-
Gebiet der Erfindung
-
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Spiralverdichter, insbesondere einen Spiral-Kälteverdichter.
-
Hintergrund der Erfindung
-
Ein Spiralverdichter besteht bekanntlich aus:
- - eine hermetische Außenschale versehen mit einem Saugeinlass zur Aufnahme von Niederdruck-Kältemittelgas von einer Komponente eines Kältemittelkreislaufs und einem Auslass zur Abgabe von komprimiertem Kältemittelgas unter hohem Druck an eine andere Komponente des Kältemittelkreislaufs,
- - eine Verdichtungseinheit, die mindestens ein erstes Spiralelement und ein zweites Spiralelement enthält, wobei das zweite Spiralelement derart ausgebildet ist, dass es während des Betriebs des Spiralverdichters eine umlaufende Bewegung relativ zum ersten Spiralelement ausführt,
- - eine vertikal ausgerichtete Antriebswelle, die derart ausgebildet ist, dass sie mit dem zweiten Spiralelement zusammenwirkt,
- - einen Elektromotor, der einen mit der hermetischen Außenschale verbundenen Stator und einen an der Antriebswelle befestigten Rotor umfasst, wobei der Elektromotor derart ausgebildet ist, dass er die Antriebswelle um eine Drehachse in Drehung versetzt,
- - eine obere Lageranordnung und eine untere Lageranordnung, die derart ausgebildet sind, dass sie die Antriebswelle innerhalb der hermetischen Außenschale drehbar lagern, wobei die obere und die untere Lageranordnung mit der hermetischen Außenschale verbunden sind, und
- - eine Ölpumpe, die an einem unteren Ende der Antriebswelle angeordnet und in einen Ölsumpf eingetaucht ist, der in einem unteren Abschnitt der hermetischen Außenschale angeordnet ist, wobei die Ölpumpe derart ausgebildet ist, dass sie während des Betriebs des Spiralverdichters Öl zur Verdichtungseinheit und zu den oberen und unteren Lageranordnungen liefert.
-
Die untere Lageranordnung weist ein Radialgleitlager auf, das derart ausgebildet ist, dass es einen unteren Endabschnitt der Antriebswelle drehbar lagert, und ein unteres Axialdrucklager, das derart ausgebildet ist, dass es eine axiale Bewegung der Antriebswelle in Richtung des unteren Abschnitts der hermetischen Außenschale begrenzt. Die untere Lageranordnung umfasst insbesondere ein Radiallagergehäuse mit einer inneren Radiallagerfläche, die eine Außenfläche des unteren Endabschnitts der Antriebswelle umgibt und das Radialgleitlager bildet. Das untere Axialdrucklager wird vorteilhaft durch eine untere axiale Endfläche der Antriebswelle und durch eine innere Bodenfläche des Radiallagergehäuses gebildet.
-
Während des Betriebs des Spiralverdichters versorgt die Ölpumpe die innere Radiallagerfläche und das untere Axialdrucklager mit Schmieröl aus dem Ölsumpf und das Schmieröl verlässt die untere Lageranordnung an einem oberen axialen Ende des Radiallagergehäuses.
-
Wenn ein solcher Spiralverdichter mit hoher Drehzahl betrieben wird, kann die Schmierung des Radialgleitlagers und des unteren Axialdrucklagers unzureichend sein, was insbesondere zu hohen Reibungsverlusten am unteren Axialdrucklager aufgrund der Schwerkraft führt, die von der Masse der Antriebswelle herrührt und die an der inneren Bodenfläche des Radiallagergehäuses auftritt. Diese hohen Reibungsverluste am unteren Axialdrucklager beeinträchtigen den Wirkungsgrad des Verdichters und führen außerdem zu einem Verschleiß der Drucklagerflächen, was die Lebensdauer des Spiralverdichters verringert.
-
Zusammenfassung der Erfindung
-
Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, einen verbesserten Spiralverdichter bereitzustellen, der die Nachteile herkömmlicher Spiralverdichter überwinden kann.
-
Insbesondere ist es ein Ziel der vorliegenden Erfindung, einen Spiralverdichter bereitzustellen, der im Vergleich zu herkömmlichen Spiralverdichtern einen verbesserten Wirkungsgrad und eine längere Lebensdauer aufweist.
