DE2944198A1 - Rollkolbenverdichter - Google Patents

Description

OR-ING. OtPL.-ING. M. SC. Dl Pu-Ph . S. DR. DIPL-PHVS. DIPL-PHYS. Οβ.

HÖGER - STELLRECHT -GRIESSBACH - HAECKER BOEHME

PATENTANWÄLTE IN STUTTGART

A 43 R01 u Anmelder: Firma Eitzer

u - 183 Kühlmaschinenbau GmbH & Co KG

25. Oktober 1979 7032 Sindelfingen

Rollkolbenverdichter

Die Erfindung betrifft einen Rollkolbenverdichter mit einem kreiszylindrischen, an den Stirnseiten geschlossenen Sator, einem in diesem auf einer exzentrisch im Stator angeordneten Welle drehbar gelagerten und an der Statorinnenflache abrollenden Rollkolben, mit einem im Stator verschieblich geführten, unter Einwirkung einer elastischen Kraft gegen die Umfangsflache des Rollkolbens anliegenden Trennschieber, der den Zwischenraum zwischen Pollkolben und Stator in eine mit einer Einlaßöffnung verbundene Saug- und eine mit einer Ausla^öffnung verbundene Druckkammer unterteilt, und mit einem Antriebsmotor für die in den Stator ragende Welle, wobei das Verdichterteil in einem allseits geschlossenen Gehäuse angeordnet sind, durch welches das durch das Verdichterteil geführte Medium hindurchfließt.

Bei Rollkolbenverdichtern dieser Art, die in Hermetikbauweise ausgeführt sind, wird das Medium nach dem Verdichten aus dem Druckauslaß des Verdichters in das Innere des Verdichter und Antriebsmotor umgebenden Gehäuses abgegeben. Das unter hohem Druck stehende Medium erfüllt dabei das Innere des Gehäuses und strömt am Antriebsmotor vorbei zu einer Druckleitung. Dabei erfolgt eine Kühlung des Antriebsmotors.

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Nachteilig ist bei einer solchen Konstruktion, daß im Innern des Gehäuses ein relativ hoher Druck herrscht, der durch den Verdichtungsdruck der Verdichtereinheit erzeugt wird. Demgemäß lastet auch auf dem im Stator verschieblich gelagerten Trennschieber ein relativ hoher Druck, nämlich der im Innern des Gehäuses herrschende, vom verdichteten Medium erzeugte Druck. Dadurch wird der Trennschieber - zumindest in bestimmten Phasen des Verdichtungsvorganges - mit großer Kraft gegen den Rollkolben gepreßt. Da in der Regel der Trennschieber den Mantel des Rollkolbens längs einer Linie berührt, ergeber sich somit im Dichtbereich extrem hohe Anpreßdr'icke, die zwangsläufig zu einem erheblichen Verschleiß des Trennschiebers führen.

Bei den bekannten Rollkolbenverdichtern v/eist der Trennschieber in der Regel im Bereich der unteren Kante einen halbkreisförmigen Querschnitt auf, wobei der Trennschieber etwa mit seinem tiefsten Punkt linienförmig am Mantel des Rollkolbens anliegt. Dadurch kann der in der Druckkammer herrschende Druck eine Kraft auf den Trennschieber ausüben, die versucht, den Trennschieber vom Rollkolben abzuheben. Diese Kraft wirkt der Kraft entgegen, die das verdichtete Medium im Innern des Gehäuses auf den Trennschieber ausübt. Die durch das Medium in der Druckkammer erzeugte Gegenkraft ändert sich laufend mit der Betriebsstellung und mit dem jeweiligen Druck in der Druckkammer. Der Trennschieber wird also zusätzlich mit unterschiedlichen Kräften beaufschlagt, die einmal die Dichtungseigenschaften verschlechtern und zum anderen wegen ihres zeitlichen Wechsels Schwierigkeiten bereiten.

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Es ist Aufgabe der Erfindung, einen Rollkolbenverdichter dieser Art derart zu verbessern, daß der Anpreßdruck des Trennschiebers an den Rollkolben vermindert wird.

