DE2230476C3 - Anordnung zur Be- und Entlüftung des Wälzkörperraumes eines In einem hermetisch gekapselten Hubkolbenverdichter eingebauten Wälzlagers - Google Patents

Description

durch elastische Dichtungen verschlossen ist und ring (43) geführten Radialbohrung (44) und eine;

die Kolben und Lager des mit dem Antriebs- j_n der Mantelfläche der Kurbelwelle (45) ange

motor eine gemeinsame Welle aufweisenden Ver- ordneten Längsbohrung (46) besteht (F i g. 7).

dichters zur ölfreien Verdichtung von Gasen io

bzw. Dämpfen für Trockenlauf ausgelegt sind,

dadurch gekennzeichnet, daß der Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Be-

Wälzkörperraum (22, 23) an ein, einen schnellen und Entlüftung des Wälzkörperraumes eines in Druckausgleich zum Kurbelgehäuseraum (3) oder einem hermetisch gekapselten Hubkolbenverdichtei Motorraum (4) bewirkendes Kanalsystem (28, 15 eingebauten Wälzlagers, wobei der Wälzkörperraum 29, 30; 34, 35; 37, 39; 41, 42) angeschlossen ist, lebzeitgeschmiert und durch elastische Dichtungen das nach der Beziehung für den Kanalfaktor verschlossen ist und die Kolben und Lager des mit

_D _ dem Antriebsmotor eine gemeinsame Welle auf-

K — J- weisenden Verdichters zur ölfreien Verdichtung von

^ 20 Gasen bzw. Dämpfen für Trockenlauf ausgelegt sind.

definiert ist, wobei K für Radialbohrungen etwa Die Lösung des Problems des Fettaustrittts aus

den Wert 400 und für Axialbohrungen etwa den Wälzlagern der vorgenannten Art ist Vorausse¹ zung Wert 265 aufweist, und D den Hüllkreisdurch- für den über lange Zeiträume hinweg geforderten messer des Lagers, B seine Breite und d den einwandfreien und wartungslosen Betrieb eines her-Durchmesser der radial endenden Bohrung des 25 metisch gekapselten Hubkolbenverdkhters. Nur so Druckausgleichskanals bedeuten. können die Möglichkeiten vorzeitiger Zerstörung

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch ge- bzw. unzumutbarer Verringerung der Lebensdauer kennzeichnet, daß die Wälzkörper (20, 21) des solcher Maschinen ausgeschlossen und die Gefahr zwischen Pleuelstange (16, 17) und Kurbelwelle der Untauglichkeit solcher Verdichter für einen vor-(15) angeordneten Lagers direkt auf der Kurbel- 30 gesehenen Einsatzfall beseitigt werden.

welle (15) aufliegen, und »das Kanalsystem aus Die Erfindung geht unter anderem von der Erin der Kurbelwelle angeordneten Radialbohrun- kenntnis aus, daß sich die Gefahr des Fettaustrittes gen (29, 30, 31) und einer in axialer Richtung aus den Triebwerkslagern auf den Ermüdungsbruch verlaufenden Längsbohrung (28) besteht. des Dichtungswerkstoffes, vor allem an den Ein-

3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, da- 35 spannstellen der Dichtung gründet. Dieser kann vordurch gekennzeichnet, daß die Wälzkörperräume zeitig erfolgen durch den auch bei konstanten be-(22, 23) mit der Längsbohcung (28) verbinden- triebsbedingungen eines Tauchkolbenkompressors den Radialbohrungen (29, 30) im von der Pleuel- erfolgenden periodischen Druckwechsel im Kurbelstange (16, 17) übergriffenen Bereich der Kurbel- raum, der die zur Abdichtung der befetteten Wälzwelle (15) liegen, und die die Längsbohrung (28) 40 lager dienenden elastischen Bauelemente dauernd und den Kurbelgehäuseraum (3) verbindende beansprucht.

