DE3347509C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Pumpe der Spiralbauart gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Bei einer bekannten Pumpe dieser Art (siehe US-PS 40 65 279) ist das Lager für die Welle ein Gleitlager. Das Öl schmiert auch dieses Lager in nicht zerstäubter Form, wobei es oben einfließt und dann durch Kanäle nach unten fließt. Der Gängig­ keit dieser Lagerung sind Grenzen gesetzt, die vielfach als zu gering erachtet werden.

Weiterhin ist es bei einem Wälzlager für eine vertikale Welle bekannt (DE-OS 20 01 259), das Öl mittels mit der Welle um­ laufender Teile, nämlicher Zerstäuberrippen, zu zerstäuben, um das Wellenlager mit dem so erzeugten Ölnebel zu schmieren.

Sodann ist es bei konischen Rollenlagern bekannt (siehe Eschmann, Paul; Hasbargen, Ludwig; Weigand, Karl: Die Wälz­ lagerpraxis, 2. Aufl. 1978, R. Oldenburg Verlag München, Wien, S. 232), die konische Form zum Transport des Öls vom kleineren zum größeren Durchmesser der Rollenlager aufgrund der Zentri­ fugalkraft auszunutzen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Schmierung des Wellenlagers bei der eingangs erwähnten Pumpe zu ver­ bessern.

Diese Aufgabe wird wie im Kennzeichen des Anspruchs 1 ange­ geben gelöst.

Auf diese Weise wird erreicht, daß die Welle leichtgängiger als im bekannten Falle gelagert ist. Das ist darauf zurück­ zuführen, daß nur eine sehr geringe Ölmenge zwischen die zu schmierenden Teile gelangt. Hinzu kommt, daß ein Rollen­ lager ohnedies leichtgängiger ist als ein Gleitlager. Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß ein Abriß des Schmier­ films (ein Fall, der natürlich äußerst nachteilig ist) bei einem Rollenlager nicht so leicht erfolgen kann wie bei ei­ nem Gleitlager.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung veranschaulicht. Darin zeigen:

Fig. 1 eine Seitenansicht teilweise im Schnitt einer erfin­ dungsgemäßen Pumpe;

Fig. 2 einen Teil derselben in vergrößertem Maßstab;

Fig. 3 einen Schnitt nach der Linie 3-3 der Fig. 1;

Fig. 4 eine Ansicht eines Rahmens, der in der Pumpe von Fig. 1 angeordnet ist, von oben;

Fig. 5 eine Seitenansicht des Rahmens und

Fig 6 eine Ansicht des Rahmens von unten.

In Fig. 1 ist mit 10 eine Pumpe der Spiralbauart bezeich­ net. Es handelt sich bei dem dargestellten Ausführungsbei­ spiel um einen Kompressor für das Kältemittel einer Wärme­ pumpe. Die Erfindung ist jedoch auch bei einer Pumpe oder einer Vorrichtung zum Expandieren eines gasförmigen Fluids anwendbar. Der Kompressor 10 weist ein Gehäuse 11 auf. Ein Rahmen 12 aus gegossenem Aluminium trägt zusammen mit einem Ring 13 die Teile im Innern des Gehäuses. Der Ring 13 er­ streckt sich bis zu einem Flansch 14, der auf der Innenseite des Unterteils des Gehäuses 11 angeschweißt ist. Auf diesem Flansch 14 ruht der Ring 13.

Ein Elektromotor 15 sitzt auf der Unterseite des Ringes 13 und des Rahmens 12. Er besteht aus einem Stator 16 und einem Rotor 17. Der Stator 16 ist an dem Ring 13 und dem Rahmen 12 mittels Bolzen 18 befestigt, die in Löcher 19 eingeschraubt sind. Letztere ragen von der Unterseite des Rahmens 12 in diesen hinein. Der Rotor 17 sitzt im Preßsitz auf einer An­ triebswelle 20, die den Kompressor 10 in Längsrichtung durch­ läuft. Die Welle 20 und der Rotor 17 werden in dem Rahmen 12 und dem Stator 16 von einem unteren Hauptlager 25 und einem oberen Hauptlager 26 gehalten. Beide Lager 25 und 26 sind Konuslager; sie weisen konische Rollen 25a und 26a auf.

