DE19711448C2 - Flügelzellenverdichter - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Flügelzellenverdichter, wie er z. B. in Klimaanlagen für Kraftfahrzeuge Verwendung finden kann.

Ein Flügelzellenverdichter hat normalerweise einen Hubring, in welchem ein Rotor drehbar angeordnet ist, welcher seinerseits auf einer Antriebswelle befestigt ist. An einer vorderen Stirnseite des Hubrings ist ein vorderer Seitenblock befestigt, und an der rückwärtigen Stirnseite des Hubrings ein rückwärtiger Seitenblock. Ferner ist an einer vorderen Stirnseite des vorderen Seitenblocks ein vorderes Kopfteil befestigt, und ebenso ist ein rückwärtiges Kopfteil an einer rückwärtigen Stirnseite des rückwärtigen Seitenblocks befestigt. Im Außenumfang des Rotors sind axial verlaufende Flügelnuten mit gleichen Umfangsabständen ausgebildet, und in jeder Nut ist ein zugeordneter Flügel radial verschiebbar angeordnet. Die Endabschnitte der zum Antrieb des Rotors dienenden Antriebswelle sind mittels Radiallagern drehbar gelagert, von denen eines im vorderen Kopfteil und eines im rückwärtigen Kopfteil angeordnet ist.

Eine Förderdruckkammer wird definiert durch eine Innenwand des vorderen Kopfteils, die vordere Stirnfläche des vorderen Seitenblocks, und die vordere Stirnseite des Hubrings; in diese Förderdruckkammer fließt Kühlgas, das aus Verdichtungskammern gefördert wird.

Wenn das unter hohem Druck stehende Kühlgas in die Förderdruckkammer geströmt ist, trennt es sich in Gas und Schmiermittel, und das Schmiermittel sammelt sich am Boden der Förderdruckkammer.

Die Erfahrung zeigt, daß bei einer Vergrößerung des Volumens der Förderdruckkammer deren Fähigkeit zur Ölabscheidung, und auch zur Reduzierung von Hochdruckpulsationen, verbessert wird.

Vergrößert man jedoch den Innenraum des vorderen Kopfteils, um das Volumen der Förderdruckkammer zu erhöhen, so ver­ größert das Gewicht und Größe des vorderen Kopfteils und führt auch zu erhöhten Herstellungskosten bei einem solchen Verdichter.

So zeigt die DE 31 45 762 A1 in einer Version einen Flügel­ zellenverdichter mit einem zusätzlichen äußeren Gehäuse zur Bildung einer Hochdruckkammer, und eine andere Version mit einem vergrößerten Kopfteil, in dem sich eine entsprechend große Hochdruckkammer befindet.

Die DE 37 09 711 C2 zeigt einen Flügelzellenverdichter mit einem zusätzlichen äußeren Gehäuse, in dem eine Hoch­ druckkammer ausgebildet ist.

Die DE 39 03 054 C2 zeigt ebenfalls einen Flügelzellenverdichter mit einem zusätzlichen äußeren Gehäuse, in dem eine Hochdruck­ kammer ausgebildet ist.

Alle diese bekannten Flügelzellenverdichter haben durch ihr Außengehäuse ein erhöhtes Bauvolumen und auch ein er­ höhtes Gewicht.

Deshalb ist es eine Aufgabe der Erfindung, einen neuen Flügelzellenverdichter mit verbesserter Ölabscheidung bereitzustellen.

Nach der Erfindung wird diese Aufgabe gelöst durch den Gegenstand des Patentanspruchs 1. Hierbei dient der mindestens eine im Hubring vorgesehene Hochdruckraum, welcher direkt mit der Hochdruckkammer in Verbindung steht, als Erweiterung der Förderdruckkammer, so daß es möglich ist, das Volumen der Hochdruckkammer zu erhöhen, ohne Größe und Gewicht des vorderen Kopfteils zu erhöhen, in dem sich die Hochdruck­ kammer befindet, so daß die Fähigkeit der Hochdruck­ kammer, Öl abzuscheiden, verbessert wird und Hochdruck­ pulsationen verringert werden. Ferner ist es möglich, Größe und Gewicht des vorderen Kopfteils zu reduzieren, ohne das Volumen der Hochdruckkammer zu verringern.