Diese Aufgabe wird bei einem Rollkolbenverdichter der eingangs beschriebenen Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß in das Gehäuse eine das zu verdichtende Medium zuführende Saugleitung einmündet und daß die Einlaßöffnung der Saugkammer mit dem Inneren des Gehäuses in Verbindung steht, so daß das unverdichtete Medium das Innere des Gehäuses erfüllt, und daß die der Druckkammer zugewandte, bis unmittelbar an den Umfang des Rollkolbens heranreichende Seitenfläche des Trennschiebers über ihre gesamte Länge parallel zur Verschieberichtung des Trennschiebers verläuft, so daß das verdichtete Medium in der Druckkammer keine Kraft auf den Trennschieber in dessen Verschieberichtung ausübt.

Durch diese Ausgestaltung befindet sich im Inneren des den Verdichter und den Antriebsmotor umgebenden Gehäuses nur unverdichtetes Medium, das heißt,es herrscht hier ein niedriger Druck. Durch die spezielle Ausgestaltung des Trennschiebers ist sichergestellt, daß von dem in der Druckkammer verdichteten Medium unabhängig von dessen jeweiligem Druck keine Kraft auf den Trennschieber ausgeübt wird, die diesen zu verschieben sucht. Diese beiden Maßnahmen wirken gemeinsam in der Weise, daß der Trennschieber mit einer wesentlich geringeren Pressung

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gegen den Rollkolben geschoben wird als im Fall eines Rollkolbenverdichters bekannter Bauart.

Im Ergebnis gelingt es

mit der erfindungsgemHßen Anordnung, die Pressung des Trennschiebers gegen den Rollkolben auf 10 % der Maximalpressung herabzusetzen, die ein Trennschieber bei einer bekannten Anordnung erfährt, bei welcher das verdichtete Medium in das Innere des Gehäuses eingeleitet wird und bei welcher das Medium in der Druckkammer den Trennschieber mit unterschiedlicher Stärke vom Rollkolben abzuheben sucht.

Günstig ist es, wenn der Trennschieber in unmittelbarer Nähe seiner der Druckkammer zugewandten Seitenfläche eine am Umfang des Rollkolbens anliegende Dichtkante aufweist und im übrigen, dem Rollkolben zugewandten Bereich seiner Unterkante im Abstand vom Umfang des Rollkolbens endet. Auf diese Weise wirkt das in die Saugkammer einfließende, unverdichtete Medium auf den Trennschieber ein und wirkt damit der Kraft entgegen, die das Medium von außen auf den Trennschieber ausübt. Insgesamt kompensieren sich diese Einflüße veitgehend, so daß auf den Trennschieber im wesentlichen nur noch die Beschleunigungs- und Reibungskräfte wirken.

Vorzugsweise ist der Trennschieber im Bereich seiner unteren Kante keilförmig abgeschrMgt, wobei die Spitze des Keils die Dichtkante bildet.

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Es ist günstig, wenn die Dichtkante in dem am Rollkolbenmantel anliegenden Bereich derart abgeflacht ist, daß eine im Vergleich zur Dicke des Trennschiebers schmale Dichtfläche im wesentlichen parallel zum .Rollkolbenmantel verläuft.

Es kann vorgesehen sein, daß das zu verdichtende Medium vor dem Einsaugen in die Saugkammer am Antriebsmotor vorbeiströmt und diesen kühlt.

Es kann weiterhin vorgesehen sein, daß die Auslaßöffnung unmittelbar mit einer Druckkammer in Verbindung steht, in der sich gegebenenfalls ein ölabscheider und/oder ein Schalldämpfer befinden, und daß die Druckkammer mit einer aus dem Gehäuse herausführenden Druckleitung verbunden ist.

Die nachfolgende Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung dient im Zusammenhang mit der Zeichnung der näheren Erläuterung. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Schnittansicht eines Rollkolbenverdichters in vollhermetischer Bauart;

Fig. 2 eine schematische Seitenansicht des Rollkolbenverdichteraggregates und

Fig. 3 eine vergrößerte Ansicht des durch den Kreis B. in Fig. 2 gekennzeichneten Ausschnittes.

