DE2337572A1 - Drehfluegelkompressor - Google Patents

Description

Patentanwälte Dr. Ing. H. Negendank

DIpI. Ing. H. HaucJc - Diol Phys. W. Schmitz

DIpI. Ing. E. Graalfs - Dipl. Ing. W. Wehnert

8 München 2, MeX^riGiraOe 23

Telefon 5 3 S 05 86

Borg-Warner Corporation

200 South Michigan Avenue 19. Juli 1973

Chicago, 111. 60604, USA Anwaltsakte M-2 747

Drehflügelkompressor

Die Erfindung betrifft einen Drehflü.gelkompressor, bei dem Druck· öl in die Räume unterhalb der einzelnen Flügel geliefert wird, um diese in dichter Berührung mit der Kompressionskammer oder der Zylinderwand zu halten.

Man glaubte ursprünglich, daß der Flügelspitzenverschleiß bei hohen Drehzahlen am ausgeprägtesten wäre. Am unteren Ende des ürehzahlbereichs liegen jedoch andere Bedingungen vor, die in ähnlicher Weise einen FlügelspitzenverschlsLß erzeugen. So ist z.B. bei Leerlaufbedingungen unter hohen Kondensatorspitzendrücken der Öldruck unterhalb der Flügel extrem hoch. Die ölpumpe wirkt im wesentlichen mehr als Drosselung des öl Stroms vom Behälter oder Sumpf zu den unter den Flügeln gelegenen Räumen, als daß sie als Pumpe wirkt. Zudem gewährleistet der Rotor bei langsameren Lauf eine beinahe vollständige Füllung

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des Rauras unter dem Flügel und verhindert ein Austreten von öl, wodurch der Druckaufbau verstärkt wird.

Bei der vorliegenden Erfindung ist (vorzugsweise in einer der Kompressorendplatten) ein Kanal vorgesehen, der den unter den Flügeln gelegenen Raum mit der Austrittszone verbindet, wenn sich die Flügel dem Berührungspunkt nähern. An diesem Punkt hat der Flügel etwa 251 seiner völlig eingefahrenen Länge und der Raum unterhalb des Flügels liegt dementsprechend innerhalb etwa

; 25$ seines Mindestvolumens. Bei einer bevorzugten Ausführungsform kann das Eintrittsende des Kanals als gekrümmte Nut ausgebildet werden, so daß sie während ihrer Bewegung zum Berührungs-

■ punkt über eine kleine gekrümmte Strecke mit dem unter den Flügeln gelegenen Raum in Verbindung steht. Das entgegengesetzte Ende des Kanals führt einfach in die Gaseintrittskammer im Kompressor, dessen unterer Teil einen Sumpf für aus dem Austrittsgas abgeschiedenes öl bildet.

! Es wurde zusätzlich zur Druckentlastung an den Flügelspitzen ; durch Vermindern der den Flügel nach außen gegen die Zylinder- _; wand drückenden Kraft eine unerwartete Verbesserung im Betrieb gefunden. Beim üblichen System kann die aus teilweise mischba-ι rem Öl und Kühlmittel bestehende Mischung unter Umständen zurück zur Ansaugseite sickern. Folglich wird die kleinere Menge des im , öl befindlichen Kühlmittels wieder in die Ansaugseite des Kompressors eingeführt. Dies ist im wesentlichen ein Nebenstrom von Kühlmittel, das zwischen der Ansaugseite und der Austrittsseite vor- und zurückzirkuliert, was einen Förderverlust ergibt.

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Diese Erscheinung wird bei der vorliegenden Erfindung in hohem !

i.jaß vermieden. ι

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j ; - j

j Als Ergebnis des verminderten Flügeldrucks und der zugehörigen '

! Reibung an dem Punkt, an dem die Flügel die Zylinderwand be- j

■ rühren, wird der Leistungsbedarf auf ein Minimum gebracht. |

j Gleichzeitig wird die gesamte Fördermenge durch Einführen des ι

j Öls (und des Kühlmittels) in die Austrittskammer vergrößert.

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Weitere Merkmale, Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung eines Äusführungsbei- ; spiels anhand der Zeichnung. Darin zeigt:

Fig. 1 eine Seitenansicht mit weggebrochenen Teilen und teilweise im Querschnitt eines ürehflügelkompressors nach
der vorliegenden Erfindung;

Fig. 2 einen Schnitt entlang der Linie 2-2 in Fig. 1, der

hauptsächlich die Gehäuse- und RotoranOrdnung des j

i Kompressors darstellt.

