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Kolbenkompressor für Kälteanlagen mit stehender Kurbelwelle Die Erfindung
betrifft einen Kolbenkompressor für Kälteanlagen mit stehender Kurbelwelle, bei
dem der Motor und der darunterliegende Kompressor in voneinanderdurcheine ein oberesKurbelwellenlager
aufweisende Wand getrennten Kammern liegen, die innerhalb eines gasdicht geschlossenen
äußeren Gehäuses angeordnet sind, und bei dem durch die obere, den Motor aufnehmende
Kammer die Kältemitteldämpfe angesaugt werden, während die den Kompressor aufnehmende
Kammer mit einem unteren Kurbelwellenlager in einen vom äußeren Gehäuse gebildeten,
durch eine in der unteren Abschlußwand des Kurbelgehäuses vorgesehene Öffnung mit
dem Kurbelgehäuseinneren verbundenen ölsammelraum eintaucht, wobei dem oberen und
dem unteren Kurbelwellenlager sowie den Pleuellagern mittels einer Pumpe Schmieröl
über in der Kurbelwelle vorgesehene Kanäle zugeführt wird.
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Bei dem bekannten Kompressor, von dem die Erfindung ausgeht, können
die Schmiermittelkanäle zum oberen Kurbelwellenlager nicht entlüftet werden, es
sei denn, der in den Ölkanälen vorhandene Kältemitteldampf wird durch das hochgepumpte
Öl aus der im Lager vorgesehenen, unter der Lagerbuchse liegenden Bohrung in den
Motorraum herausgedrückt. Es dürfte verständlich sein, daß auch Öl durch diese Öffnung
in den Motorraum gelangen kann, was erfindungsgemäß unbedingt vermieden werden soll.
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Es ist weiterhin ein Kolbenkompressor für Luft bekannt, bei dem die
Kurbelwelle nur ein einziges, über dem Ölsumpf liegendes Lager hat. Im unteren Ende
der hohl ausgebildeten Kurbelwelle ist eine Pumpe vorgesehen, welche das Öl aus
dem Sumpf zum Lager hochfördert, wobei es entweder durch radiale Bohrungen oder
durch eine sich von einer oberen geschlossenen Kammer längserstreckende Nut den
Lagerstellen zugeführt wird. Durch Vermeidung schraubenlinienförmiger Ölnuten soll
ein gleichmäßiger Öldruck an den Lagerflächen erzielt werden. Daß sich die Ölnut
über die ganze Länge des Lagers erstreckt, so daß das Öl wieder in den Ölsumpf zurückgeführt
wird, in den der Kurbeltrieb eintaucht, dürfte, wie aus der »Entweder-Oder«-Anordnung
von radialen Bohrungen oder einer Ölnut hervorgeht, rein zufällig sein und sich
aus Herstellungsgründen ergeben, da die Nut nicht in der Kurbelwelle, sondern im
Lager selbst vorgesehen ist. Im übrigen wird auch Öl zwischen der oberen Stirnfläche
des Lagers und dem auf der Kurbelwelle befestigten Trägerkörper des Motors durchtreten,
da in der oberen Zylinderwand eine angesenkte Bohrung vorgesehen ist. Abgesehen
davon, daß dieser Luftkompressor nicht unter den Gattungsbegriff des Erfindungsgegenstandes
fällt, offenbart er auch nicht den Erfindungsgedanken, wie nachfolgend noch ersichtlich
werden wird.
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Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe ist darin zu sehen, daß
die Schmierkanäle, die sich bei Stillegung des Kompressors mit Kältemitteldampf
gefüllt haben, entlüftet und das aus dem oberen Lager austretendes Schmieröl so
in das Kurbelgehäuse geleitet wird, daß es nicht mit dem Kältemittelstrom in Verbindung
kommen kann, und daß ferner das sich im Kurbelgehäuse sammelnde Öl in .den Ölsammelraum
zurückgedrückt wird, dessen Ölspiegel beträchtlich über der unteren Auslaßöffnung
des Kurbelgehäuses liegt.