Am oberen Ende der Welle 20 sitzt eine Platte 27. In dieser befindet sich im Abstand von der Mittelachse und parallel zu dieser ein Stift 28. Dieser verbindet die Platte 27 mit einem Schwingglied 29. Letzteres vollführt kleine Rotationen relativ zu dem Stift 28 und ist derart gelagert, daß es sich frei um den Stift 28 mit nur wenigen Verschwenkungsgraden dre­ hen kann. Eine der Funktionen des Schwinggliedes 29 ist die Umwandlung der Drehbewegung der Welle 20 in eine Orbitalbewe­ gung der Platte 27. Das Schwingglied 29 weist ein Zapfenlager 30 auf, in dem ein Antriebszapfen 31 sitzt, welcher auf der Unterseite einer Platte 32 sitzt. Bei einer Drehung der Welle 20 und der Platte 27 nimmt das Schwingglied 29 die Platte 32 derart mit, daß diese einen Orbitalweg vollführt, der einen Radius hat, der gleich der Differenz zwischen dem Zentrum des Zapfens 31 und der Achse der Welle 20 ist. Dieses Prinzip ist bekannt, s. z. B. das US-Patent 40 65 279.

Die Axialkraft der Platte 32 wird auf der Unterseite derselben von einem Axiallager 33 aufgefangen, das aus einem Ring besteht, welcher radiale Nuten auf seiner Oberseite aufweist. Dadurch wird eine einwandfreie Schmiermittelverteilung auf seiner Oberfläche erzielt. Das Lager 33 sitzt in einer oberen Lippe des Rahmens 12.

Die Platte 32 wird in Orbitalbewegungen gebracht und steht in einem festen Winkelverhältnis zu einer stationären Platte 35. Zu diesem Zwecke sind sogenannte Oldham-Kupplungen 34 vorgesehen. Die Platten 32 und 35 besitzen Wände 40 an den Seiten, die einander zugewandt sind. Diese berühren sich derart, daß Taschen gebildet werden, die sich bewegen, wenn sich die Platte 32 bewegt. Dann verändert sich in den Taschen der Druck und das Volumen, während das Fluid radial nach innen zum Zentrum der Platten wandert. Das Fluid, welches in den Kompressor 10 durch eine Leitung 41 eintritt, strömt zwischen dem Rotor 17 und dem Stator 16 hindurch, ruft dort eine Kühlung hervor, wird durch die Orbitalbewegung der Platte 32 kompri­ miert und verläßt das Gehäuse 11 durch einen Ausgang 42, der in Verbindung mit dem Zentrum der stationären Platte 35 steht.

Das Gehäuse 11 bildet unten ein Ölreservoir 43. Am unteren Ende der Welle 20 sitzt eine Ölpumpe 44 konischer Form derart, daß bei Drehung der Welle 20 eine Zentrifugalkraft ausgeübt wird, welche das Öl innerhalb einer Bohrung 45 der Welle 20 nach oben treibt. Das Öl fließt dann über den Rand eines Rohrstückes 46, das in der Platte 27 sitzt.

Die Fig. 2 zeigt im einzelnen die Verteilung des Öls, das aus dem Rohrstück 46 austritt. Ein Teller 47 sitzt an der Unterseite des Schwinggliedes 29. Dieser Teller ist so dimen­ sioniert, daß er die Oberseite der Platte 27 freihält. Der Teller 47 ist kreisförmig und besitzt eine Öffnung, die das Rohrstück 46 umgibt. Die Öffnung ist also exzentrisch zum Mittelpunkt des Tellers 47. Das Öl, das aus dem Rohrstück 46 austritt, wird durch die Zentrifugalkraft nach außen ge­ schleudert. Eine bogenförmige Prallwand 48 befindet sich an dem vorspringenden Teil des Tellers 47 unmittelbar unter dem Lager 30, so daß die Prallwand einen Teil des Öls auffängt. Dieses Öl wird nach oben gelenkt und strömt in das offene Ende des Lagers 30. Öl, welches nicht von der Prallwand 48 aufge­ fangen wird, fließt hinter diese und sammelt sich dort an ei­ ner Stelle des Tellers 47, die am weitesten entfernt von der Längsachse der Welle 20 ist. Dieses Öl fließt schräg durch einen Durchgang 49 nach oben, der sich in dem Schwing­ glied 29 befindet, und tritt unmittelbar neben dem Axiallager 33 aus, so daß dieses auf diese Weise geschmiert werden kann. Außerdem strömt das Öl, das durch das Lager 30 fließt, auf der Oberseite des Schwinggliedes 29 aus diesem heraus und wird dann von dem sich drehenden Schwingglied 29 radial nach außen geschleudert. Die Rotationsbewegung des Schwinggliedes 29 und der Platte 27 ist groß genug, um zu bewirken, daß Öl, das von der Unterseite der Platte 32 abtropft, und Öl, das durch das Lager 30 hindurchgeflossen ist, sich in Form eines Nebels verteilt.

Die Fig. 4, 5 und 6 zeigen die Form des Rahmens 12. Die Platte 27 und das Schwingglied 29 drehen sich in einer Kammer 50, die durch den oberen Teil des Rahmens 12 gebildet wird. Durch die Rotation des Schwinggliedes 29 und der Platte 27 werden Öl­ tropfen durch Öffnungen 55 geschleudert, die sich in dem Rahmen 12 befinden und mit der Kammer 50 in Verbindung stehen.