Der offenbarte Kompressor hat ein Gehäuse 10, das einen Zylinder-\ aufbau 11 aufweist mit einer sich hindurch erstreckenden, zylindrischen Bohrung oder Wand, einer vorderen Lagerplatte 14 und

einer hinteren Lagerplatte 16, die alle durch eine Reihe von ' Stehbolzen 17 und Muttern 18, von denen nur eine Mutter in Fig.1 , gezeigt ist, miteinander befestigt sind. Das Gehäuse 10 sieht j einen geschlossenen Raum vor, der durch die zylindrische Wand 12

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j und die Lagerplatten 14 und 16, die als im Abstand angeordnete, parallele Endwände für den Raum dienen, gebildet wird. Eine exzentrische, in diesem Raum angeordnete Rotoranordnung 20 enthält einen geschlitzten Rotor 21 mit einer Reihe von vier am Umfang angeordneten Schlitzen, von denen sich jeder längs einer zur Rotorachse parallelen Ebene erstreckt. Das geschlossene Ende jedes Schlitzes wird der Einfachheit wegen als Bodenende bezeichnet. Jeder einer Reihe von vier hin- und hergehenden Flügeln 23 ist verschiebbar in einem entsprechenden Schlitz 23 angeordnet. Die exzentrische Anordnung der Rotoranordnung 20, in der zylindrischen Wand wird erzielt durch drehbaren Einbau des Rotors 21 auf einer gegenüber der Achse der Wand 12 versetzten Achse. Ein derartiger exzentrischer Einbau erzeugt eine halbmondförmige Kompressionskammer 24 zwischen dem Rotor 21, der Wand 12 und den beiden Wänden oder Lagerplatten 14 und 16.

Der Rotor 21 hat eine Antriebswelle 26, die in an den Platten j

i 14 und 16 befestigten Lagern 28 bzw. 29 gelagert ist. Das in Fig.j

■ 1 linke Ende der Welle 26 steht außerhalb der vorderen Lager-

platte 14 über, um das Antreiben dieser Welle zu erleichtern. i
! Da die dargestellte Ausführungsform besonders der Verwendung in Kraftfahrzeugen angepaßt ist, soll eine Keilriemenscheibe und eine nicht gezeigte Kupplung am linken Ende der Welle 26 befestigt werden, um ein Antreiben des Kompressors durch den Ventilator- oder Hilfsantriebskeilriemen des Kraftfahrzeugs zu ermöglichen. Der offenbarte Kompressor kann natürlich in vielen verschiedenen Umgebungen verwendet werden. Er kann auch in anderen als Kühlsystem oder Klimaanlagen verwendet werden zum Ver-

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dichten einer Vielzahl von gasförmigen Strömungsmitteln. Wie auch¹

ι der Antrieb beschaffen ist, er kann in üblicher Weise an die An- .

triebswelle 26 angekuppelt werden.

Der Kompressor ist so ausgelegt, daß er sich im Betrieb befindet,j wenn sich die Rotoranordnung 20 in Fig. 2 im Uhrzeigersinn dreht.! Wie noch zu beschreiben, werden die Flügel 23 unter allen Be- J triebsbedingungen in ihre in Fig. 2 gezeigten Stellungen nach außen gedrückt, um fest gegen die 2y linderwand zu drücken und hier-ι mit eine Strömungsmitteldichte, abgedichtete Verbindung zu bilden. Im Betrieb wird Ansauggas vom Verdampfer der Kraftfahrzeugklimaanlage einem im Zylinderaufbau 11 ausgebildeten Einlaß 35,zuge-

! führt. Wie in Fig. 2 gezeigt, strömt dieses Ansauggas in den An-

saugteil der Kompressionskammer 24. Dreht sich der Rotor im Uhrzeigersinn, so wird das Gas zwischen zwei benachbarten Flügeln 23 eingeschlossen und zum Auslaßbereich weiter befördert. In diesem Fall wird das Volumen zwischen den benachbarten Flügeln verkleinert, was einen entsprechenden Druckanstieg des Gases bewirkt. In der Auslaßzone ist eine Auslaßventilanordnung 38 angeordnet, die eine richtige Komprimierung der von einer Reihe von drei in den Zylinderaufbau 11 gebohrten Auslaßöffnungen 39 ausgehenden Gase sicherstellt, und die einen Rückstrom der Gase zurück in die Kompressionskammer 40 verhindert. Die Ventilanordnung 38 hat eine Blattfederbauweise mit einer Ventilplatte 40

'

ι und einer Vielzahl von Ventilblattfedern 41, die von einer Ven-

j tilabdeckung oder einem Anschlag 41a festgehalten werden. Das

\ aus den öffnungen 39 austretende Gas strömt in eine vom Zylinder-

■■■ aufbau 11 und einer Abdeckplatte 43 begrenzten Kammer 42.