Radialbohrung (31) außerhalb des von der Als Ursache dieses Verhaltens wurde die Tatsache

Pleuelstange (16, 17) übergriffenen Bereichs in erkannt, daß der Druckwechsel vom Kurbelraum

der Kurbelwelle (15) angeordnet ist. her, im wesentlichen nur auf die jeweilige Außen-

4. Anordnung nach Anspruch 1, 2 oder 3, da- 45 fläche der Dichtungen wirkt, während auf der Innendurch gekennzeichnet, daß die Längsbohrung seite eine weitgehend konstante Mitteldrucklage (28) im entlasteten Bereich zwischen Außen- herrscht, die nicht dem durch Drehzahl und Zylindermantel und Drehachse in der Kurbelwelle (15) anzahl bedingten schnellen Außendruckwechsel folgt, angeordnet ist. Allein die hieraus resultierende Druckdifferenz be-

5. Anordnung nach Anspruch 1, 2 oder 3, da- 50 ansprucht die Dichtelemente in dem zuvor beschriedurch gekennzeichnet, daß die in den Wälz- benen schädlichen Sinn, mit den über die Zeit körperraum einmündenden Enden der Radial- wirksam werdenden nachteiligen Folgen,
bohrungen (29, 30) trichterförmig ausgebildet Darüber hinaus wird diese schädliche Wirkung sind und außerhalb der tragenden Zonen der noch dadurch erheblich verstärkt, daß bei schnellen Wälzkörper (20, 21) enden. 55 Änderungen der Betriebsdrucklage im Kurbelraum

6. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch ge- eine Überbeanspruchung der in die Lager eingesetzkennzeichnet, daß das Kanalsystem aus einer in ten elastischen Dichtungen erfolgen kann, die sich den Außenring (33) des Wälzlagers eingebrach- aus den hierbei zusätzlich auf die Dichtelemente ten Längs- (34) und Querbohrung (35) besteht wirkenden höheren Druckdifferenz ergibt.

(F i g. 4). 60 Weiterhin treten diese Probleme in verschärftem

7. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch ge- Maße auf, wenn solche Maschinen bei der Fertigung kennzeichnet, daß das Kanalsystem aus einer in der Fabrik entsprechend den gesetzlichen Sichersenkrecht zur Kurbelwelle durch den Außenring heitsbestimmungen hinsichtlich Druckbeständigkeit (36) geführten Bohrung (37) und einer in der und Gasdichtheit geprüft werden, was stets am Pleuelstange (38) parallel zur Kurbelwelle ver- 65 Fertigprodukt als letzter Arbeitsgang erfolgt, d.h. laufenden Bohrung (39) besteht (F i g. 5). bei gekapselten Motorverdichtern nach Verschweißen

8. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch ge- der Gehäusekapselung und bei halbgekapselten Auskennzeichnet, daß das Kanalsystem aus einer in führungen nach Abdichten und Verschraubune der

Gehäusedeckel. Es ist üblich, bei solchen Prüfungen den Kompressor auf die vorgeschriebene Drucklage aufzupumpen, ihn bis zur Beendigung der Dichtheitskontrolle stehen zu lassen, und den Druck nach erfolgtem Test rasch, z. B. durch öffnen eines Schnellschlußventils, abzulassen. Dabei baut sich der Druck im Kompressorgehäuse, d. h. um das Triebwerk, vergleichsweise wesentlich schneller ab, als innerhalb der abgedichteten, befetteter. Lagerkammefn, weshalb beim Entlasten nach erfolgter Druckprobe die Dichtelemente zusätzlich beansprucht und dadurch besonders nachteilig beeinflußt werden.

Bei einem bekannten, hermetisch gekapselten Motorverdichter können die Wälzlager des Triebwerkes mit Fettverschmierung versehen und abgedichtet sein (DT-OS 1812 014). Das obengenannte Problem ist in dieser Schrift jedoch weder angesprochen noch sind irgendwelche Hinweise zu seiner Lösung zu erkennen.

In der GB-PS 613 250 ist ein Hubkolbenverdichter gezeigt mit einem zum Kurbelgehäuseraum abgedichteten Kurbellager. Irgendwelche Mittel um die Beanspruchung der Dichtungen zu verringern sind jedoch auch dieser Schrift nicht zu entnehmen.

