DE3413536A1

DE3413536A1 - Rotationsverdichter

Info

Publication number: DE3413536A1
Application number: DE19843413536
Authority: DE
Inventors: Harry Stentoft Soenderborg Nissen
Original assignee: Danfoss AS
Current assignee: Danfoss AS
Priority date: 1984-04-11
Filing date: 1984-04-11
Publication date: 1985-10-24
Also published as: DE3413536C2; DK156985D0; SE8501291L; ES8707589A1; BR8501692A; SE8501291D0; IT8567340A0; FR2562960A1; IT1184070B; JPS60230590A; US4759698A; IT8553215V0; IT8567340A1; DK156985A; ES542103A0

Description

DANFOSS A/S, DK-6430 Nordborg

Rotationsverdichter

Die Erfindung bezieht sich auf einen Rotationsverdienter, dessen etwa horizontal verlaufende Welle von einem Elektromotor angetrieben ist und der in einer einen ölsumpf aufweisenden, unter Verdichterdruck stehenden Kapsel angeordnet ist, mit einer Wellenlager-Schmiervorrichtung, bei der Öl vom Druckunterschied zwischen Kapseldruck und Saugdruck durch einen Pfad getrieben ist, der über einen Zulaufstutzen aus dem Ölsumpf in einen Zwischendruckraum nahe der Welle und dann zur Saugseite führt.

Ein bekannter Rotationsverdichter dieser Art (US-PS 19 28 300), der als Kältemittelverdichter dient, ist in einer Verdichterdruck führenden Kapsel, sein Antriebsmotor dagegen in einem hiervon getrennten, mit der Saugleitung verbundenen Raum untergebracht. Der Rotationsverdichter weist einen Rotor mit vier radial verstellbaren Flügeln auf, die an einer exzentrischen Lauffläche des Stators geführt werden und an saugseitigen und druckseitigen Nuten vorbeilaufen. Der Spiegel des Ölsumpfs befindet sich oberhalb der zweiteiligen Welle. Ein Pfad verläuft vom Ölsumpf

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über einen Zulaufstutzen und eine Ventilanordnung zu Zwischendruckräumen, die jeweils kurzzeitig durch an der Innenseite der Flügel befindliche Druckräume gebildet sind. Der Pfad führt weiter über eine Schmierstelle zwischen dem rnotorseitigen Wellenlager des Verdichters, dann durch eine zentrische Bohrung der Motorwelle und schließlich über das dem Verdichter abgewandte Wellenlager der Motorwelle zu dem unter Saugdruck stehenden Innenraum des Motorgehäuses. Des weiteren kann Öl aus dem Druckraum hinter den Flügeln längs der Flügel zur Saugseite des Verdichters strömen.

Nachteilig ist jedoch, daß der Motor vom Verdichter getrennt ist und zwei Räume unterschiedlichen Drucks

I^ vorgesehen werden müssen. Bei der überwiegenden Zahl der heute hergestellten Kältemittelverdichter sind jedoch Verdichter und Motor als Baueinheit in einer Kapsel vereinigt, was sowohl kleinere Bauformen zuläßt als auch konstruktive Vereinfachungen, beispielsweise die Verwendung einer gemeinsamen, kürzeren Welle.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Rotationsverdichter der eingangs beschriebenen Art anzugeben, der mit seinem Motor eine Baueinheit bilden kann und trotzdem die Vorteile der Druckdifferenz-Schmierung nutzt.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß auch der Motor in der Kapsel angeordnet ist und daß die Welle mit einer Fördervorrichtung versehen ist, die das 01 aus dem Zwischendruckraum über das mindestens eine motorseitige Wellenlager in die Kapsel zurück fördert.