Eine bevorzugte Weiterbildung der Erfindung ist Gegen­ stand des Patentanspruchs 2. Man erhält so einen einfachen Aufbau eines solchen Verdichters, und eine einfache Montage, weil durch die Montage der mindestens eine Hochdruckraum direkt mit der Öffnung der Hochdruckkammer verbunden wird.

Eine andere Ausgestaltung der Erfindung ist Gegenstand des Patentanspruchs 3. Auf diese Weise kann das im Hubring verfügbare Volumen optimal zur Vergrößerung des Hochdruck­ raums genutzt werden.

Bei der bevorzugten Ausführungsform ist es möglich, dicke Abschnitte des Hubrings bezüglich Anzahl und Volumen zu verringern. Gleichzeitig erleichtert man die Herstellung einer Mehrfachform bzw. eines Mehrfachwerkzeugs, mittels deren (dessen) es möglich ist, in einem einzigen Arbeitsgang eine Mehrzahl von Hubringen im Druckgußverfahren herzustellen.

Weitere Einzelheiten und vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus dem im folgenden beschriebenen und in der Zeichnung dargestellten, in keiner Weise als Einschränkung der Erfindung zu verstehenden Ausführungsbeispiel, sowie aus den übrigen Ansprüchen. Es zeigt:

Fig. 1 einen Längsschnitt durch einen Flügelzellenverdichter nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung,

Fig. 2 eine Draufsicht auf das rückwärtige Ende eines vorderen Kopfteils, in welchem ein vorderer Seitenblock angeordnet ist, wobei zwischen Kopfteil und Seitenblock eine umlaufende Öffnung einer Förderdruckkammer 10 sichtbar ist,

Fig. 3 eine Draufsicht auf die vordere Stirnseite eines Hubrings, sowie auf den in diesem angeordneten Rotor 2 mit seinen Flügeln, und

Fig. 4 einen Schnitt, gesehen längs der Linie A-A der Fig. 3.

Der im Ausführungsbeispiel dargestellte Flügelzellenverdichter hat einen Hubring 1, ferner ein vorderes Seitenteil 25, das im folgenden auch als erstes Seitenteil bezeichnet wird, und ein rückwärtiges Seitenteil 20, welches im folgenden auch als zweites Seitenteil bezeichnet wird. Wie dargestellt, schließen sich die Seitenteile 25 und 20 an gegenüberliegende offene Stirnseiten des Hubrings 1 an. Ein Rotor 2 ist drehbar im Hubring 1 angeordnet; er ist auf einer Antriebswelle 7 befestigt, welche ihrerseits mittels eines Radiallagers 8 im vorderen Seitenteil 25 und eines Radiallagers 9 im rückwärtigen Seitenteil 20 gelagert ist. Der Hubring 1, das vordere Seitenteil 25, und das rückwärtige Seitenteil 20 werden in der dargestellten Weise durch Schraubenbolzen zusammengehalten, von denen einer in Fig. 1, unten, dargestellt ist.

Das vordere Seitenteil 25 weist einen vorderen Seitenblock 3 auf, der an der vorderen Stirnseite des Hubrings 1 befestigt ist, und ein vorderes Kopfteil 5, welches an der vorderen Stirnseite des Hubrings 1 so befestigt ist, daß es den vorderen Seitenblock 3 umschließt.