Die GB-PS 1084 516 beschreibt schließlich abgedichtete Lager mit Entlüftungskanälen vom Wälzkörperraum zum Außenraum. Diese Kanäle sind verhältnismäßig eng und schmal, sie rind nur geeignet, langsame Druckänderungen im Wälzlagerraum auszugleichen, die durch Ausdehnung der Gase und Schmiermittel bei Temperaturerhöhungen entstehen. Für einen Ausgleich von schnellen Druckänderungen, wie sie im Kurbelgehäuseraum von Verdichtern hermetischer oder halbhermetischer Bauart mit beispielsweise einer Frequenz von 50 Hz auftreten, sind die Ausgleichskanäle gemäß der GB-PS nicht geeignet, da ihr enger, schmaler Kanalquerschnitt infolge seines Drosseleffekts schnelle Ausgleichsströmungen nicht zuläßt Die GB-PS liefert daher keinen Beitrag zur Lösung des eingangs genannten Problems.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung der eingangs genannten Art anzugeben, die einen raschen Druckausgleich im Wälzkörperraum gestattet, so daß das Lager über lange Zeit hinweg wartungsfrei und betriebssicher arbeitet, und insbesondere eine lange Lebensdauer der Dichtelemente gewährleistet ist. Dabei soll der Aufwand klein gehalten und eine wirtschaftliche Herstellung erreicht werden.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß der Wälzkörperraum an ein, einen schnellen Druckausgleich zum Kurbelgehäuseraum oder Motorraum bewirkendes Kanalsystem angeschlossen ist, das nach der Beziehung für den Kanalfaktor D ■ B

K = —-ρ— definiert ist, wobei K für Radialbobruna

gen etwa den Wert 400 und für Axialbohrungen etwa den Wert 265 aufweist. Zum raschen Druckausgleich ist der Wälzkörperraum also über ein definiertes Kanalsystem mit dem Kurbelgehäuseraum oder Motorraum verbunden. In der Bemessungsregel bedeuten D den Hüllkreisdurchmesser des Lageis, B seine Breite und d den Durchmesser der radial endenden Bohrung des Druckausgleichskanals, wobei sämtliche Maße in Millimeter einzusetzen sind. Der angegebene Wert für den Kanalfaktor der Längsbohrung sollte hierbei nicht überschritten und ein Wert von etwa K = 200 nicht unterschritten werden. Mit diesem Kanalsystem wird ein rascher Druckausgleich zwischen dem die Wälzkörper führender befetteten Lagerraum und dem umgebenden Kurbelgehäuseraum sichergestellt, so daß keine schädlicher Differenzdrucklagen bzw. daraus resultierende Kräfte mit entsprechend nachteiligen Wirkungen auf die elastischen Dichtelemente ausgeübt werden können. Für einen räumlich besonders klein zu bauenden ίο und platzsparenden Motorverdichter liegen nach einem vorteilhaften Merkmal der Erfindung die Wälzkörper des zwischen Pleuelstange und Kurbelwelle angeordneten Lagers direkt auf der Kurbelwelle auf, wobei das Kanalsystem aus in der Kurbellj welle angeordneten Radialbohrungen und einer in axialer Richtung verlaufenden Längsbohrung besteht, die im Bereich zwischen Mantelfläche und Drehachse in der Kurbelwelle angeordnet ist.

Weiterhin ist es auch möglich, das zur Verbindung ao zwischen dem die Wälzkörper führenden Lagerraum und dem umgebenden Kurbelgehäuseraum dienende Kanalsystem nicht in der Kurbelwelle anzuordnen, sondern nach einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform das Kanalsystem aus einer in den Außenring des Wälzlagers eingebrachten Längs- und Querbohrung aufzubauen. Bei dieser Ausführungsform kann gegebenenfalls auf den bei Lagern üblichen Innenring verzichtet und damit ebenfalls ein besonders raumsparender Motorverdichter geschaffen werden.