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Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß das obere Kurbelwellenlager
eine axial gerichtete, im Abstand vom oberen Lagerende endende, mit dem Schmiermittelkanal
der Kurbelwelle und dem Kurbelgehäuse in Verbindung stehende Nut aufweist, welche
zur Entlüftung des Schmiermittelkanals und Rückführung des Schmieröles in das Kurbelgehäuse
dient.
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Zweckmäßig ist die in das Kurbelgehäuse mündende Nut auf der Kurbelzapfenseite
in der Kurbelwelle angebracht. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des Erfindungsgegenstandes
ist vorgesehen, daß das obere Lager in an sich bekannter Weise eine erste und eine
zweite, voneinander durch einen ringförmigen Zwischenraum getrennte Lagerfläche
besitzt und daß die unterhalb der zweiten Lagerfläche angeordnete erste Lagerfläche
eine erste, in das Kurbelgehäuse
führende Nut überdeckt. Hierbei
ist es zweckmäßig, daß die erste Nut so mit dem ringförmigen Zwischenraum zwischen
der ersten und der zweiten Lagerfläche verbunden ist, daß das Schmieröl von der
zweiten Lagerfläche in das Kurbelgehäuse fließen kann. Hierbei ist ferner vorgesehen,
daß eine zweite, von der zweiten Lagerfläche überdeckte Nut in der Kurbelwelle mit
dem ringförmigen Zwischenraum zwischen der ersten und zweiten Lagerfläche verbunden
ist.
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Die Zeichnungen stellen eine bevorzugte Ausführungsart der Erfindung
dar.
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Fig. 1 zeigt einen Querschnitt durch einen erfindungsgemäßen luftdicht
abgeschlossenen Kompressor; Fig. 2 zeigt vergrößert einen Querschnitt durch das
erfindungsgemäße Lager; Fig. 3 zeigt eine Draufsicht auf das in der Fig. 2 dargestellte
Lager.
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In der Fig. 1 ist ein erfindungsgemäßer Kompressor dargestellt, der
ein oberes Gehäuse 4 und ein unteres Gehäuse 5 besitzt. Die Flansehabschnitte 6
und 7 dieser Gehäuse dienen dem dichten Zusammenschluß. Ein drittes Gehäuse 8 mit
einem Flansch 9 ist mit den Flanschen 6 und 7 durch eine ringförmige Schweißnaht
10 verbunden. Durch diese Anordnung wird ein luftdicht abgeschlossenes Gehäuse
ausgebildet.
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Im Flansch des Gehäuses 8 sind geeignete Durchlässe 11 vorgesehen,
um den oberen Raum 13 mit dem unteren Raum 80 zu verbinden. Ferner ist in dem Gehäuse
8 ein unterer Durchlaß 12 ausgebildet. Innerhalb des Gehäuses 8 ist ein Kompressorblock
15 befestigt, der einen Motorflanschabschnitt 16 und einen Kurbelgehäuseflanschabschnitt
17 besitzt, die durch eine geeignete Wand 18 voneinander getrennt sind. In dem Kompressorblock
sind geeignete Zylinder 19 und 20 ausgebildet. Jede gewünschte Anzahl von Zylindern
kann dabei zur Verwendung gelangen. In den Zylindern 19 und 20 sind geeignete, sich
hin- und herbewegende Kolben 21 und 22 vorgesehen. An diesen Kolben befinden sich
geeignete Kolbenbolzen 23 und 24, die mit Pleuelstangen 25 und 26 drehbar verbunden
sind. Die Pleuelstangen 25 und 26 sind mit dem exzentrischen Abschnitt der Kurbelwelle
30 drehbar verbunden.
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An den äußeren Enden der Zylinder 19 und 20 liegen geeignete Ventilvorrichtungen
31 und 32.