Im vorderen Kopfteil 5 befindet sich ein Auslaßanschluß 5a, durch den unter Druck stehendes Kühlgas gefördert wird. Der Auslaßanschluß 5a steht in Verbindung mit einer Förderdruckkammer (Hochdruckkammer) 10, in welche unter Druck stehendes Kühlgas strömt, das von nachfolgend beschriebenen Verdichtungskammern gefördert wird. Die Förderdruckkammer 10 wird gebildet von einer Innenwand des vorderen Kopfteils 5, einer vorderen Stirnseite des vorderen Seitenblocks 3, und der vorderen Stirnseite des Hubrings 1. Wie Fig. 2 zeigt, befindet sich an der rückwärtigen Stirnseite des vorderen Kopfteils 5 eine Öffnung der Förderdruckkammer 10, und letztere wird abgeschlossen vom vorderen Seitenblock 3 und dem Hubring 1. Schmiermittel, welches aus dem Kühlgas in der Förderdruckkammer 10 abgeschieden wurde, sammelt sich an deren Boden.

Wie Fig. 2 zeigt, hat die dort dargestellte Öffnung 39 der Förderdruckkammer 10 einen äußeren Rand 40 mit insgesamt sechs radialen Ausbuchtungen 40a bis 40f, und dieser äußere Rand 40 wird gebildet von der radial inneren Seite des Kopfteils 5. Ferner hat diese Öffnung 39 einen inneren Rand 42, der gebildet wird von der äußeren Peripherie des vorderen Seitenblocks 3.

Wie die Fig. 1 und 2 zeigen, sind im vorderen Seitenblock 3 Kühlmittel-Auslaß- Durchlässe 3a vorgesehen, welche eine Verbindung zwischen im Hubring 1 vorgesehenen Förderdruckräumen 1a und der Förderdruckkammer 10 herstellen. Diese Durchlässe 3a sind in der äußeren Peripherie des Seitenblocks 3 ausgebildet.

Das rückwärtige Seitenteil 20 wird bei dieser Ausführungsform nur von einem rückwärtigen Kopfteil 6 gebildet, welches an der rückwärtigen Stirnseite des Hubrings 1 unter Zwischenschaltung eines O-Rings 22 befestigt ist. Im rückwärtigen Kopfteil 1 ist ein Sauganschluß 6a ausgebildet, durch welchen Kühlgas in den Verdichter angesaugt wird. Der Sauganschluß 6a steht in Verbindung mit einer Saugdruckkammer 11, welche im rückwärtigen Kopfteil 6 ausgebildet ist.

Wie Fig. 3 zeigt, sind beim Ausführungsbeispiel zwei Verdichtungsräume 12 vorgesehen. Diese werden definiert durch den Innenumfang des Hubrings 1 und den Außenumfang des Rotors 2 und liegen einander diametral gegenüber, vgl. Fig. 3. Fig. 1 zeigt nur einen dieser Verdichtungsräume 12. Im Außenumfang des Rotors 2 sind axial verlaufende Flügelnuten 13 mit gleichen Umfangsabständen angeordnet, und in jeder dieser Nuten 13 ist ein Flügel 14 radial verschiebbar angeordnet. Die Verdichtungsräume 12 werden durch die Flügel 14 in Verdichtungskammern unterteilt, deren Volumina sich bei der Drehung des Rotors 2 ständig ändern.

Ferner sind im Hubring 1 Förderdruckräume 1a ausgebildet, denen aus den erwähnten Verdichtungskammern unter Druck stehendes Kühlgas zugeführt wird. Fig. 1 zeigt nur einen der Förderdruckräume 1a. Zwei Paare von Kühlmittel-Auslaßöffnungen 16, 16 durchdringen gegenüberliegende Innenwände des Hubrings 1, welche die Förderdruckräume 1a von den Verdichtungsräumen 12 trennen, und die Lage dieser Auslaßöffnungen 16, 16 entspricht den Verdichtungsräumen 12, wie das in Fig. 3 klar dargestellt ist. Fig. 1 zeigt nur ein Paar von Kühlmittel-Auslaß-Durchlässen 16, 16. Wenn sich diese Auslässe 16, 16 öffnen, wird das unter Druck stehende Kühlgas aus den Verdichtungskammern über die Kühlmittel-Auslaß-Durchlässe 16 gefördert und strömt durch die Förderdruckräume 1a und den Kühlmittel-Auslaß- Durchlaß 3a in die Förderdruckkammer 10.