Der Ölnebel wird einem konischen Rollenlager 26 derart zuge­ führt, daß dieser dem Ende zugeleitet wird, das der Kammer 56 benachbart ist, welche zwischen dem Umfang der Welle 20 und der Innenwand des Rahmens 12 definiert wird. Der Ölnebel, zu­ sammen mit dem Kältemittel, erreicht das untere Ende des koni­ schen Lagers 26 durch Öffnungen 57 im Rahmen 12 und über die Kammer 56. Das Kältemittel, welches Öltröpfchen enthält, zir­ kuliert durch das obere Wellenlager 26 als Folge der Druckdif­ ferenz über und unter dem Lager 26, die durch die Rotation des Schwinggliedes 29 verursacht wird. Die Rotationsbewegung des Schwinggliedes 29 in der Kammer 50 erzeugt einen Ventilator­ effekt und drückt das Kältemittel durch die Öffnungen 55. Der geringere Druck in der Kammer 50 zieht das Kältemittel und die Öltröpfchen aus der Kammer 56 durch das Lager 26. Ein Teil des Öls, das durch das Lager 26 zirkuliert, wird erneut aus der Kammer 50 durch die Öffnungen 55 herausgeschleudert, um dann abermals durch die Lager 25 und 26 zu zirkulieren. Der Rahmen 12 besitzt Wände 58, die einerseits zur Verstärkung des Rah­ mens 12 dienen und andererseits einen Raum definieren, durch den die Öltröpfchen, die in dem Kältemittel sind, zirkulieren können.

Der untere Teil des Rahmens 12 definiert eine Rotorkammer 59, in dem sich das obere Ende des Rotors 17 und das untere Wellen­ lager 25 befinden. Mehrere Öffnungen 60 befinden sich in dem waagerechten Teil des Rahmens 12, über die die Kammer 59 mit dem angrenzenden Volumen in Verbindung steht. Die konischen Rollen 25a werden ebenfalls mit Öl in Nebelform versorgt. Das obere Ende des Rotors 17 besitzt mehrere radial verlaufende Wände 61, die zusammen mit dem Rotor 17 um die Längsachse der Welle 20 rotieren, wenn der Motor 15 mit Energie beauf­ schlagt wird. Die Wände 61 wirken ebenfalls als Ventilator und erzeugen eine Druckdifferenz über dem Wellenlager 25, so daß Kältemittel mit eingelagerten Öltröpfchen durch das Lager transportiert wird, so daß dieses geschmiert wird. Das Kälte­ mittel wird durch die Öffnungen 60 aus der Rotorkammer 59 aufgrund der Bewegung der Wände 61 herausgedrückt, so daß ein etwas geringerer Druck in der Rotorkammer 59 als in der Kammer 56 erzeugt wird. Diese Druckdifferenz zieht Öltröpfchen, die im Kältemittel sind, durch das Lager 25, so daß eine adäquate Schmierung dieses Lagers sichergestellt ist.

Einige Öltröpfchen, die die Kammer 50 durch die Öffnungen 55 verlassen, werden nicht durch die Öffnungen 57 gezogen und führen nicht zu einer Schmierung der Lager 25 und 26. Die­ ses Öl sammelt sich an der Außenseite des Rahmens 12 und der Innenwand des Gehäuses 11. Es fließt durch mehrere nicht dar­ gestellte Öffnungen in dem Ring 13 in das Reservoir 43.

Die Rotoren einiger handelsüblicher Motoren besitzen keine Wände 61. Aber auch ein Rotor ohne solche Wände erzeugt einen Ventilatoreffekt. Selbst eine kleine Druckdifferenz bewirkt, daß ein Teil der Oltröpfchen, die in die Kammer 56 eintreten und sich am Boden der Kammer niederschlagen, durch das Lager 25 aufgrund der Gravitation hindurchgezogen wird.

In der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung erzeugen die Wände 61 und das Schwingglied 29 Druckdifferenzen über den Lagern 25 und 26. Es können jedoch auch andere Maßnahmen zur Erzeugung einer Druckdifferenz angewandt werden. So kann bei­ spielsweise die Platte 27 derart verändert werden, daß sie rippenförmig ist, oder derart, daß sie Flügel aufweist, um auf diese Weise einen größeren Ventilatoreffekt zu erzeugen als mittels des Schwinggliedes 29.