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Die Ventilvorrichtungen werden durch geeignete Haltefedern 33 und
34 in ihren jeweiligen Lagen gehalten. Die Haltefedern 33 und 34 sind zwischen den
Ventilvorrichtungen 31 und 32 und dem Gehäuse 8 eingespannt und drücken auf die
Ventilvorrichtungen.
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Konzentrisch und mit einem Abstand zueinander sind zwei ringförmige
Dichtungsflansche 37 und 38 am Kompressor angeordnet. Geeignete Dichtungsringe 39
und 40 dichten den Raum zwischen dem Kompressorblock und dem Gehäuse 8 ab und bilden
eine ringförmige Kammer 41 aus, in die das in den Zylindern 19 und 20 komprimierte
Gas strömt. Die ausströmenden Gase werden vom Kompressor durch den Auslaßkanal42
abgeführt, der als kurzes Rohr durch das Gehäuse 8 und das Gehäuse 5 führt. In der
ringförmigen Kammer 41 können auf Wunsch geeignete Kammern ausgebildet werden, um
eine Schalldämpfung der aus den verschiedenen Zylindern des Kompressors ausströmenden
Gase herbeizuführen. Das Ansauggas wird den verschiedenen Zylindern durch die Leitung
63 im Gehäuse a zugeführt. Es strömt dabei in den Motorraum 13 und durch die verschiedenen
Ansaugkanäle 45. Diese Ansaugkanäle 45 sind an die ringförmigen Kammern 90 unter
den Ventilvorrichtungen 31 und 32 angeschlossen.
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Es sei an dieser Stelle darauf verwiesen, daß die verschiedenen Ansaugkanäle
45 die einzigen Durchlässe in der Wand 18 sind, mit Ausnahme des Lagers 46, in dem
die Kurbelwelle 30 gelagert ist. Die Kurbelwelle 30 besitzt einen mit dem Motor
56 verbundenen geraden Abschnitt 50 sowie einen vom Lager 46 aufgenommenen Lagerabschnitt
51, ferner einen exzentrischen Abschnitt, an dem die verschiedenen mit dem Kolben
verbundenen Pleuelstangen angeschlossen werden können, einen Gegengewichtsabschnitt
53, der einen Ausgleich der Unwucht des exzentrischen Abschnittes 52 herbeiführt,
und einen unteren Lagerabschnitt 54, der nachstehend näher beschrieben ist.
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Der Stator 57 des Motors 56 liegt in dem Motorflanschabschnitt 16
des Kompressorblockes. Er ist induktiv an den Rotor 58 angeschlossen, der die Kraft
auf den Kurbelwellenabschnitt 50 überträgt. Ein geeignetes Gegengewicht 59 ist mit
dem Rotor 58 verbunden und trägt ebenfalls zum Ausgleich der Unwucht des exzentrischen
Abschnittes der Kurbelwelle bei.
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In dem Gehäuse des Kompressors ist eine geeignete Anschlußdose 60
so angeordnet, daß der luftdichte Abschluß des Kompressors erhalten bleibt. Sie
dient dazu, dem Stator 57, mit dem sie durch geeign; te Leitungen 61 verbunden ist,
elektrischen Strom aus einer geeigneten Stromquelle zuzuführen.
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Die Kurbelwelle 30 wird in einem unteren Lager 65 gehalten, das im
unteren Lagerkopf 64 befestigt ist. Dieser untere Lagerkopf 64 wird durch einen
geeigneten Sprengring 62, der in einem Einschnitt des Kompressorblockes ruht, in
seiner Lage festgehalten. Der Lagerkopf besitzt daneben ein Längsdrucklager 66 mit
einem sich in der Mitte befindenden Loch 67. Die Funktion des Loches ist nachstehend
näher beschrieben. Im unteren Abschnitt der Kurbelwelle, am Lagerabschnitt 54, ist
ein konzentrisch liegendes Loch 68 vorgesehen, das die Mündung des Pumpenantriebes
bildet, der die verschiedenen Lager des Kompressors schmiert. Die Mündung gehört
zu einem senkrecht ausgerichteten Kanal, mit dem ein radial verlaufender, zur ringförmigen
Kammer 71 führender Kanal 69 verbunden ist. Ferner ist in der Welle ein senkrecht
ausgerichteter, mit dem radial verlaufenden Kanal 69 in Verbindung stehender Kanal
70 ausgebildet. Das in die ringförmige Kammer 71 gepumpte Öl fließt durch
den Kanal 72 in den Filter 73, wo es geeignet gereinigt wird. Das in den senkrecht
verlaufenden Kanal 70 gedrückte öl fließt nach oben in die Ausflußöffnungen
75, 81 und 82, an denen die Schmierung der Pleuelstangen und des Lagers 46 stattfindet.