Der erfindungsgemäße Rollkolbenverdichter umfaßt eine Verdichtereinheit 1 und einen Antriebsmotor 2, die gemeinsam in einem allseits geschlossenen Gehäuse 3 angeordnet sind. In das Gehäuse 3 mündet eine Saugleitung 4 ein. Im unteren Bereich des Gehäuses 3 ist eine Statorwicklung 5 ortsfest angeordnet, inner-

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halb welcher ein drehfest: mit einer Welle 7 verbundener Potor 6 drehbar gelagert ist. Im Rotor 6 sind Kanäle 8 für den Durchtritt des durch die Saugleitung 4 in das Gehäuse 3 eintretenden Mediums vorgesehen.

Die Verdichtereinheit 1 umfaßt einen ortsfest angeordneten Stator 9, der einen Arbeitsraum 10 mit kreisförmigen Querschnitt umgibt. Die Seitenflächen des Stators 9 sind mittels ebener Seitenwände 11 und 12 abgeschlossen.

Die Welle 7 ragt durch die beiden Seitenwände 11 und 12 hindurch und ist in diesen gelagert. Im Arbeitsraum 10 ist an die Welle 7 ein Exzenter 13 angeformt, auf dem ein ringförmiger Rollkolben 14 frei drehbar gelagert ist. Exzenter 13 und Rollkolben 14 erstrecken sich fiber die gesamte Breite des Arbeitsraumes 10. Die Dirnensionierung ist dabei derart gevShlt, daß der Rollkolben 14 an der Innenwand des Stators 9 abrollt (Fig. ?).

Wie aus der Darstellung der Fig. 2 ersichtlich, ist im Stator 9 ein Trennschieber 15 derart verschieblich gelagert, daß er in Lagen verschieblich ist, in denen er mehr oder weniger tief in den Arbeitsraum 10 eintaucht. Der Trennschieber 15 stützt sich auf dem Rollkolben 14 ab und vird durch eine sich einerseits am Trennschieber 15 und andererseits am Stator abstützende Druckfeder 16 elastisch gegen den Rollkolben 14 gepreßt. Er teilt dabei den Arbeitsraum 10 in eine SaugVammer 17 und eine Druckkammer 18. Die Saugkammer 17 steht über eine Einlaßöffnung 19 mit dem Inneren des Gehäuses 3 in Verbindung, die Druckkammer 18 über eine Auslaßöffnung 20 mit einem im Innern des Gehäuses 3 angeordneten, abgeschlossenen Druckraum 21 (Fig. 1), in welchem sich gegebenenfalls ein ölabscheider sowie eine Schall-

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dämpfeinrichtung befinden und welcher mit der aus dem Gehäuse 3 herausführenden Druckleitung 22 verbunden ist. Der Auslaßöffnung 20 ist ein Rückschlagventil 23 zugeordnet, welches geschlossen ist, solange der Druck in der Druckkammer 18 geringer ist als der Druck im Druckraum 21.

Gern? 3 der Erfindung weist der Trennschieber 15 auf seiner der Druckkammer 18 zugewandten Seite eine Seitenfläche 24 auf, die sich von der Wand des Stators 9 bis unmittelbar an die Umfangsflache des Rollkolbens 14 erstreckt und dabei über ihren gesamten Verlauf parallel zur Verschieberichtung des Trennscbiebers 15 verläuft. An keiner Stelle weist die Seitenfläche 24 Teile auf, die mit der Verschieberichtung des Trennschiebers einen von Null verschiedenen Winkel einschließen. Auf diese Weise ist gewährleistet, daß das in der Druckkammer verdichtete Medium auf den Trennschieber nur Kräfte ausüben kann, die senkrecht zu seiner Verschieberichtung wirken, die also keine Verschiebung des Trennschiebers hervorrufen können.

Bei dem in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Trennschieber 15 an seiner dem Rollkolber 14 gegenüberliegenden Kante im wesentlichen keilförmig ausgebildet, wobei dieser Keil auf der einen Seite durch die Seitenfläche 24 und auf der anderen Seite durch die schräg zur gegenüberliegenden Seitenfläche 25 verlaufende Verbindungsflache 26 gebildet ist. Die Seitenfläche 24 und die Verbindungsfläche 26 treffen sich an der Spitze des Keiles und bilden eine Dichtkante 27; in diesem Bereich, dessen Breite im Vergleich zur Dicke des Trennschiebers 15 gering ist, verläuft die Dichtkantenfläche im wesentlichen parallel zum Mantel des Rollkolbens 14 (Fig. 3). Die Verbindungsfläche 26 ist derart ausgebildet, daß sie über ihren gesamten Verlauf vom Mantel des Rollkolbens 14 im Ab-

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stand angeordnet ist, so daß diese Fläche von dem zu verdichtenden Medium in der Saugkammer 17 beaufschlagt ist.