-
Erfindungsgemäß umfasst ein solcher Spiralverdichter:
- - eine hermetische Außenschale, die mit einem Saugeinlass versehen ist, der zum Versorgen des Spiralverdichters mit zu verdichtendem Kältemittelgas ausgebildet ist, und mit einem Auslass, der zum Ausgeben von verdichtetem Kältemittelgas ausgebildet ist,
- - eine Verdichtungseinheit, die mindestens ein erstes Spiralelement und ein zweites Spiralelement aufweist, wobei das zweite Spiralelement während des Betriebs des Spiralverdichters zum Ausführen einer umlaufenden Bewegung relativ zum ersten Spiralelement ausgebildet ist,
- - eine Antriebswelle, die vertikal ausgerichtet ist und die zum Zusammenwirken mit dem zweiten Spiralelement ausgebildet ist,
- - einen Elektromotor mit einem Stator, der mit der hermetischen Außenschale verbunden ist, und einem Rotor, der an der Antriebswelle befestigt ist, wobei der Elektromotor derart ausgebildet ist, dass er die Antriebswelle um eine Drehachse in Drehung versetzt,
- - eine obere Lageranordnung und eine untere Lageranordnung, die zum drehbaren Lagern der Antriebswelle innerhalb der hermetischen Außenschale ausgebildet sind,
- - eine Ölpumpe, die an einem unteren Ende der Antriebswelle angeordnet ist und in einen Ölsumpf eingetaucht ist, der in einem unteren Abschnitt der hermetischen Außenschale angeordnet ist, wobei die Ölpumpe während des Betriebs des Spiralverdichters zum Liefern von Öl zur Verdichtungseinheit und zu den oberen und unteren Lageranordnungen ausgebildet ist, wobei die untere Lageranordnung umfasst:
- - ein Radiallagergehäuse, die zum drehbaren Lagern eines unteren Endabschnitts der Antriebswelle ausgebildet ist, wobei das Radiallagergehäuse eine innere Radiallagerfläche aufweist, die eine Außenfläche des unteren Endabschnitts der Antriebswelle umgibt,
- - obere und untere Axialdrucklager, die zum Begrenzen einer axialen Bewegung der Antriebswelle während des Betriebs ausgebildet sind, und
- - eine Druckölkammer, die in Fluidverbindung mit der Ölpumpe steht, wobei die Druckölkammer zumindest teilweise von der Außenfläche des unteren Endabschnitts der Antriebswelle, der inneren Radiallagerfläche und dem oberen und unteren Axialdrucklager begrenzt wird.
-
Eine solche Konfiguration der unteren Lageranordnung und insbesondere die Bereitstellung der Druckölkammer führt zu einem erheblichen hydrodynamischen Druck in der Druckölkammer, wenn der Spiralverdichter mit hoher Drehzahl arbeitet. Ein solch signifikanter hydrodynamischer Druck erzeugt an den oberen und unteren Axialdrucklagern hydrostatische Kräfte, die in der gleichen Größenordnung liegen können wie die Schwerkraft, die sich aus der Masse der Antriebswelle ergibt. Dies verbessert die Schmierung der oberen und unteren Axialdrucklager und den Wirkungsgrad des Verdichters, da die Reibungsverluste an den oberen und unteren Axialdrucklagern reduziert werden. Außerdem wird der Verschleiß der Drucklagerflächen der oberen und unteren Axialdrucklager verringert, was die Lebensdauer des Spiralverdichters erhöht.
-
Der Spiralverdichter kann auch eines oder mehrere der folgenden Merkmale aufweisen, die einzeln oder in Kombination verwendet werden können.
-
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist die untere Lageranordnung eine hydrostatische untere Lageranordnung.
-
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung sind die obere und die untere Lageranordnung mit der hermetischen Außenschale verbunden.
-
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist die Ölpumpe derart ausgebildet, dass sie während des Betriebs des Spiralverdichters durch einen Ölzufuhrkanal, der in der Antriebswelle ausgebildet ist und sich über mindestens einen Teil der Länge der Antriebswelle erstreckt, Öl zur Verdichtungseinheit und zur oberen Lageranordnung fördert.
-
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung umgibt das Radiallagergehäuse den unteren Endabschnitt der Antriebswelle und ist koaxial zur Antriebswelle angeordnet.
-
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung wird das Radiallagergehäuse durch eine Radiallagerhülse gebildet.
-
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist die innere Radiallagerfläche zylindrisch.
-
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist das obere Axialdrucklager oberhalb der inneren Radiallagerfläche und das untere Axialdrucklager unterhalb der inneren Radiallagerfläche angeordnet.