Die genauere Ausführung dieser Ausflußöffnungen ist nachstehend näher beschrieben.
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Der Kompressor arbeitet folgendermaßen: Das Gas wird über die Leitung
63 zugeführt und strömt über den Motor 56, wobei es ihn geeignet kühlt. Daraufhin
strömt es durch die Ansaugkanäle 45 und durch die Ventilscheiben 31 und 32 in die
Zylinder 19 und 20, wo es komprimiert wird. Beim Förderhub wird es dann in die ringförmige
Kammer 41 gedrückt, in der auf Wunsch eine geeignete Schalldämpferanlage ausgebildet
sein kann, und verläßt durch den Auslaßkanal 42 den Kompressor.
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Die Schmieranlage des Kompressors arbeitet folgendermaßen: Das Öl
wird in der Wanne 76 des Kornpressors,
dem unteren Abschnitt des
Gehäuses 5, gespeichert und durch ein Verfahren, das nachstehend beschrieben ist,
auf annähernd der Höhe 77 gehalten. Wie man erkennt, wird der Motorraum durch die
Durchlässe 11 im Flanschabschnitt 9 des Gehäuses 8 zur ringförmigen Kammer zwischen
den Gehäusen 5 und 8 entlüftet. Das sich in dieser Kammer befindende Schmiermittel
steht somit unter dem Druck des einströmenden Gases. Das Kurbelgehäuse 14 ist gegen
den Motorraum 13 durch die Wand 18 abgedichtet. Diese Wand 18 befindet sich zwischen
dem Motorabschnitt 96 des Kompressorblockes 15 und dem Kurbelgehäuseabschnitt 17
des Kompressorblockes 15. Wenn der Kompressor in Betrieb ist, bildet sich nach kurzer
Zeit in dem Kurbelgehäuse 14 ein größerer Druck als der Ansaugdruck aus, da das
gasförmige Kältemittel die Kolben des Kompressors umströmt. Demzufolge wird dieser
Gasdruck die Schmiermittel im Kurbelgehäuse 14 durch geeignete Durchlässe 12' in
der unteren Lagerbuchse 64 in die Wanne 76 drükken sowie nach oben in die ringförmige
Kammer 80 zwischen den Gehäusen 5 und B. Dabei ergeben sich infolge der verschiedenen
auf dem Öl ruhenden Drücke zwei verschiedene Höhenstände über der Ölwanne.
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Wenn der Kompressor vom Motor 56 angetrieben wird, strömt durch den
Durchlaß 67 des Längsdrucklagers 66 Öl in die Mündung 68, die im unteren Abschnitt
der Kurbelwelle 30 ausgebohrt ist. Da das u?:-tere Lager 54. in Öl eingetaucht ist,
wird das Öl in dem radial angeordneten Kanal 69 infolge der Zentrifugalkraft nach
außen geschleudert, wobei ein Teil in die ringförmige Kammer 71, durch den Kanal
72 und durch den Filter 73 in das Kurbelgehäuse 14 fließt. Der Filter 73 ist ein
normaler Durchlauffilter. Der verbleibende Ölanteil wird durch die Zentrifugalkraft
nach oben gedrückt, und zwar über den Ölstand in der Wanne hinaus. Dabei fließt
das Öl durch den Kanal 70 zu den verschiedenen Lagerabschnitten des Kompressors.