Bei dieser Konstruktion sind Verdichter und Motor in einer gemeinsamen Kapsel angeordnet. Für den ersten

Teil der Ölförderung, nämlich bis zum Zwischendruckraum, wird das Druckdifferenzprinzip ausgenutzt. Das öl wird daher ohne mechanisch bewegte Teile bis in die Höhe der Welle gehoben. Für den zweiten Teil der Förderung dagegen wird eine im Bereich der Welle ohne Schwierigkeiten auszubildende Fördervorrichtung vorgesehen, die in der Lage ist, Öl entgegen der Druckdifferenz zwischen dem Kapseldruck und dem Zwischendruck durch das motorseitige Wellenlager in die

^•0 Kapsel zurückzufordern. Damit wird der Tatsache Rechnung getragen, daß mangels eines unter Saugdruck stehenden Motorgehäuses keine Druckdifferenz zur Verfugung steht, um das Öl aus dem Zwischendruckraum durch das motorseitige Wellenlager zu treiben. Andererseits

•^ ist aber der Saugdruck im Verdichterbereich abgreifbar, so daß die Druckdifferenz nach wie vor ausgenutzt werden kann, um den ersten Teil der Förderung zu bewirken. Da wegen der zusätzlichen Fördervorrichtung ein großer Teil des Druckabfalls zwischen Xapselcruck und Saugdruck ausgenutzt werden kann, um das Öl in den Bereich der Welle anzuheben, kann der Spiegel des Ölsumpfs auch unterhalb der Welle und vorzugsweise unterhalb des Rotors des Motors sich befinden.

Bei einer besonders einfachen Ausführungsform v/eist cie Fördervorrichtung eine Spiralnut zwischen Welle und rnotorseitigern Wellenlager auf. Eine solche Spiralnut sorgt für eine Zwangsförderung und vermag erhebliche

Druckdifferenzen zu überwinden.
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Mit besonderem Vorteil ist die Austrittsstelle des das motorseitige Wellenlager verlassenden Öls mit einer Drossel versehen. Diese Drossel sorgt dafür, daß in Stillstandszeiten der Kapseldruck nicht oder nicht so schnell bis in den Zwischendruckraum vordringt, so daß beim nächsten Anlauf dort noch öl vorhanden

ist.

Insbesondere kann die Drossel durch einen an die Spiralnut anschließenden Nutendabschnitt mit kleinerem Querschnitt als die Spiralnut gebildet sein.

Besonders günstig ist es, wenn der Spiegel des Ölsumpfs unterhalb des Rotors des Motors liegt, so daß sich bis zum Arbeitsspiegel im Zwischendruckraum eine Förderhöhe ergibt, und daß die Drossel mit Bezug auf die Viskosität des Öls so bemessen ist, daß sie bei einem der Förderhöhe entsprechenden Zwischendruck als Sperre wirkt. Auf diese Weise ist sichergestellt, daß der Ölspiegel beim Stillstand des Verdichters nicht aus dem Zwischendruckraum absinkt, obwohl der Ölsumpf verhältnismäßig tief liegt.

Vorteilhaft ist es ferner, daß der Rotationsverdichter einen mit der Welle verbundenen Exzenter, einen darauf gelagerten Rollkolben und einen im Gehäuse gelagerten, an den Rollkolben angedrückten Dichtflügel zur Trennung von Druck- und Saugkammer aufweist, und daß der Endabschnitt des zur Saugseite führenden Pfades durch das Spiel zwischen den Stirnseiten des Rollkolbens und den benachbarten Gehäuseteilen gebildet ist. Wählt man einen Rotationsverdichter dieses Aufbaus, ergibt sich zumindest der letzte Teil des zur Saugseite führenden Pfades ohne konstruktive Zusatzmaßnahmen. Der Druckabfall längs dieses letzten Teiles ist zwar groß, weil das Spiel zwecks Vermeidung eines Ölleckstromes in die Saugkammer klein ist. Die Druckdifferenz zwischen Kapseldruck und Zwischendruck ist aber noch genügend groß, um das Öl problemlos bis in die Höhe der Welle anzuheben.

Günstig ist es auch, daß vom an der freien Wellenstirnseite angeordneten Zwischendruckraum eine axial

in der Welle verlaufende Sackbohrung ausgeht, die über eine zum Umfang führende Verteilerbohrung mit der Schmierstelle am motorseitigen Wellenlager verbunden ist. Auf diese Weise gelangt das Öl von der frei zugänglichen Stirnseite zu dem axial hierzu versetzten motorseitigen Wellenlager.