-
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung wird der Druckölraum in axialer Richtung jeweils durch das obere und untere Axialdrucklager begrenzt.
-
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist die Druckölkammer durch das obere und untere Axialdrucklager im Wesentlichen geschlossen.
-
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung umfasst der Druckölraum ein ringförmiges Druckölvolumen, das den unteren Endabschnitt der Antriebswelle umgibt und nach außen durch das Radiallagergehäuse begrenzt ist.
-
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung umfasst das Radiallagergehäuse ein erstes und ein zweites Gehäuseteil, die an unterschiedlichen Positionen in axialer Richtung angeordnet sind, wobei das erste Gehäuseteil die innere Radiallagerfläche mit einem ersten Innendurchmesser aufweist und das zweite Gehäuseteil eine innere Umfangsfläche mit einem zweiten Innendurchmesser aufweist, der größer als der erste Innendurchmesser ist, wobei das ringförmige Druckölvolumen zumindest teilweise durch die innere Umfangsfläche nach außen begrenzt ist.
-
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung befindet sich das ringförmige Druckölvolumen unterhalb der inneren Radiallagerfläche.
-
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung weist der untere Endabschnitt der Antriebswelle eine radiale Öffnung auf, die mit einem Ölauslass der Ölpumpe in Fluidverbindung steht, wobei die radiale Öffnung dem Radiallagergehäuse zugewandt ist und in den Druckölraum mündet. Die an der Antriebswelle vorgesehene radiale Öffnung bildet somit eine Einlassöffnung für den Druckölraum. Vorteilhafterweise erstreckt sich der Ölaustritt der Ölpumpe, der mit der radialen Öffnung strömungstechnisch verbunden ist, in radialer Richtung. Dieser Ölauslass der Ölpumpe kann an einem Seitenwandteil der Ölpumpe vorgesehen sein.
-
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung mündet die radiale Öffnung in das ringförmige Druckölvolumen.
-
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung wird das obere Axialdrucklager durch eine obere axiale Endfläche des Radiallagergehäuses und durch eine an der Antriebswelle befestigte Schulterfläche gebildet. Die Schulterfläche kann integral mit der Antriebswelle oder durch ein separates ringförmiges Teil gebildet werden, das an der Antriebswelle befestigt ist.
-
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung sind sowohl die obere axiale Endfläche als auch die Schulterfläche ringförmig.
-
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung wird das untere Axialdrucklager durch eine untere axiale Endfläche der Antriebswelle und durch eine innere Bodenfläche des Radiallagergehäuses gebildet.
-
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist sowohl die untere axiale Endfläche als auch die innere Bodenfläche ringförmig.
-
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung grenzt die innere Bodenfläche des Radiallagergehäuses an das ringförmige Druckölvolumen.
-
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung umfasst das Radiallagergehäuse einen radial nach innen ragenden Ringflansch, der die innere Bodenfläche einschließt. Vorteilhafterweise hat der radial nach innen ragende Ringflansch einen Flanschinnendurchmesser, der kleiner ist als der Außendurchmesser des unteren Endabschnitts der Antriebswelle.
-
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung weist die Druckölkammer ferner einen Öldurchlass auf, der zwischen der Außenfläche des unteren Endabschnitts der Antriebswelle und der Innenfläche des Radiallagergehäuses ausgebildet ist, wobei der Öldurchlass das obere Axialdrucklager mit einer Einlassöffnung der Druckölkammer in Fluidverbindung bringt.
-
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung erstreckt sich der Öldurchlass entlang einer Erstreckungsrichtung, die im Wesentlichen parallel zur Längsachse der Antriebswelle liegt.
-
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung bringt der Öldurchlass das obere Axialdrucklager in Fluidverbindung mit dem ringförmigen Druckölvolumen.
-
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung kann der Öldurchlass durch mindestens eine Ausnehmung gebildet sein, die in der Außenfläche des unteren Endabschnitts der Antriebswelle und/oder in der Innenfläche des Radiallagergehäuses, insbesondere in der inneren Radiallagerfläche, angeordnet ist.
-
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist der Öldurchlass als ein flacher Oberflächenabschnitt ausgebildet, der am Außenumfang des unteren Endabschnitts der Antriebswelle vorgesehen ist.
-
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung weisen die Drucklagerflächen der oberen und/oder unteren Axialdrucklager Schmiernuten auf, die mit der Druckölkammer in Fluidverbindung stehen. Solche Schmiernuten ermöglichen eine verbesserte Schmierung der Drucklagerflächen der oberen und/oder unteren Axialdrucklager.