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Offensichtlich ergeben sich beim Betrieb des Kompressors zwei Probleme.
Einmal ist der in der Kurbelwelle 30 senkrecht ausgerichtete Kanal 70 nach längeren
Betriebspausen mit Kältemitteldampf oberhalb des als 77 angezeigten Ölstandes angefüllt.
Es ist notwendig, bei einer Inbetriebnahme diesen Kältemitteldampf zu entfernen,
um eine Dampfsperre zu verhindern, welche die Zuführung zu den Lagerflächen verstopft
und schließlich zu Lagerschäden führt. Das zweite Problem liegt darin, daß bei einer
ungesteuerter. Entlüftung der Schmierstoff vom Lager über die Außenfläche des Lagers
46 fließt und schließlich in die verschiedenen Ansaugkanäle 45 gerät. Ein solcher
Strömungsverlauf wird auch durch die Führung der einströmenden Gase über den Motor
und über das Lager vor seinem Eintritt in die Kanäle 45 gefördert. Die Zuführung
größerer Ölmengen in die Kompressionsanlage bringt notwendigerweise eine Beschädigung
der Ventile mit sich. Darüber hinaus wird bei normalen Betriebsverhältnissen eine
Zuführung größerer Schmiermittelmengen in den Kältemittelkreislauf zu einem Belag
auf den verschiedenen Wärmeaustauschflächen führen, wobei ein solcher Isolierfilm
das Wärmeaustauschvermögen dieser Flächen wesentlich beeinträchtigt.
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In der Fig. 2 ist ein Teilquerschnitt durch das in der vorliegenden
Erfindung verwendete Lager wiedergegeben. Der Schnitt zeigt, wie der senkrechte
Kanal 70 nach oben zum Lager 46 geführt ist. Das Öl gelangt durch zwei Durchlässe
31 und 82 auf die Lagerflächen, um diese zu schmieren. Aus der Zeichnung ergibt
sich, daß diese zwei Durchlässe 81 und 82 in zwei senkrecht verlaufende, in der
Lagerfläche der Welle ausgebildete Nuten 83 und 84 führen. In der Fig. 3 ist ebenfalls
diese Nut dargestellt.
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Entsprechend der Zeichnung wird das Lager aus einem Lagergehäuse 46
gebildet, in dem sich zwei Lagerbuchsen 86 und 87 befinden. Diese Buchsen sind im
Abstand zueinander angeordnet und bilden einen offenen Zwischenraum 85 aus. Aus
der Fig. 2, ergibt sich, daß sich die Nuten 83 und 84 über die Lagerbuchsen 86 und
87 hinaus erstrecken.
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Die Nut 83 erstreckt sich nicht über den oberen Rand der Lagerbuchse
86 hinaus, jedoch führt der untere Abschnitt dieser Nut 83 über den unteren Rand
der Lagerbuchse 86 hinaus und leistet dadurch das durch den Kanal
81 fließende Schmiermittel in den ringförmigen Zwischenraum 85. Die senkrecht
verlaufende Nut 84 führt über beide Ränder der Lagerbuchse 87 hinaus und ergibt
dadurch eine Verbindung des ringförmigen Zwischenraumes 85 mit dem Kurbelgehäuse.
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Bei der Inbetriebnahme des Kompressors können alle in den Kanälen
70, 81 und 82, in den Nuten 83 und 84 und in dem ringförmigen Zwischenraum 85 vorhandenen
Kältemittelgase infolge des Druckes durch das Rotieren der oben beschriebenen Schmiermittelpumpanlage
in das Kurbelgehäuse gedrückt werden, damit das Öl in diese verschiedenen Kanäle,
Nuten und Zwischenräume fließen kann. Wenn das Öl auf die verschiedenen Flächen
trifft, werden diese geschmiert. Das Öl fließt dann von selber von der oberen Lagerfläche
86 in den ringförmiger Zwischenraum 85. Ein Teil des Öles dient der Schmierung der
Fläche 87. Der verbleibende Teil des Öles fließt durch die Nut 84 in das Kurbelgehäuse.