In den beiden Förderdruckräumen 1a ist jeweils ein hohlzylindrischer Ventilhalter 31 angeordnet, der mit einem Auslaßventil 19 und einem Ventilanschlag 32 versehen ist, um das Auslaßventil 19 von der Innenseite zu halten. Sowohl das Auslaßventil 19 wie der Ventilanschlag 32 sind bogenförmig ausgebildet und mittels zweier Befestigungsschrauben 33, 33 (Fig. 1) am Ventilhalter 31 befestigt. Im Ventilhalter 31 sind zwei durchgehende Ausnehmungen 33a, 33a ausgebildet, welche hinsichtlich ihrer Lage den Kühlmittel-Auslaß-Durchlässen 16 bzw. 16 entsprechen. Auf der rückwärtigen Stirnseite des Hubrings 1 sind (nicht dargestellte) Kühlmittel-Einlässe ausgebildet, und Kühlgas aus der Saugdruckkammer 11 wird über diese Einlässe den entsprechenden Verdichtungskammern zugeführt.

Acht Hochdruckräume 30a bis 30h öffnen sich an vorgegebenen Abschnitten der vorderen Stirnseite des Hubrings 1, welche Abschnitte lagemäßig der Öffnung 39 der Förderdruckkammer 10 entsprechen, welche Öffnung 39 an der rückwärtigen Stirnseite des vorderen Kopfteils 5 ausgebildet ist, so daß die Hochdruckräume 30a bis 30h jeweils in Direktverbindung mit der Förderdruckkammer 10 stehen. Wie Fig. 4 klar zeigt, erstrecken sich die Hochdruckräume 30a bis 30h etwa nach Art von Sackbohrungen in Längsrichtung tief in die Wände des Hubrings 1, ausgehend von den vorgegebenen Abschnitten der vorderen Stirnseite und in Richtung zur rückwärtigen Stirnseite des Hubrings 1.

Arbeitsweise

Von einem (nicht dargestellten) Motor wird der Welle 7 ein Drehmoment zugeführt, und dieses treibt den Rotor 2 an. Kühlgas, das aus dem Kühlmittel- Auslaßanschluß eines (nicht dargestellten) Verdampfers strömt, wird über den Sauganschluß 6a in die Saugdruckkammer 11 angesaugt. Über die (nicht dargestellten) Kühlmittel-Einlaßöffnungen wird das Kühlgas aus der Saugdruckammer 11 in die Verdichtungsräume 12 angesaugt.

Durch die Flügel 14 sind die Verdichtungsräume 12 in fünf Verdichtungskammern unterteilt, deren Volumina bei einer Drehung des Rotors jeweils zu- und abnehmen, wodurch Kühlgas, das in einer Verdichtungskammer zwischen zwei benachbarten Flügeln 14 eingeschlossen ist, verdichtet wird; das verdichtete Kühlgas öffnet die Auslaßventile 19 und strömt über die Kühlmittel-Auslaß-Durchlässe 16, 16 in den zugeordneten Förderdruckraum 1a.

Das unter Druck stehende Kühlgas, das in die Förderdruckräume 1a strömt, strömt durch die Kühlmittel-Auslaß-Durchlässe 3a weiter in die Förderdruckkammer 10 und wird von dort durch den Förderdruck-Anschluß 5a hinausgepumpt. Das Kühlgas, welches in die Förderdruckkammer 10 geströmt ist, erfährt dort eine Abscheidung von Öl (Schmiermittel), und dieses aus dem Kühlgas abgeschiedene Schmiermittel sammelt sich am Boden der Förderdruckkammer 10.

Die Hochdruckräume 30a bis 30h, welche in der vorderen Stirnseite des Hubrings 1 in der vorstehend beschriebenen Weise ausgebildet sind, stehen über die Öffnung 39 in direkter Verbindung mit der Förderdruckkammer 10 und dienen folglich als Erweiterungen dieser Kammer 10.