-
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung erstreckt sich jede der Schmiernuten von einer radialen Innenseite zu einer radialen Außenseite der jeweiligen Drucklagerfläche, z.B. in radialer Richtung.
-
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist jede der Schmiernuten kreisförmig und verläuft konzentrisch zur Längsachse der Antriebswelle.
-
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist die Ölpumpe eine Kreiselpumpe, wie z. B. eine Pick-up-Zentrifugalpumpe. Eine solche Pick-up-Zentrifugalpumpe kann mit geringen Kosten hergestellt werden.
-
Gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung kann die Ölpumpe eine Verdrängerpumpe sein, z. B. eine Gerotor-Ölpumpe.
-
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung wird die Ölpumpe in einer am unteren axialen Ende der Antriebswelle ausgebildeten Ausnehmung, z. B. durch Einpressen, befestigt.
-
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung weist der Spiralverdichter ferner ein statisches rohrförmiges Teil auf, das an dem Radiallagergehäuse befestigt ist und die Ölpumpe in einem vorbestimmten Abstand umgibt, so dass ein Ringspalt zwischen dem statischen rohrförmigen Teil und der Ölpumpe gebildet wird.
-
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung beträgt der zwischen dem statischen rohrförmigen Teil und der Ölpumpe gebildete Ringspalt zwischen 0,5 und 1,5 mm, z. B. etwa 1 mm.
-
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung weist die Ölpumpe einen Öleinlass auf, der am unteren axialen Ende der Ölpumpe vorgesehen ist, wobei sich das statische rohrförmige Teil über das untere axiale Ende der Ölpumpe erstreckt. Aufgrund dieser Konfiguration trägt das statische rohrförmige Teil dazu bei, die Turbulenzen im Öl in der Nähe des Öleinlasses der Ölpumpe zu minimieren.
-
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ragt das statische rohrförmige Teil axial aus dem unteren axialen Ende der Ölpumpe heraus.
-
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist der Spiralverdichter ein drehzahlgeregelter Verdichter. Bei hoher Drehzahl des Rotors und der Antriebswelle tritt am Ölauslass der Ölpumpe eine hohe Zentrifugalgeschwindigkeit des Öls auf, was zu einem erheblichen hydrodynamischen Druck in der Druckölkammer führt. Da die Druckölkammer von den oberen und unteren Axialdrucklagern verschlossen wird, entsteht eine hydrostatische Kraft, die in der gleichen Größenordnung liegen kann wie die Schwerkraft, die sich aus der Masse der Antriebswelle ergibt. Dies verbessert die Schmierung der oberen und unteren Axialdrucklager und den Wirkungsgrad des Verdichters aufgrund geringerer Reibungsverluste. Außerdem verringert sich der Verschleiß der Drucklagerflächen, was die Lebensdauer des Spiralverdichters erhöht.
-
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung umfasst die untere Lageranordnung ferner ein Halterungselement, das an einer Innenfläche der hermetischen Außenschale befestigt ist, wobei das Radiallagergehäuse an dem Halterungselement befestigt ist.
-
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung umfasst das Radiallagergehäuse ein ringförmiges Befestigungsteil, das an dem Halterungselement befestigt ist.
-
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist das Radiallagergehäuse insgesamt rohrförmig ausgebildet.
-
Figurenliste
-
Die folgende detaillierte Beschreibung einer Ausführungsform der Erfindung ist besser zu verstehen, wenn sie in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen gelesen wird, wobei die Erfindung jedoch nicht auf die angegebene Ausführungsform beschränkt zu verstehen ist.
- [1] 1 ist eine perspektivische, teilweise abgeschnittene Ansicht eines erfindungsgemäßen Spiralverdichters.
- [ ] 2 ist eine vergrößerte Ansicht eines Details aus 1.
- [3] 3 ist eine Teilansicht des Längsschnitts des Spiralverdichters aus 1.
- [4] 4 zeigt einen teilweisen Längsschnitt durch den Spiralverdichter der 1.