Die gleichen Vorteile weist eine andere Ausführungsform auf, bei der das Kanalsystem aus einer senkrecht zur Kurbelwelle durch den Außenring geführten Bohrung und einer in der Pleuelstange parallel zur Kurbelwelle verlaufenden Bohrung besteht. Wenn jedoch vorgefertigte Lager zum Einsatz gelangen und der beim Bau des Verdichters erforderliche Arbeitsaufwand auf ein Minimum begrenzt werden soll, kann das Kanalsystem aus einer in den Innenring des Wälzlagers eingebrachten Längs- und Querbohrung aufgebaut werden.

Ebenso ist es bei Verwendung kompletter Lagei möglich, das Kanalsystem aus einer senkrecht zui Kurbelwelle durch den Innenring geführten Bohrung und einer in der Mantelfläche der Kurbelwellen angeordneten Bohrung herzustellen.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden in dei Beschreibung, an Hand der Zeichnungen erläutert, Es zeigt

F i g. 1 ein schematisches Schnittbild des Motorkompressors,

F i g. 2 das Kanalsystem in der Kurbelwelle mil zugehöriger Pleuelstange,

F i g. 3 den Ausschnitt A aus F i g. 2 in vergrößerter Form und die

F i g. 4 bis 7 weitere Ausführungsformen des Kanalsystems, wobei sich bei
F i g. 4 das Kanalsystem im äußeren Lagerring,
F i g. 5 das Kanalsystem im äußeren Lagerring und der Pleuelstange,

F i g. 6 das Kanalsystem im inneren Lagerring und F i g. 7 das Kanalsystem im inneren Lagerring unc der Kurbelwelle befindet.

In der Fig. 1 ist mit 1 ein Gehäuse, dessen Innenraum durch eine Trennwand 2 in üblicher Weise ir einen Kurbelgehäuseraum 3 und einen Motorraum A unterteilt ist. Dieses den Kurbelgehäuseraum 3 unc den Motorraum 4 ummantelnde Gehäuse 1 ist nach

außen hermetisch abgeschlossen und aus gasdichtem und druckfestem Material hergestellt, wobei bei Verwendung einer Stahlkapselung die Trennfugen verschweißt, oder aber bei einer aus Guß bestehenden Ummantelung die erforderlichen Montageöffnungen durch entsprechende Deckel druckfest und gasdicht verschlossen werden können.

Im Motorraum 4 ist ein Elektromotor S eingebracht, dessen Rotor mit einer den Kurbelgehäuseraum 3 durchsetzenden Kurbelwelle (oder gegebenenfalls Exzenterwelle) 6 verbunden ist. Diese Kurbelwelle 6 dient zum Antrieb einer Pleuelstange 7, die ihrerseits verbunden ist mit einem im Zylinder 8 befindlichen Kolben 9. Dem beispielsweise als sauggasgekühlten Kompressor dargestellten Motorverdichter wird das zu fördernde Gas motorseitig zugeführt und in üblicher Weise durch den Elektromotor 5 geleitet. Dem Kolben 9 des vorzugsweise als Wechselstromverdichter ausgeführten Kompressors wird durch ein Saugarbeitsventil 10 und über einen zum Motorraum 4 führenden Kanal 11 das Fördermedium zugeführt, das nach seiner Verdichtung durch ein Druckarbeitsventil 12 in einen Druckraum 13 ausgeschoben wird. Zur Rückführung des von der Kompression herrührenden Leckgases, das in den Kurbelgehäuseraum 3 abströmt, ist ein Verbindungskanal 14 zum Motorraum 4 vorgesehen.

Bei dem als Tauchkolbenmaschine ausgeführten Kompressor unterliegt insbesondere der mit dem Fördermedium angefüllte Kurbelgehäuseraum 3 erheblichen Druckschwankungen, die sich beispielsweise bei Änderungen des Betriebszustandes der Maschine ergeben. Diese auftretenden Druckschwankungen beaufschlagen den gesamten nach außen hermetisch abgedichteten Kurbelgehäuseraum 3 und führen insbesondere bei darin befindlichen elastischen Materialien, beispielsweise den Lagerdichtungen zu schädlichen Folgen, vor allem dann, wenn auf deren Innen- und Außenseiten unterschiedliche Drücke einwirken.