Beim vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel wird also das Volumen der Förderdruckkammer 10 um das Gesamtvolumen der Hochdruckräume 30a bis 30h - in Gestalt von Erweiterungen der Förderdruckkammer 10 - vergrößert, und dadurch wird es möglich, das Volumen der Förderdruckkammer 10 zu vergrößern, ohne das vordere Kopfteil 5 vergrößern zu müssen, so daß man zwei vorteilhafte Wirkungen erhält:

• - Die Fähigkeit der Förderdruckkammer 10 des Verdichters, Öl (Schmiermittel) abzuscheiden, wird vergrößert, und
• - die Hochdruckpulsationen werden verringert.

Umgekehrt ist es auch möglich, die Größe des vorderen Kopfteils 5 des Verdichters zu verringern, ohne dabei das Volumen der Förderdruckkammer 10 zu reduzieren.

Ferner ergibt sich, wie in Fig. 3 dargestellt, durch die Hochdruckräume 30a bis 30h eine Verringerung der dicken Abschnitte des Hubrings 1 hinsichtlich Anzahl und Volumen. Gleichzeitig erleichtert man so die Herstellung einer Mehrfachform bzw. eines Mehrfachwerkzeugs, mittels deren (dessen) es möglich wird, in einem einzigen Arbeitsgang eine Mehrzahl von Hubringen im Druckgußverfahren herzustellen.

Es ist darauf hinzuweisen, daß im Unterschied zu einer bekannten Methode zum Erzielen eines verringerten Gewichts des Hubrings, bei welcher sogenannte Gewichtsverringerungslöcher an einer Außenumfangswand des Hubrings hergestellt werden, bei der vorliegenden Erfindung der Hubring 1 erleichtert bzw. ausgedünnt wird, indem in ihm Räume, nämlich die Hochdruckräume 30a bis 30h, ausgebildet werden, so daß seine Steifigkeit vergrößert wird.

Abschließend ist noch darauf hinzuweisen, daß gemäß Fig. 3 beiderseits des linken Förderdruckraums 1a zwei relativ kleine Hochdruckräume 30f und 30g angeordnet sind, denen in Fig. 2 die Ausbuchtung 40a zugeordnet ist. Ebenso sind beiderseits des in Fig. 3 rechten Förderdruckraums 1a zwei kleine Hochdruckräume 30b, 30c vorgesehen, denen die Ausbuchtung 40d zugeordnet ist.

Zwischen den kleinen Hochdruckräumen 30b, 30g liegen in Fig. 3 oben zwei große Hochdruckräume 30a, 30h, denen die Ausbuchtungen 40e bzw. 40f zugeordnet sind, und zwischen den kleinen Hochdruckräumen 30c und 30f liegen in Fig. 3 unten zwei große Hochdruckräume 30d und 30e, denen die Ausbuchtungen 40c bzw. 40b zugeordnet sind. Es liegen einander diametral gegenüber und sind im wesentlichen symmetrisch zueinander ausgebildet die Hochdruckräume 30a-30e, 30b-30f, 30c-30g, und 30d-30h. Auf diese Weise wird beim bevorzugten Ausführungsbeispiel das im Hubring 1 verfügbare Volumen sehr gut für die Vergrößerung des effektiven Volumens der Förderdruckkammer 10 ausgenutzt. Bei den größeren Hochdruckräumen 30a, 30d, 30e, 30h ist die Erstreckung in Umfangsrichtung bevorzugt größer als die Erstreckung in Radialrichtung, wobei der Fig. 3 bevorzugte Maßverhältnisse entnommen werden können.

Naturgemäß sind im Rahmen der vorliegenden Erfindung vielfache Abwandlungen und Modifikationen möglich.

