konstantes Fließen der Mischung der Arbeitsflüssigkeit und der Schmierflüssigkeit von der Kurbelkammer (38) zur Saugkammer (20) zu ermöglichen.
Verdichter (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass eine Lagerschmiervorrichtung (86) ausgebildet ist, um ein konstantes Fließen der Mischung der Arbeitsflüssigkeit und der Schmierflüssigkeit um wenigstens ein im Zylinderblock (16) angeordnetes Lager (52) zu ermöglichen.