Bei diesem selbsttätigen Fließen des Öles werden nicht nur die Oberflächen geschmiert,
sondern auch gekühlt, dabei fließt das gesamte Öl und Kältemittel in das Kurbelgehäuse
und nicht in den Motorraum 13, wo die Ölteilchen von dem einströmenden Gas aufgenommen
und in die verschiedenen Ansaugkanäle der Zylinder mitgerissen werden, wobei sie
schließlich in den Kältemittelkreislauf selbst geraten.
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Es ist ein Vorteil der vorliegenden Anordnung, daß alles über das
Lager 46 fließende Öl in den oberen Abschnitt des Kurbelgehäuses 14 fließt, denn
von dort tropft es auf den exzentrischen Abschnitt der Kurbelwelle und wird nach
außen geschleudert. Es fließt dann in die verschiedenen Zylinder und schmiert die
Zylinderwände, Kolben und Kolbenbolzen der Kompressionsanlage.
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Für das erfolgreiche Arbeiten eines Kompressors einer in der Fig.
1. gezeigten Ausführungsart ist es wichtig, daß die Druckdifferenz zwischen den
sich gegenüberliegenden Seiten des Lagers aufrechterhalten bleibt. Jede ungeregelte
Entlüftung des Lagers macht diesen Zustand zunichte. Die sichere erfindungsgemäße
Entlüftungsvorrichtung des Lagers verhindert, daß das Öl in einer Weise in
den Motorraum fließt, bei der ein gegenfließender Ölstrom ausgebildet wird, der
den Durchfluß des Kältemittelgases vom Kurbelgehäuse zum Motorraum unterbricht.
Die größte Belastung der Kurbelwelle liegt dann vor, wenn die Kolben in den Zylindern
im oberen Totpunkt stehen, d. h. beim Ende des Druckhubes. Der exzentrische Abschnitt
der Kurbelwelle liegt deshalb dem oberen Totpunkt am nächsten,
wenn
dort der jeweilige Kolben steht. Demzufolge tritt die maximale Belastung der Kurbelwelle
auf der gegenüberliegenden Seite der Kurbelwelle oder auf der dem exzentrischen
Abschnitt gegenüberliegenden Seite auf. Die andere Seite der Welle wird nicht so
stark belastet. Es ist demzufolge üblich, die senkrechte Auskehlung auf jener.Seite
der Welle vorzusehen, auf der auch der exzentrische Abschnitt liegt, da diese der
verhältnismäßig geringer belastete Abschnitt der Welle ist.
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Durch die vorliegende Erfindung wird eine Lagerausbildung geschaffen,
bei der nicht nur für die Schmierung des Lagers gesorgt ist, sondern auch für die
Schmierung der Kompressionsanlage, und zwar auf eine sehr billige und völlig neuartige
Weise. Darüber hinaus wird durch diese Anordnung ein Durchfluß kleiner Ölmengen
in den Motorraum verhindert, denn von dort könnte das Öl in die Ansaugkanäle der
Kompressionsanlage gelangen und schließlich das Wärmeaustauschvermögen der verschiedenen
Wärmeaustauschteile in dem Kältemittelkreislauf beeinträchtigen. Dieses wird durch
das hinzukommende Merkmal erzielt, das durch die sichere Entlüftung der Lager und
der verschiedenen Ölkanäle in der Kurbelwelle nach einer Inbetriebnahme keine Dampfsperre
eine gleichmäßige Schmierung der Lager verhindert.
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Da nur eine bevorzugte Ausführungsart der Erfindung beschrieben wurde,
sei darauf verwiesen, daß die Erfindung nicht auf diese beschränkt ist, sondern
sich auch auf andere Weise innerhalb des sich aus den folgenden Ansprüchen ergebenden
Schutzbereiches darstellen läßt.