Eine weitere von der Sackbohrung ausgehende Verteilerbohrung kann zu dem das freie Wellenende umschließende Wellenlager führen. Hierbei ist es zweckmäßig, wenn auch zwischen dem freien Wellenende und dem zugehörigen Wellenlager eine Spiralnutfördervorrichtung vorgesehen ist.

Noch eine weitere von der Sackbohrung ausgehende Verteilerbohrung kann zu der Lagerfläche zwischen dem Exzenter und dem Rollkolben führen.

Diese Verteilerbohrungen bilden auch Parallelpfade zu dem Drehbewegungsspiel zwischen dem freien Wellenende und dem zugehörigen Wellenlager und gehören daher zum Abschnitt des Pfades zwischen Zwischendruckraum und Saugseite.

Die Förderwirkung wird noch verbessert, wenn in der Sackbohrung Schaufeln einer Schaufelpumpe angeordnet sind.

Der Zulaufstutzen sollte mindestens bis etwas über die Wellenunterseite in den Zwischendruckraum ragen. Damit ist sichergestellt, daß beim Stillstand eine Ölreserve im Zwischendruckraum verbleibt, die für den nächsten Anlauf zur Verfügung steht.

Eine besonders einfache Lösung ergibt sich, wenn zur Bildung des Zwischendruckraums ein Topf auf das das freie Wellenende umgebende Gehäuse gesetzt ist.

Die Erfindung wird nachstehend anhand eines in der Zeichnung dargestellten, bevorzugten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen Längsschnitt durch einen erfindungsgemäßen Rotationsverdichter in seiner Kapsel und

Fig. 2 einen Schnitt längs der Linie II-II in Fig. 1.

in einer Kapsel 1 ist eine Elektromotor 2 und ein hiervon angetriebener Rotationsverdichter 3 angeordnet. Der Elektromotor weist einen Stator 4 und einen Rotor 5 auf, der mit einer Welle 6 versehen ist.

Der Rotationsverdichter 3 besitzt ein Gehäuse 7, das aus einem in der Kapsel festgehaltenen Stator 8, einem motorseitigem Endteil 9 und einem stirnseitigen Endteil 10 besteht. Das motorseitige Endteil 9 bildet ein motorseitiges Wellenlager 11 für einen motorseitigen Wellenabschnitt 12. Das stirnseitige Endteil 10 bildet ein stirnseitiges Wellenlager 13 für das freie Wellenende 14. Die Welle 6 ist mit einem Exzenter 15 versehen, der von einem Rollkolben 16 unter Bildung eines Exzenterlagers 17 umgeben ist. Der Rollkolben läuft längs einer zur Wellenachse konzentrischen inneren Umfangsfläche 18 des Stators 8 ab. Ein Dichtflügel 19 wird beim Anlauf durch die Kraft einer Feder 20 und im Betrieb auch durch den in der Kapsel 1 herrschenden Druck radial nach innen gegen den Rollkolben 16 gedrückt, so daß sich eine Saugkammer 21 und eine Druckkammer 22 ergeben. Die Saugkammer steht mit einer Saugnut 23 in Verbindung, die ihrerseits an den Saugstutzen 24 angeschlossen ist. Die Druckkammer steht mit einer Drucköffnung 25 in Verbindung, die zum Kapselinnenraum 26 führt, von welchem ein Druckstutzen 27 abgeht.