Derartige Druckdifferenzen an den elastischen Lagerdichtungen werden vermieden im Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 2, in der ein Teil eines Triebwerkes eines gekapselten Motorverdichters im Schnitt dargestellt ist. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist mit 15 eine Kurbelwelle (oder gegebenenfalls Exzenterwelle) bezeichnet, an der ein oder mehrere der Kraftübertragung dienende Pleuelstangen angreifen. In diesen Pleuelstangen — hier — 16 bzw. 17 ist jeweils ein insbesondere als Nadellager ausgebildetes Wälzlager 18 bzw. 19 eingepreßt, wobei diese Wälzlager 18 bzw. 19 abgedichtet und als lebzeitgeschmierte Lager ausgebildet sind. Da insbesondere aus Gründen der Raumersparnis bei diesen Wälzlagern 18 und 19 keine Lagerinnenringe vorgesehen sind, laufen die zugehörigen Wälzkörper 20, 21 direkt auf der entsprechend oberflächenbehandelten Kurbelwelle 15. Die zur Aufnahme des Schmierstoffes dienenden Lagerkammern 22, 23 sind jeweOs beidseitig durch elastische Dichtelemente 24, 25, 26 bzw. 27 verschlossen, die, wie insbesondere die Fig. 3 zeigt, jeweils mit ihrem einen Ende in den entsprechenden Außenringen der Wälzlager 18 bzw. 19 befestigt sind,, und deren andere Enden auf der Kurbelwelle 15 aufliegen.

Zur Vermeidung von Druckdifferenzen an den elastischen Dichtelementen 24 bis 27 ist in der Kurbelwelle 15 ein Kanalsystem angeordnet, das zum Druckausgleich zwischen den Lagerkammern 22 bzw. 23 und dem diese umgebenden Kurbelgehäuseraum 3 dient.
Dieses Kanalsystem besteht aus einer in die Kurbelwelle 15 axial eingebrachten Längsbohrung 28 und weiteren Radialbohrungen 29, 30 und 31, wobei die Längsbohrung 28 durch die Radialbohrungen 29 bzw. 30 mit den entsprechenden Lagerkammern 22 bzw. 23 verbunden sind, und die Radialbohrung

ίο 31 eine Verbindung zwischen dem Kurbelgehäuseraum 3 und der Längsbohrung 28 herstellt.

In vorteilhafter Weise ist das Kanalsystem so innerhalb der Kurbelwelle 15 angeordnet, daß die axiale Längsbohrung 28 zumindest in der Wellenachse oder parallel dazu in Richtung der druckentlasteten Zone der Kurbelwelle 15 versetzt ist.

Weiterhin ist es zweckmäßig, die Radialbohrungen 29, 30 und 31 ebenfalls in der druckentlasteten Zone der Kurbelwelle 15 anzuordnen.

ao Die Bemessung der radial in Richtung der druckentlasteten Zone endenden Radialbohrungen 29, 30 und 31 des Kanalsystems vom Durchmesser her erfolgt so, daß einerseits eine Verringerung der Lebensdauer des Lagers vermieden wird, was besonders die

as den Bohrungsaustritt überrollenden Wälzkörper betrifft. Andererseits soll die Bemessung so erfolgen, daß die unvermeidbare Gasdrosselung durch Druckverlust in der Kanalbohrung weitgehend vermieden wird und eine Fertigung derselben noch in wirt-

schaftlich vertretbarer Weise erfolgen kann.

In der Regel wird es deshalb zweckmäßig sein, die Radialbohrungen 29 und 30 unmittelbar neben die tragende Zone der Wälzkörper anzuordnen und den Bohrungsdurchmesser nicht zu klein zu bemessen.

Der erforderliche rasche Druckausgleich ist erfindungsgemäß unter Zugrundelegung eines Kanalfaktors von £ä;400 zu erreichen, wobei sich der Kanalfaktor aus folgender Beziehung ergibt:

Hierin bedeuten:
K = Kanalfaktor,

D = HüHkreisdurchmesser des Wälzlagers in mm, B = Lagerbreite in mm,

d = Durchmesser der radial endenden Bohrung des Druckausgleichskanals in nun.