Beim Betrieb des erfindungsgemäßen Rollkolbenverdichters wird ein gasförmiges, zu verdichtendes Kühlmedium, beispielsweise Luft oder ein Fluorkohlenwasserstoff bekannter Art, durch die Saugleitung 4 in das Innere des Gehäuses 3 eingeleitet. Es gelangt durch die Kanäle ß zur Einlaßöffnung 19 und kühlt im Vorbeiströmen den Antriebsmotor 2.

Bei der in Fig. 2 dargestellten Stellung des Rollkolbens vergrößert sich bei Drehung des Exzenters in Richtung des Pfeiles A das Volumen der Saugkammer 17, so daß das Medium aus dem Inneren des Gehäuses ir die Saugkammer 17 gesaugt wird. Gleichzeitig verkleinert sich das Volumen der Druckkammer 18, wodurch eine Kompression des vorher angesaugten Mediums erfolgt. Bei Erreichen des erwünschten Kompressionsdruckes wird das verdichtete Medium nach öffnung des Rückschlagventils 23 in den Druckraum 21 abgegeben und gelangt von dort zur Druckleitung 22.

Im Betrieb stellen sich die folgenden Druckverhältnisse ein: Im Innern des Gehäuses 3 herrscht der relativ niedrige Druck des zu verdichtenden, über die Saugleitung 4 angesaugten Mediums; dieser Druck ist in Fig. 2 mit P gekennzeichnet. Derselbe Druck oder ein darunterliegender Druck herrschen in der Saugkammer 17. In der Druckkammer 18 hingegen steigt der Druck bei fortschreitender Verkleinerung des Volumens kontinuierlich an. Dieser Druck ist in der Darstellung der Fig. 2 P gekennzeichnet.

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Betrachtet man die durch die verschiedenen Drücke auf den Trennschieber 15 ausgeübten Kräfte, so erkennt man, daß die vom äußeren, im Gehäuse herrschenden Druck P auf den Trenn-

schieber wirkenden, diesen gegen den Rollkolben 14 pressende Kräfte durch die Kräfte teilweise wiederaufgehoben werden, die durch den Druck P₀ in der Saugkammer 17 auf den Trennschieber 15 wirken. Durch die abgeschrägte, zur Saugkammer 17 hin freie Verbindungsfläche 26 erzeugt der Druck in der Saugkammer 17 eine Kraftkomponente in Verschieberichtung. Da der Druck in der Saugkammer 17 in der Regel geringer ist als der Druck P , maximal jedoch den Wert P erreicht, wird der Trennschieber 15 maximal mit einer Kraft gegen den Rollkolben gepreßt, die dem Druck P im Innern des Gehäuses entspricht, in der Regel werden diese Kräfte aber aufgrund der Kompensationswirkung wesentlich geringer sein.

Der unterschiedliche, teilweise wesentlich größere Druck P in der Druckkammer 18 hingegen, erzeugt am Trennschieber 15 keine Kraft, die diesen verschieben kann, da der Druck an einer Fläche 24 angreift, die im gesamten Bereich parallel zur Verschieberichtung erfolgt. Der Druck in der Druckkammer 10 kann damit nur senkrecht zur Verschieberichtung gerichtete Kräfte auf den Trennschieber ausüben, die von der Führung des Trennschiebers im Stator 9 aufgenommen werden.

Insgesamt ergibt sich damit, daß der Trennschieber durch den Druck des verdichteten Mediums gar keine und durch den Druck des angesaugten, noch nicht verdichteten Mediums im Innern des Gehäuses nur eine Kraft erfährt, die in Folge der relativ geringen Größe des Druckes im Innern des Gehäuses klein ist. Diese kleine Kraft wird durch den Druck in der Saugkammer 17 sogar noch teilweise kompensiert, so daß insgesamt durch das

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zu verdichtende Medium nur sehr geringe Kräfte auf den Trennschieber ausgeübt werden.