Im unteren Teil der Kapsel gibt es einen Ölsumpf 28, dessen Spiegel 29 noch unterhalb des Rotors 5 des Elektromotors 2 liegt. Auf das stirnseitige Endteil 10 ist ein Topf 30 dichtend im Preßsitz aufgesetzt, der in seinem Inneren einen Zwischendruckraum 31 bildet und über einen Zulaufstutzen 32 mit dem Ölsumpf 28 in Verbindung steht. Die Welle 6 besitzt eine von der freien Stirnseite ausgehende Sackbohrung 33, in die eine durch ein spiralförmig gewundenes Blech gebildete Schaufeipumpe 34 eingesetzt ist. Von dieser Axialbohrung 33 gehen drei Radialbohrungen aus, nämlich eine Radialbohrung 35, die zum motorseitigen Wellenlager 11 fuhrt, eine Radialbohrung 36, die zum stirnseitigen Wellenlager 13 führt und eine dritte Radialbohrung 37, die zum Exzenterlager 17 führt. An der Außenseite des motorseitigen Wellenabschnitts 12 ist eine Fördervorrichtung in der Gestalt einer spiralförmigen Nut 38 vorgesehen, die im Abstand A vor der Stirnseite des motorseitigen Wellenlagers 11 endet. Sie setzt sich in Gestalt einer als Drossel 39 wirkenden Nut kleineren Querschnitts als die Spiralnut 38 bis zur Stirnseite bzw. etwas darüber hinaus fort. Eine weitere Spiralnut 40 findet sich auf dem freien Wellenende.

Wenn der Rotationsverdichter 3 in Betrieb ist, ergibt sich im Kapselinnenraum 26 der Verdichter- oder Arbeitsdruck und in der Saugnut 23 ein erheblich darunter liegender Druck, nämlich der Saugdruck. Die Druckdifferenz liegt üblicherweise zwischen etwa 5 und 15 bar. Zwischen den Arbeitsdruck und Saugdruck führenden Räumen existiert ein Pfad, der den Zulaufstutzen 32, den Zwischendruckraum 31, eine Parallelschaltung, welche das Lagerspiel 41 zwischen dem Wellenende 14 und dem zugehörigen Wellenlager 13 und die drei Radialbohrungen 35, 36 und 37 in Verbindung mit dem Spiel des Exzenterlagers 17 aufweist, und im letzten

Abschnitt das Spiel 42 und 43 zwischen dem Rollkolben 16 und den benachbarten Endteilen 9 und 10 umfaßt. Der längs dieses Pfades entstehende Druckabfall führt zu einem Zwischendruck im Zwischendruckraum 31, der unterhalb des Kapseldrucks liegt. Infolgedessen wird Öl aus dem Ölsumpf 28 bis in die Höhe der Welle 6 angehoben, so daß sich der Ölspiegel 44, also die Förderhöhe B von beispielsweise 30 bis 50 mm, ergibt. Von hier aus erfolgt der Weitertransport mittels der Schaufelpumpe 34. Die Spiralnut-Fördervorrichtung 38 sorgt dafür, daß das motorseitige Wellenlager 11 geschmiert wird, obwohl das Öl gegen den Druck im Kapselinnenraum 26 gefördert werden muß. Es ergibt sich daher eine Schmierung, wie sie durch die Pfeile in Fig. 1 veranschaulicht ist.

Beim Abschalten des Rotationsverdichters hat die Drossel 39 den Effekt, daß aufgrund der Viskosität des Öls der Kapseldruck nicht ausreicht, das in der Spiralnut befindliche Öl in den Zwischendruckraum zurückzudrücken. Da überdies normalerweise der Saugdruck im System über längere Zeit erhalten bleibt, sind für den nächsten Anlauf nahezu die ursprünglichen Betriebsverhältnisse vorhanden.

Für den Fall, daß der Ölspiegel 44 aufgrund ungünstiger Verhältnisse trotzdem absinken sollte, ist der Zulaufstutzen 32 so in den Topf 30 eingesetzt, daß er nach oben um die Höhe C übersteht. Die Oberseite reicht daher bis etwas über die Unterseite der Welle 6 nach oben. Damit ist sichergestellt, daß ein Ölrest im Topf 30 verbleibt, auch wenn das Öl im übrigen aus dem Zwischendruckraum 31 und dem Zulaufstutzen 32 abgesunken ist. Dieser Ölrest reicht, um beim nächsten Anlauf während des Startens die Schmierung zu bewirken.

Gleich anschließend steht aber wieder die volle Schmierwirkung zur Verfügung.