- [5] 5 zeigt eine perspektivische Teilansicht einer Antriebswelle des Spiralverdichters aus 1
-
Detaillierte Beschreibung der Erfindung
-
1 beschreibt einen Spiralverdichter 1 gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
-
Der Spiralverdichter 1 weist eine hermetische Außenschale 2 auf, die mit einem Saugeinlass 3, der zum Versorgen des Spiralverdichters 1 mit zu verdichtendem Kältemittelgas ausgebildet ist, und mit einem Auslass 4 versehen ist, der zum Abgeben von verdichtetem Kältemittelgas ausgebildet ist. Insbesondere ist der Saugeinlass 3 dazu bestimmt, Niederdruck-Kältemittelgas von einer Komponente eines Kältemittelkreislaufs aufzunehmen, und der Auslass 4 ist dazu bestimmt, komprimiertes Kältemittelgas unter hohem Druck an eine andere Komponente des Kältemittelkreislaufs abzugeben.
-
Der Spiralverdichter 1 weist ferner eine an der hermetischen Außenschale 2 befestigte Trägeranordnung 5 und eine im Inneren der hermetischen Außenschales 2 angeordnete und von der Trägeranordnung 5 getragene Verdichtungseinheit 6 auf. Die Verdichtungseinheit 6 ist zum Verdichten des durch den Saugeinlass 3 zugeführten Kältemittelgases ausgebildet.
-
Gemäß der in den Figuren gezeigten Ausführungsform weist die Verdichtungseinheit 6 ein erstes Spiralelement 7, das in Bezug auf die hermetischen Außenschale 2 befestigt ist, und ein zweites Spiralelement 8 auf, das von einer oberen Drucklagerfläche 9, die an der Trägeranordnung 5 vorgesehen ist, getragen wird und in gleitendem Kontakt mit dieser steht. Das zweite Spiralelement 8 ist während des Betriebs des Spiralverdichters 1 zum Ausführen einer umlaufenden Bewegung relativ zum ersten Spiralelement 7 ausgebildet.
-
Das erste Spiralelement 7 weist eine feststehende Grundplatte 11 mit einer Unterseite, die auf das zweite Spiralelement 8 ausgerichtet ist, und einer Oberseite auf, die der Unterseite der feststehenden Grundplatte 11 gegenüberliegt. Das erste Spiralelement 7 weist auch eine feste Spiralwicklung 12 auf, die von der Unterseite der festen Grundplatte 11 in Richtung des zweiten Spiralelements 8 vorsteht.
-
Das zweite Spiralelement 8 weist eine umlaufende Grundplatte 13 auf, die eine zum ersten Spiralelement 7 hin orientierte Oberseite und eine der Oberseite der umlaufenden Grundplatte 13 gegenüberliegende Unterseite aufweist und gleitend auf der oberen Drucklagerfläche 9 angebracht ist. Das zweite Spiralelement 8 umfasst auch eine umlaufende Spiralwicklung 14, die von der Oberseite der umlaufenden Grundplatte 13 in Richtung des ersten Spiralelements vorsteht. Die umlaufende Spiralwindung 14 des zweiten Spiralelements 8 greift in die feste Spiralwindung 12 des ersten Spiralelements 7 ein, so dass zwischen ihnen eine Vielzahl von Verdichtungskammern 15 gebildet wird. Jede der Verdichtungskammern 15 hat ein variables Volumen, das von außen nach innen abnimmt, wenn das zweite Spiralelement 8 relativ zum ersten Spiralelement zum Umlaufen gebracht wird. 7.
-
Ferner weist der Spiralverdichter 1 eine vertikal ausgerichtete Antriebswelle 16, die zum Antrieb des zweiten Spiralelements 8 in einer Umlaufbewegung ausgebildet ist, und einen Elektromotor 17 auf, bei dem es sich beispielsweise um einen drehzahlvariablen Elektromotor handeln kann, der mit der Antriebswelle 16 gekoppelt und zum Antrieb der Antriebswelle 16 in eine Drehung um eine Drehachse A ausgebildet ist. Der Elektromotor 17 weist insbesondere einen mit dem hermetischen Außenschale 2 verbundenen Stator 18 und einen an der Antriebswelle 16 befestigten Rotor 19 auf.
-
Die Antriebswelle 16 weist einen longitudinalen Hauptteil 21 mit einem oberen Endabschnitt 22 und einem unteren Endabschnitt 23 auf. Die Antriebswelle 16 umfasst ferner einen Antriebsabschnitt 24, der an einem oberen Ende des longitudinalen Hauptteils 21 vorgesehen ist und der von der Längsachse der Antriebswelle 16 versetzt ist. Der Antriebsabschnitt 24 ist teilweise in einem Nabenabschnitt 25 montiert, der an dem zweiten Spiralelement 8 vorgesehen ist, und zu Zusammenwirken mit dem Nabenabschnitt 25 ausgebildet ist, um das zweite Spiralelement 8 in umlaufenden Bewegungen relativ zu dem ersten Spiralelement 7 anzutreiben, wenn der Elektromotor 17 betrieben wird.