Dabei wirken die Formgebung des Trennschiebers einerseits und die Tatsache, daß das Gehäuse vom angesaugten, noch nicht verdichteten Medium und nicht vom verdichteten Medium durchflossen ist, bei der Herabsetzung der auf den Trennschieber wirkenden Kräfte zusammen. Die Kühlung des Antriebsmotors durch das angesaugte Medium hat zudem den Vorteil, daß die Temperatur des angesaugten Mediums relativ niedrig ist, so daß auf Zwischenkühler verzichtet werden kann, wie sie bei der Kühlung des Antriebsmotors mittels des verdichteten Mediums notwendig werden können.

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ORIGINAL INSPECTED

Claims (6)

1. DR.-ΙΝΞ DIPL -JNS. M. SC- DlP.-.-Pl·! . S. OR. OIPL.-PHVS C)^L.-PMYS. OR.

   HÖGER - STELLREChT - GRIESSBACH - HAECKER 3OEHME

   PATENTANWALTS IN STUTTGART

   2 9AA198

   Λ 43 801 u Anmelder: Firma Bitzer

   u- 183 Kühlmaschinenbau GmbH & Co KG

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   PatentansDrüche

   Rollkolbenverdichter mit einem kreiszylindrischen, an den Stirnseiten geschlossenen Stator, einem in diesem auf einer im Stator exzentrisch ausgebildeten Welle drehbar gelagerten und an der Statorjnnenflache abrollenden Rollkolben, mit einem im Stator verschieblich geführten, unter Einwirkung einer elastischen Kraft gegen die Umfangsflache des ^.ollkolbens anliegenden Trennschieber, der den Zwischenraum zwischen Pollkolben und Stator in eine mit einer Einlaßöffnung verbundene Saug- und eine mit einer Auslaßöffnung verbundene. Druckkammer unterteilt, und mit einem Antriebsmotor für die in den Stator ragende Welle, wobei das Verdichterteil in einem allseits

   geschlossenen Gehäuse angeordnet ist-, durch welches das durch das Verdichterteil geführte Medium hindurchfließt, dadurch gekennzeichnet, daß in das GehMuse (3) eine das zu verdichtende Medium zuführende Saugleitung (4) einmündet und daß die Einlaßöffnung (19) der Saugkammer (17) mit dem Innern des Gehäuses (3) in Verbindung steht, so daft das unverdichtete Medium das Innere des Gehäuses (3) erfüllt, und daß die der Druckkammer (18) zugewandte, bis unmittelbar an den Umfang des Rollkolbens (14) heranreichende Seitenfläche (24) des Trennschiebers (15) über ihre gesamte Länge parallel zur Verschieberichtung des Trennschiebers (15) verläuft, so daß das verdichtete Medium in der Druckkammer (18) keine Kraft auf den Trenrtschieber (15) in dessen Verschieberichtung ausübt.

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2. 2. Rollkolbenverdichter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Trennschieber (15) in unmittelbarer Nähe seiner der Druckkammer (18) zugewandten Seitenfläche (24) eine am Umfang des Rollkolbens (14) anliegende Dichtkante (27) aufweist und im übrigen, dem Rollkolben (14) zugewandten Bereich seiner Unterkante im Abstand vom Umfang des Rollkolbens (14) endet.
3. 3. Rollkolbenverdichter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Trennschieber (15) im Bereich seiner unteren Kante keilförmig abgeschrägt ist, wobei die Spitze des Keils die Dichtkante (27) bildet.
4. 4. Rollkolbenverdichter nach einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, da.* die Dichtkante (27) in dem am .Rollkolbenmantel anliegenden Bereich derart abgeflacht ist, daß eine im Vergleich zur Dicke des Trennschiebers (15) schmale Dichtfläche im wesentlichen parallel zum Rollkolbenmantel verläuft.
5. 5. Rollkolbenverdichter nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, 6aP> das zu verdichtende Medium vor dem Einsaugen in die Saugkammer (17) am Antriebsmotor

   (2) vorbeiströmt und diesen kühlt.
6. 6. Rollkolbenverdichter nach einem der voranstehender Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Auslaßöffnung (20) unmittelbar mit einer Druckkammer (21) in Verbindung steht, in der sich gegebenenfalls ein Ölabschneider und/oder ein Schalldämpfer befinden, und dal? die Druckkammer (21) mit einer aus dem Gehäuse (3) herausführenden Druckleitung (22) verbunden ist.

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