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Die Verarbeitung des Gases nach seiner Lieferung zur Kammer 42 wird später betrachtet. An dieser Stelle soll kurz das Schmiermittelsystem des Kompressors beschrieben werden. Es ist natürlich ein Schmierölstrom zu den verschiedenen Lagerflächen und sich bewegenden Teilen erforderlich, um eine richtige Schmierung vorzusehen und um die Hoch- und Nierdruckseite des Kompressors gegeneinander abzudichten. Darüber hinaus erzeugt das Schmiermittel erfindungsgemäß Drucköl zum Steuern der Flügel 23. Im einzelnen ist ein Ölbehälter oder -sumpf 44 im unteren Teil eines Gehäuses

! 46 vorgesehen, dessen offenes Ende an einem Haltering 47 befestigt und hermetisch abgedichtet ist, wobei der Haltering 47 seinerseits an der hinteren Lagerplatte 16 befestigt und abgedichtet ist. Inder Platte 16 und im Haltering 47 ausgebildete ölkanäle 49 bzw. 51 und ein Aufnahmerohr 52 bilden einen Strömungsweg zwischen dem Ölsumpf und dem Einlaß einer Ölpumpe 54. Die ölpumpe liefert Drucköl in eine axial verlaufende Bohrung

, 55 der Antriebswelle zu den Räumen unter den Flügeln und zu allen Schmiermittel und Abdichtung benötigenden Flächen.

; Infolge der Verwendung von Öl zum Abdichten, ist das durch die Ventilanordnung 38 und in die Kammer 42 strömende Austrittsgas schwer mit Öl beladen. Dieses mitgenommene Öl muß aus dem Gas entfernt werden, da bedeutende ölmengen im Austrittsgas den Wärmeübergang im Kondensator und Verdampfer verringern. Zusätzlich ist es viel schwieriger, eine ausreichende ölmenge der Kompressionskammer zuzuführen, um die erforderliche Abdichtung zwischen den Rotor- und Kammerflächen zu erzielen.

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Die ölabscheidung findet bein vorliegenden Kompressor innerhalb

des Gehäuses 46 statt. Ein durch Bohrungen 58, 59 und 61 im Zy-

'

; linderaufbau 11, in der Lagerplatte 16 bzw. im Haltering 47 gebildeter Kanal verbindet zusammen mit einem Rohr 62 die Kammer

!.42 mit dem äußersten Ende des Gehäuses 46. Das Rohr 62 erstreckt i sich durch ein Öl abscheidendes Filtersieb 64 aus gasdurchlässi- j gem Material, etwa ein grobes I**etall£aserge£lecht wie bei einem '■■ Scheuerkissen. Der umfang des Abscheiders 64 hat die gleiche

Kontur wie der Umfang des Gehäuses, so daß die hinten des Ab- t

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scheiders am Innendurchmesser des Gehäuses anllegea» Der Ab- ' scheider 64 bildet auf diese Weise eine Trennwand ;ur Bildung zweier verschiedener Kammern 65 und 66 Innerhalb des Gehäuses 46. Ein Element 67 dient als Tragstütze für den Abscheider 64 während ein Eleisent 68 ein Leitblech bildet.

Beim Betrieb des ölabschelders strömt das AustTittsgas zusammen mit dem mitgenommenen öl aus der Kammer 42 und über die durch die Bohrungen 58, 59 und 61 und das Rohr 62 gebildete Leitung in die Kammer 65. An diesem Punkt ist die Geschwindigkeit des Gases , stark vermindert, da sich dieses in ein viel größeres Volumen ausdehnt. Beim Ausdehnen trifft das Gas auf das Ende des Gehäuses 46 und kehrt seine Richtung um, wodurch das meiste Öl sich an der hinteren Fläche des Gehäuses abscheidet und hinab in den Sumpf 44 fließt. Nach dem Auf treffen auf das Gehäuse und dem Umkehren seiner Stromungsrichtung strömt nun das Gas mit dem verbleibenden Öl zur Vorderseite des Kompressors, indem , es durch den ölabscheider 64 hindurchtritt, wobei das Restöl