-
Die Antriebswelle 16 umfasst auch einen Ölzufuhrkanal 26, der in der Antriebswelle 16 ausgebildet ist und sich zumindest über einen Teil der Länge der Antriebswelle 16 erstreckt. Gemäß der in den Figuren dargestellten Ausführungsform erstreckt sich der Ölzufuhrkanal 26 über die gesamte Länge der Antriebswelle 16 und mündet in einer oberen axialen Endfläche der Antriebswelle 16.
-
Der Spiralverdichter 1 weist ferner eine obere Lageranordnung 27 und eine untere Lageranordnung 28 auf, die mit der hermetischen Außenschale 2 verbunden sind und zum drehbaren Lagern des oberen Endabschnitts 22 des longitudinalen Hauptteils 21 bzw. des unteren Endabschnitts 23 des longitudinalen Hauptteils 21 ausgebildet sind.
-
Der Spiralverdichter 1 weist auch eine Ölpumpe 29 auf, die an einem unteren Ende der Antriebswelle 16 angeordnet ist und in einen Ölsumpf 31 eingetaucht ist, der in einem unteren Abschnitt der hermetischen Außenschale 2 angeordnet ist. Bei der Ölpumpe 29 kann es sich um eine Kreiselpumpe, z. B. eine Pick-up-Zentrifugalpumpe, oder um eine Verdrängerpumpe, z. B. eine Gerotor-Ölpumpe, handeln. Gemäß der in den Figuren gezeigten Ausführungsform ist die Ölpumpe 29 in einer am unteren axialen Ende der Antriebswelle 16 ausgebildeten Ausnehmung 32 befestigt, z. B. durch Presspassung, und weist einen am unteren axialen Ende der Ölpumpe 29 vorgesehenen Öleinlass 33 auf.
-
Die Ölpumpe 29 ist zum Fördern von Öl aus dem Ölsumpf 31 zur Verdichtungseinheit 6 und zu den oberen und unteren Lageranordnungen 27, 28 während des Betriebs des Spiralverdichters 1 ausgebildet. Die Ölpumpe 29 ist insbesondere zum Fördern von Öl aus dem Ölsumpf 31 zur Verdichtungseinheit 6 und zur oberen Lageranordnung 27 durch den in der Antriebswelle 16 ausgebildeten Ölzufuhrkanal 26 während des Betriebs des Spiralverdichters 1 ausgebildet.
-
Wie in den 2 und 3 besser dargestellt, weist die untere Lageranordnung 28 ein Radiallagergehäuse 34 auf, das zum drehbaren Lagern desunteren Endabschnitts 23 der Antriebswelle 16 ausgebildet ist. Das Radiallagergehäuse 34 umgibt den unteren Endabschnitt 23 der Antriebswelle 16 und ist koaxial zur Antriebswelle 16 angeordnet. Vorteilhafterweise ist das Radiallagergehäuse 34 insgesamt rohrförmig ausgebildet und wird durch eine Radiallagerhülse gebildet.
-
Gemäß der in den Figuren dargestellten Ausführungsform weist das Radiallagergehäuse 34 ein erstes Gehäuseteil 35 und ein zweites Gehäuseteil 36 auf, die an unterschiedlichen Positionen in axialer Richtung angeordnet sind. Vorteilhafterweise haben sowohl das erste als auch das zweite Gehäuseteil 35, 36 einen kreisförmigen Ringquerschnitt.
-
Der erste Gehäuseteil 35 weist eine innere radiale Lagerfläche 37 auf, die zylindrisch ist und die Außenfläche des unteren Endabschnitts 23 der Antriebswelle 16 umgibt. Die innere Radiallagerfläche 37 hat einen ersten Innendurchmesser. Das zweite Gehäuseteil 36 weist eine innere Umfangsfläche 38 mit einem zweiten Innendurchmesser auf, der größer als der erste Innendurchmesser ist. Vorteilhafterweise weist das zweite Gehäuseteil 36 ferner eine innere kegelstumpfförmige Fläche 39 auf, die zwischen der inneren Radiallagerfläche 37 und der inneren Umfangsfläche 38 angeordnet ist und in Richtung der inneren Umfangsfläche 38 divergiert.