Die Bemessung der Längsbohrung 28 sollte mindestens das l,5fache des aus dem Kanalfaktor ermittelten Durchmessers d betragen, wobei der obere Grenzwert hierfür bei 2d liegt, entsprechend einem Kanalfaktor von etwa 265 bzw. etwa 200.

Die Druckausgleichswirkung kann in vorteilhafter Weise noch dadurch verbessert werden, daß von der Zentralbohrung 28 ausgehend, pro Lager mehrere radial endende Bohrungen angeordnet sind. Derartige Anordnungen werden als Mehrkanalsystem bezeichnet

Bei Lagern mit sehr großem Hüllkreisdurchmesser oder relativ großen Lagerkammern 22,23 ist die Anwendung des beschriebenen Mehrkanalsystems von vornherein zweckmäßig, um auch hier den gewünschten Effekt zu erreichen.
Um den erforderlichen, raschen Druckausgleich

ft

(ο

zu gewährleisten, sind Drosselwirkungen im Kanalsystem weitgehend zu vermeiden. Wie zuvor beschrieben ist, kann der Kanaldurchmesser nicht frei gewählt werden, weshalb die Gesamtlänge der Kanalbohrungen auf ein erreichbares Minimum zu bebeschränken ist, und Toträume jeglicher Art durch Füllstopfen 32 zu vermeiden sind.

Außerdem sind die Kanten der Ein- und Austrittsöffnungen des Kanalsystems in geeigneter Weise zu brechen, um Einschnürungen des vom Druckausgleich herrührenden Gasstromes an diesen Stellen zu vermeiden.

Weitere erfindungsgemäße Ausführungsbeispiele zeigen die F i g. 4 bis 7. Dabei besteht das dem Druckausgleich dienende Kanalsystem gemäß F i g. 4 aus einer in den Außenring 33 eingebrachten Radialbohrung 34, die verbunden ist mit einer ebenfalls in diesen Außenring 33 eingebrachte Längsbohrung 35, die mit dem Kurbelgehäuseraum 3 in Verbindung steht.

Weiter ist es nach F i g. 5 möglich, eine den gesamten Außenring 36 durchsetzende Radialbohrung 37 vorzusehen, die zum Kanalsystem vervollständigt wird durch eine in der Pleuelstange 38 befindliche Längsbohrung 39.

Bei diesen beiden letztgenannten Ausführungsbeispielen kann gegebenenfalls ebenfalls auf die Lagerinnenringe verzichtet und damit eine besonders klein bauende Maschine hergestellt werden.

Soll jedoch der Arbeitsaufwand bei der Herstellung des Motorverdichters auf ein Minimum begrenzt werden, so können auch die erforderlichen Wälzlager direkt mit einem dein Gasausgleich dienenden Kanalsystem ausgerüstet werden. Dabei ist es möglich, den Innenring 40 des Wälzlagers mit einer Radialbohrung 41 und einer korrespondierenden Längsbohrung 42 zu versehen (F i g. 6).

Weiter besteht, wie die Fig. 7 zeigt, die Möglichkeit, in den Innenring 43 eine Radialbohrung 44 einzubringen, die mit einer in der Mantelfläche der

ao Kurbelwelle 45 angeordneten Längsbohrung 46 zusammenwirkt.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen 609 686/450

V 787,.

Claims (1)

1 2 Patentansprüche: dem Innenring (40) des Wälzlagers «ngebrach ten Langs- (41) und Querbohrung (42) besteh

1. Anordnung zur Be- und Entlüftung des Wälz- (F i g. 6).

körperraumes eines in einem hermetisch gekapsel- 9. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch ge

ten Hubkolbenverdichter eingebauten Wälzlagers, 5 kennzeichnet, daß das Kanalsystem auf eine wobei der Wälzkörperraum lebzeitgeschmiert und senkrecht zur Kurbelwelle (45) durch den Innen