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zusammenfließt und in den Behälter 44 hinabläuft. Das in die Kammer 66 strömende Austrittsgas ist somit ölfrei. Ein im Gehäuse 46 angeordneter Auslaß 69 läßt das Gas aus der Kammer 66 strömen. Das Leitblech 68 hindert das turbulente Gas am Erreichen und Berühren des Ölsumpfs 44 und an der Wiederaufnahme von öl zurück in das Gas.

Die ölpumpe 54 ist eine solche mit Innen- und Außenzahnrad. Das innere Zahnrad 72 wird vom Rotor 26 angetrieben und arbeitet mit dem äußeren Zahnrad 71 zusammen, um Öl an einer nicht gezeigten Ansaugöffnung aufzunehmen und es zu einer nicht gezeigten Auslaßöffnung zu liefern. Das öl strömt von der ölauslaßöffnung durch einen axial verlaufenden Kanal 55 in der Rotorwelle 66 j durch radiale Kanäle 85, die mit den Räumen unterhalb der Flügel ! 23 in Verbindung stehen.

Wie am besten in Fig. 1 zu sehen, ist die hintere Lagerplatte 16 mit einem Kanal 100 versehen, der sich vollständig hindurch er- j streckt und einen Strömungsweg für Öl (und irgendwelches gelöstes j Kühlmittel) vorsieht, das aus den unterhalb der Flügel vorgesehenen, von der Unterseite der Flügel 2 3 und von der Flügel- . ''

spitze 22 begrenzten Räumen 101 stammt. Das Eintrittsende des ■; Kanals 100 hat eine kurze, gekrümmte Nut 102, die mit der Bewe- ^: gungsbahn der unterhalb der Flügel vorgesehenen Räume 101 zusam- j menfällt. Aus Fig.2 ist zu sehen, daß das öl während der letzten

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15-30 der Bewegung über die Nut 102 und den Kanal 100 zur Gasaustrittskammer 66 strömt. Die Länge der Nut 102 ist nur durch

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die gekrümmte Strecke zwischen den benachbarten Flügelspitzen begrenzt, da es nicht wünschenswert ist, einen Strömungsweg zwischen den unterhalb der Flügel gelegenen Räumen benachbarter Flügel zu haben. Das Auslaßende des Kanals 100 erstreckt sich in die Auslaßgaskammer 66, wo es sich mit dem durch den Auslaß 69 strömenden Auslaßgas mischt. Irgendwelches freigegebenes Kühlmittel strömt durch die Auslaßöffnung aus, während das öl in den Sumpf 44 hinabfließt und sich mit dem dort untergebrachten öl mischt.

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Claims (1)

1. Patentanwälte

   Dr. Ing. H. Negendank

   Dipl. Ing. H. Hauck - Dipl Pr»y_s. W. Schmitt

   Dipl. Ing. E. Graaffs - Dipl. Ing. VV. Wehnert

   8 München 2, MazarisUaße 25

   Telefon 5380586

   Borg-Warner Corporation

   200 South Michigan Avenue 19. Juli'1973

   Chicago, 111. 60604, USA Anwaltsakte '-1-274.7

   . Patentanspruch

   Drehflügelkompressor mit einer Kompressionskammer, einem Gaseinlaß und einem mit der Kompressionskammer in Verbindung stehenden Gasauslaß, wobei ein in der Kompressionskammer befindlicher Rotor eine Vielzahl von Schlitzen mit einem Flügel in jedem Schlitz aufweist, die Flügel sich verschiebbar hin- und herbewegen können sowie einen unterhalb der Flügel vorgesehenen Raum zwischen der Innenkante des Flügels und dem Boden des Schlitzes begrenzen, und wobei ein Zuführen von Strömungsmittel zu jedem unterhalb der Flügel gelegenen Raum vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß eine Einrichtung vorgesehen ist zum Entlasten des Strömungsmitteldrucks, wenn sich ein Flügel seinem völlig eingefahrenen Zustand nähert, und daß diese Einrichtung einen ersten Strömungsmittelkanal (100) aufweist, der die unter den Flügeln gelegenen Räume (101) periodisch mit dem Gasauslaß (69) verbindet.

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