-
Die untere Lageranordnung 28 umfasst ferner ein Halterungselement 41, das an einer Innenfläche der hermetischen Außenschale 2 befestigt ist. Vorteilhafterweise weist das Radiallagergehäuse 34 ein Befestigungsteil 42 auf, das eine Ringform aufweist und beispielsweise mittels Schrauben oder Bolzen an dem Halterungselement 41 befestigt ist. Das Befestigungsteil 42 ist beispielsweise radial außerhalb des ersten und zweiten Gehäuseteils 35, 36 ausgebildet.
-
Darüber hinaus weist die untere Lageranordnung 28 ein oberes und ein unteres Axialdrucklager 43, 44 auf, die zum Begrenzen einer axialen Bewegung der Antriebswelle 16 während des Betriebs ausgebildet sind. Vorteilhafterweise ist das obere Axialdrucklager 43 oberhalb der inneren Radiallagerfläche 37 und das untere Axialdrucklager 44 unterhalb der inneren Radiallagerfläche 37 angeordnet.
-
Gemäß der in den Figuren gezeigten Ausführungsform wird das obere Axialdrucklager 43 durch eine obere axiale Endfläche 45 des Radiallagergehäuses 34 und durch eine an der Antriebswelle 16 befestigte Schulterfläche 46 gebildet. Die Schulterfläche 46 kann einstückig mit der Antriebswelle 16 ausgebildet sein oder durch ein separates ringförmiges Teil 56 gebildet werden, das an der Antriebswelle 16 befestigt ist. Vorteilhafterweise sind die obere axiale Endfläche 45 und die Schulterfläche 46 jeweils ringförmig.
-
Gemäß der in den Figuren dargestellten Ausführungsform wird das untere Axialdrucklager 44 durch eine untere axiale Endfläche 47 der Antriebswelle 16 und durch eine innere Bodenfläche 48 des Radiallagergehäuses 34 gebildet. Vorteilhafterweise sind die untere axiale Endfläche 47 und die innere Bodenfläche 48 jeweils ringförmig, und das Radiallagergehäuse 34 weist einen radial nach innen vorstehenden Ringflansch 49 auf, der die innere Bodenfläche 48 aufweist. Der radial nach innen vorspringende Ringflansch 49 hat einen Flanschinnendurchmesser, der kleiner als der Außendurchmesser des unteren Endabschnitts 23 der Antriebswelle 16 ist.
-
Die untere Lageranordnung 28 weist auch eine Druckölkammer 51 auf, die mit der Ölpumpe 29 in Fluidverbindung steht. Die Druckölkammer 51 wird begrenzt durch die Außenfläche des unteren Endabschnitts 23 der Antriebswelle 16, die innere Radiallagerfläche 37, die innere Umfangsfläche 38 und das obere und untere Axialdrucklager 43, 44. Vorteilhafterweise ist die Druckölkammer 51 in axialer Richtung jeweils durch das obere und untere Axialdrucklager 43, 44 begrenzt.
-
Wie aus den 2 und 3 besser ersichtlich ist, weist die Druckölkammer 51 ein ringförmiges Druckölvolumen 52 auf, das den unteren Endabschnitt 23 der Antriebswelle 16 umgibt und das durch das Radiallagergehäuse 34, insbesondere durch die innere Umfangsfläche 38 und die innere Kegelstumpffläche 39, nach außen hin begrenzt ist. Vorteilhafterweise befindet sich das ringförmige Druckölvolumen 52 unterhalb der inneren Radiallagerfläche 37 und grenzt an die innere Bodenfläche 48.
-
Gemäß der in den Figuren dargestellten Ausführungsform weist der untere Endabschnitt 23 der Antriebswelle 16 eine radiale Öffnung 53 auf, die mit einem Ölauslass der Ölpumpe 29 in Fluidverbindung steht. Die radiale Öffnung 53 ist vorteilhafterweise der Innenfläche des Radiallagergehäuses 34 zugewandt und mündet in den Druckölraum 51 und insbesondere in das ringförmige Druckölvolumen 52. Vorteilhafterweise erstreckt sich der Ölaustritt der Ölpumpe 29, der mit der radialen Öffnung 53 in Fluidverbindung steht, radial und ist an einem Seitenwandteil der Ölpumpe 29 vorgesehen.