Claims

Patentansprüche

Rotationsverdichter, dessen etwa horizontal verlaufende Welle von einem Elektromotor angetrieben ist und der in einer einen Ölsumpf aufweisenden, unter Verdichterdruck stehenden Kapsel angeordnet ist, mit einer Wellenlager-Schmiervorrichtung, bei der Öl vom Druckunterschied zwischen Kapseldruck und Saugdruck durch einen Pfad getrieben ist, der über einen Zulaufstutzen aus dem Ölsumpf in einen Zwischendruckraum nahe der Welle und dann zur Saugseite führt, dadurch gekennzeichnet, daß auch der Motor (2) in der Kapsel (1) angeordnet ist und daß die Welle (6) mit einer Fördervorrichtung (34, 38) versehen ist, die das Öl aus dem Zwischendruckraum (31) über das mindestens eine motorseitige Wellenlager (11) in die Kapsel zurück fördert.
2. Rotationsverdichter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Fördervorrichtung (38) eine Spiralnut zwischen Welle (6) und motorseitigem WeI-lenlager (11) aufweist.

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3. Rotationsverdichter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Austrittsstelle des das motorseitige Wellenlager (11) verlassenden Öls mit einer Drossel (39) versehen ist.
4. Rotationsverdichter nach Anspruch 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Drossel (39) durch einen an die Spiralnut anschließenden Nutendabschnitt mit kleinerem Querschnitt als die Spiralnut gebildet ist,
5. Rotationsverdichter nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Spiegel (29) des ölsumpfs (28) unterhalb des Rotors (5) des Motors (2) liegt, so daß sich bis zum Arbeitsspiegel (44) im Zwischendruckraum (31) eine Förderhöhe (B) ergibt, und daß die Drossel (3S) mit Bezug auf die Viskosität des Öls so bemessen ist, daß sie bei einem der Förderhöhe entsprechenden Zwischendruck als Sperre wirkt.
6. Rotationsverdichter nach einem der Ansprüche 1 bis

5, dadurch gekennzeichnet, daß der Rotationsverdichter (3) einen mit der Welle (6) verbundenen Exzenter (15), einen darauf gelagerten Rollkolben (16) und einen im Gehäuse (7) gelagerten, an den Rollkolben angedrückten Dichtflügel (19) zur Trennung von Druck- und Saugkammer (21, 22) aufweist, und daß der Endabschnitt des zur Saugseite führenden Pfades durch das Spiel (42, 43) zwischen den Stirnseiten des Rollkolbens und den benachbarten Gehäuseseiten gebildet ist.
7. Rotationsverdichter nach einem der Ansprüche 1 bis

6, dadurch gekennzeichnet, daß vom an der freien VeI-lenstirnseite angeordneten Zwischendruckraum (31) eine axial in der Welle (6) verlaufende Sackbohrung (33) ausgeht, die über eine zum Umfang fahrende Verteilerbohrung (35) mit der Schmierstelle am motorseitigen Wellenlager (11) verbunden ist.
8. Rotationsverdichter nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß eine weitere von der Sackbohrung (33)

ausgehende Verteilerbohrung (36) zu dem das freie Wellenende (14) umschließenden Wellenlager (13) führt.
9. Rotationsverdichter nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß auch zwischen dem freien Wellenende (14) und dem zugehörigen Wellenlager (13) eine Spiralnut-Fördervorrichtung (40) vorgesehen ist.
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10. Rotationsverdichter nach einem der Ansprüche 6 bis

9, dadurch gekennzeichnet, daß eine weitere von der Sackbohrung (33) ausgehende Verteilerbohrung (37) zu dem Lager (17) zwischen dem Exzenter (15) und dem Rollkolben (16) führt.
11. Rotationsverdichter nach einem der Ansprüche 7 bis

10, dadurch gekennzeichnet, daß in der Sackbohrung (33) Schaufeln einer Schaufelpumpe (34) angeordnet sind.
12. Rotationsverdichter nach einem der Ansprüche 1 bis

11, dadurch gekennzeichnet, daß der Zulaufstutzen (32) mindestens bis etwas über die Höhe der Wellen-Unterseite in den Zwischendruckraum (31) ragt.
13. Rotationsverdichter nach einem der Ansprüche 1 bis

12, dadurch gekennzeichnet, daß zur Bildung des Zwischendruckraums (31) ein Topf (30) auf das das freie Wellenende (14) umgebende Gehäuse gesetzt ist,