Durch die Erfindung wird eine einwandfreie Schmierung aller Lager, nämlich des Axiallagers 33 für das Schwingglied, der Zapfenlager 28 und 30 und der Wellenlager 25 und 26 erzielt. Da diese Lager unterschiedliche Schmierungen benötigen und räumlich getrennt voneinander sind, ist die Schmierung anders als in der erfindungsgemäßen Art und Weise schlecht zu lösen: So benötigen Rollenlager nur eine sehr geringe Schmierung; bei zu starker Schmierung erfahren sie eine allzu große Ab­ nutzung. Ein Axiallager hingegen (s. das Lager 33) benötigt eine hohe Schmierung. Hinzu kommt, daß bei schräg angeordneten Lagern mit konischen Rollen (s. die Lager 25 und 26) das Öl nur dann durch diese Lager gefördert wird, wenn es an demjeni­ gen Ende eingeführt wird, das der Welle näher liegt, denn dann treibt die Zentrifugalkraft das Öl durch das Lager. Liegt das Einführende unten, versagen alle Öleinführmethoden bis auf die erfindungsgemäße.

Claims (12)

1. Pumpe der Spiralbauart, bestehend aus einer ersten und einer zweiten horizontal angeordneten Platte, deren einander gegenüberliegende Flächen ineinandergreifende, spiralförmig verlaufende Wände haben, zwischen denen bei einer Orbitalbewegung der ersten Platte relativ zu der zweiten festen Platte Arbeitskammern gebildet werden, aus einer vertikal angeordneten Antriebswelle für die erste Platte, die zwecks Herbeiführung der Orbitalbewegung über einen exzentrisch angeordneten Zapfen mit der Antriebswelle verbunden ist, aus einem Lager für die erste Platte, aus einem Lager für die Welle und aus einer Schmiervorrichtung, die während des Betriebes Öl zu dem Lager für die erste Platte und die Zapfenlagerung führt, welches diese Lager in unzerstäubter Form schmiert, dadurch gekennzeichnet, daß das Lager für die Welle (20) aus zwei im Abstand längs der Welle (20) angeordneten Lagerringen (25, 26) besteht, die mit konischen Lagerrollen (25a, 26a) bestückt sind, deren Enden mit den kleineren Durchmessern einander zugewandt sind, daß das Öl durch umlaufende Teile der Pumpe, auf die es während des Betriebes trifft, zu einem Nebel zerstäubt wird und daß dieser Nebel zu den Enden der konischen Rollen (25a, 26a) mit den kleineren Durchmessern geführt wird, indem die umlaufenden Teile der Pumpe eine Ventilatorwirkung auf den von ihnen erzeugten Nebel ausüben.

2. Pumpe nach Anpruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventilatorelemente (27, 29; 61) einen Saugeffekt auf den Nebel ausüben.

3. Pumpe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich­ net, daß der Ölnebel ganz oder zum Teil im Kreislauf ge­ führt wird, wobei ein eventueller anderer Teil des Öls in ein Öl-Reservoir (43) zurücktropft.

4. Pumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß ein Rahmen (12) vorgesehen ist, der die Lager (25, 26) trägt und einen Raum (56) zwischen diesen bildet, in der der Nebel geführt wird.

5. Pumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Ölnebel von einem Fluid durchsetzt ist, das von der Pumpe gefördert wird.

6. Pumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die umlaufenden Teile (27, 29; 61) durch die ohnedies vorhandenen Teile (27, 29) gebildet werden und/oder an solchen (17) sitzen.

7. Pumpe nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß ein Schwingglied (29), welches die Drehbewegungen der Welle (20) in eine Orbitalbewegung der ersten Platte (32) umformt und dessen Umfang unterschiedliche Abstände von sei­ nem Drehzentrum besitzt, ein Ventilatorelement bildet.

8. Pumpe nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeich­ net, daß ein Rotor (17) eines Elektromotors (16, 17) ein Ventilatorelement bildet.

9. Pumpe nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Rotor (17) mit Wänden (61) versehen ist, die an seiner Oberseite sitzen.

10. Pumpe nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Rahmen (12) einen mittleren engeren Teil, der den mittleren Raum (56) umgibt, und zwei größere äußere Teile bildet, von denen der eine das Schwingglied (29) und der andere das obere Ende des Rotors (17) aufnimmt, und daß sich die beiden Wellenlager (25, 26) etwa im Bereich zwischen diesen Teilen befinden.

11. Pumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch ge­ kennzeichnet, daß sich unterhalb des Schwing­ gliedes (29) ein an diesem befestigter Teller (47) mit einer Prallwand (48) befindet, daß die Prallwand (48) das auf den Teller (47) fließende Öl teilweise in das Zapfenlager (30) umlenkt und teilweise weiterfließen läßt, so daß es sich hinter der Prallwand (48) sammeln und durch einen schrägen Kanal (49) nach oben zu dem Lager (33) für die erste Platte (32) strömen kann.

12. Pumpe nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Öl, welches die beiden Lager (30, 33) zu versorgen hat, von dem Schwingglied (29) und einer zwischen Welle (20) und Schwingglied (29) befindlichen Platte (27) zerstäubt wird.