-
Die Druckölkammer 51 weist ferner einen Öldurchgang 54 auf, der zwischen der Außenfläche des unteren Endabschnitts 23 der Antriebswelle 16 und der Innenfläche des Radiallagergehäuses 34 ausgebildet ist. Vorteilhafterweise erstreckt sich der Öldurchgang 54 entlang einer Erstreckungsrichtung, die im Wesentlichen parallel zur Längsachse der Antriebswelle 16 ist. Der Öldurchgang 54 ist insbesondere dazu ausgebildet, das obere Axialdrucklager 43 mit dem ringförmigen Druckölvolumen 52 der Druckölkammer 51 in Fluidverbindung zu bringen.
-
Der Öldurchgang 54 kann durch mindestens eine Ausnehmung gebildet werden, die in der Außenfläche des unteren Endabschnitts 23 der Antriebswelle 16 und/oder in der Innenfläche des Radiallagergehäuses 34, insbesondere in der inneren Radiallagerfläche 37, angeordnet ist. Vorzugsweise ist der Öldurchlass 54 als ein flacher Oberflächenabschnitt ausgebildet (siehe 5), der am Außenumfang des unteren Endabschnitts 23 der Antriebswelle 16 vorgesehen ist.
-
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung können die Drucklagerflächen der oberen und/oder unteren Axialdrucklager 43, 44, die durch die obere axiale Endfläche 45, die Schulterfläche 46, die untere axiale Endfläche 47 und die innere Bodenfläche 48 gebildet werden, Schmiernuten aufweisen, die in Fluidverbindung mit der Druckölkammer 51 stehen, um die Schmierung der Drucklagerflächen der oberen und/oder unteren Axialdrucklager 43, 44 zu verbessern. Jede der Schmiernuten kann sich von einer radialen Innenseite zu einer radialen Außenseite der jeweiligen Drucklagerfläche, z.B. in radialer Richtung, erstrecken. Alternativ dazu kann jede der Schmiernuten kreisförmig sein und sich konzentrisch zur Längsachse der Antriebswelle 16 erstrecken.
-
Wie bereits erwähnt, ist der Spiralverdichter 1 vorteilhafterweise ein drehzahlgeregelter Verdichter. Bei hoher Drehzahl des Rotors 19 und der Antriebswelle 16 ist das vom Ölauslass der Ölpumpe geförderte Öl hoch, so dass an der radialen Öffnung 53 der Antriebswelle 16 eine hohe Ölzentrifugalgeschwindigkeit entsteht, die zu einem erheblichen hydrodynamischen Druck in der Druckölkammer 51 führt. Da die Druckölkammer 51 durch die oberen und unteren Axialdrucklager 43, 44 verschlossen wird, entsteht eine hydrostatische Kraft, die in der gleichen Größenordnung liegen kann wie die Schwerkraft, die sich aus der Masse der Antriebswelle 16 ergibt. Dies verbessert die Schmierung der oberen und unteren Axialdrucklager 43, 44 und den Wirkungsgrad des Verdichters aufgrund geringerer Reibungsverluste. Außerdem wird der Verschleiß der Drucklagerflächen der oberen und unteren Axialdrucklager 43, 44, insbesondere des unteren Axialdrucklagers 44, verringert, was die Lebensdauer des Spiralverdichters 1 erhöht.
-
Wie in der 2 besser zu erkennen ist, weist der Spiralverdichter 1 ferner ein statisches rohrförmiges Teil 55 auf, das an dem Radiallagergehäuse 34 befestigt ist und die Ölpumpe 29 in einem vorbestimmten Abstand umgibt, so dass zwischen dem statischen rohrförmigen Teil 55 und der Ölpumpe 29 ein Ringspalt gebildet wird. Der Ringspalt kann eine Spaltbreite zwischen 0,5 und 5 mm, z. B. etwa 2 mm, aufweisen. Das statische rohrförmige Teil 55 erstreckt sich über das untere axiale Ende der Ölpumpe 29 und steht vorteilhafterweise axial über das untere axiale Ende der Ölpumpe 29 hinaus. Aufgrund dieser Konfiguration trägt das statische rohrförmige Teil 55 dazu bei, Turbulenzen im Öl in der Nähe des Öleinlasses 33 der Ölpumpe 29 zu minimieren und somit die Effizienz des Verdichters weiter zu verbessern.
-
Selbstverständlich ist die Erfindung nicht auf die oben beispielhaft beschriebene Ausführungsform beschränkt, sondern umfasst im Gegenteil alle Ausführungsformen.