Claims (12)

1. Flügelzellenverdichter mit einem Rotor (2), welcher in einem Hubring (1) drehbar angeordnet ist, mit einem ersten Seitenteil (25), das an einer Stirnseite des Hubrings (1) befestigt ist, mit einem zweiten Seitenteil (20), das an einer anderen Stirnseite des Hubrings (1) befestigt ist, mit einer im ersten Seitenteil (25) vorgesehenen Hochdruckkammer (10), und mit mindestens einem im Hubring (1) vorgesehenen Hochdruckraum (30a bis 30h), der sich zu der einen Stirnseite des Hubrings (1) so öffnet, daß dieser mindestens eine Hochdruckraum (30a bis 30h) in direkter Verbindung mit der Hochdruckkammer (10) steht.

2. Flügelzellenverdichter nach Anspruch 1, bei welchem das erste Seitenteil (25) einen Seitenblock (3) und ein Kopfteil (5) aufweist, welche so an der einen Stirnseite des Hubrings (1) befestigt sind, daß das Kopfteil (5) den Seitenblock (3) umschließt, wobei die Hochdruckkammer (10) im Kopfteil (5) so ausgebildet ist, daß sie sich in Richtung zum Hubring (1) öffnet und an einer hubringseitigen Stirnseite des Kopfteils (5) mindestens eine Öffnung (39) bildet, und der mindestens eine Hochdruckraum (30a bis 30h) im Hubring (1) so ausgebildet ist, daß er sich an Abschnitten des einen Endes des Hubrings (1) öffnet, welche lagemäßig der mindestens einen Öffnung (39) der Hochdruckkammer (10) entsprechen.

3. Flügelzellenverdichter nach Anspruch 1 oder 2, bei welchem eine Mehrzahl von Hochdruckräumen (30a bis 30h) im Hubring (1) in umfangsmäßig beabstandeter Weise angeordnet ist.

4. Flügelzellenverdichter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem der Hubring (1) eine Mehrzahl von Hochdruckräumen (30a bis 30h) aufweist, welche in ihm mit Umfangsabständen angeordnet sind.

5. Flügelzellenverdichter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem sich der mindestens eine im Hubring (1) vorgesehene Hochdruckraum (30a bis 30h) nicht bis zur anderen Stirnseite des Hubrings (1) erstreckt.

6. Flügelzellenverdichter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem der mindestens eine im Hubring (1) vorgesehene Hochdruckraum (30a bis 30h) nicht durch in der Innenwand des Hubrings (1) vorgesehene Durchbrechungen in direkter Verbindung mit der Innenseite des Hubrings (1) steht.

7. Flügelzellenverdichter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem, bei einem Flügelzellenverdichter mit zwei diametral gegenüberliegenden Verdichtungsräumen (12), die mit der Hochdruckkammer (10) in Verbindung stehenden Hochdruckräume (30a bis 30h) mindestens teilweise diametral gegenüberliegend ausgebildet sind.

8. Flügelzellenverdichter nach Anspruch 7, bei welchem die diametral gegenüberliegenden Hochdruckräume (z. B. 30a und 30e) im wesentlichen symmetrisch zueinander ausgebildet sind.

9. Flügelzellenverdichter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem auf jeder Seite eines mit Auslaßventilen (19) versehenen Förderdruckraums (1a) mindestens ein Hochdruckraum (z. B. 30b, 30c) angeordnet ist.

10. Flügelzellenverdichter nach Anspruch 9, bei welchem auf jeder Seite eines mit Auslaßventilen (19) versehenen Förderdruckraums (1a) zwei unterschiedlich große Hochdruckräume angeordnet sind, von denen der kleinere (z. B. 30b, 30c) näher beim mit Auslaßventilen versehenen Förderdruckraum (1a) liegt als der größere (z. B. 30a, 30d).

11. Flügelzellenverdichter nach Anspruch 10, bei welchem der größere Hochdruckraum (z. B. 30a, 30d) eine Querschnittsform aufweist, deren Erstreckung in Umfangsrichtung des Hubrings (1) größer ist als die Erstreckung in Radialrichtung des Hubrings (1).

12. Verwendung eines Flügelzellenverdichters nach einem der vorhergehenden Ansprüche als Kühlmittelverdichter in der Klimaanlage eines Kraftfahrzeugs.