DE3413536C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Rotationskolben­ verdichter nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Bei einem bekannten Rotationskolbenverdichter dieser Art (JP-OS 58-1 31 393) gelangt das Öl aus einem Sumpf über einen Zulaufstutzen in einen wellennahen Raum. Das Öl schmiert zunächst ein Wellenlager, dann den Exzenter und schließlich ein weiteres Wellenlager. Von hier gelangt es durch einen Kanal in den Verdichter­ raum, von dem es zusammen mit dem verdichteten Gas in den Kapselinnenraum gestoßen wird. Die Lagerspalte sind verhältnismäßig groß, während das Spiel an den Stirnseiten des Kolbens gering ist, damit sich ein ausgeprägter Strömungspfad für das Öl ergibt und der Verdichterraum ausreichend isoliert ist.

Bei dieser Konstruktion benötigt man eine mechanische Dichtung an der Wellenaustrittsseite, weil der Ölpfad vom unter Druck stehenden Kapselinnenraum isoliert werden muß. Dies führt zu entsprechenden Kosten, aber auch zu Reibungsverlusten und die Lebensdauer verkürzender Abnutzung. Des weiteren werden die drei Schmierstellen nacheinander durchflossen; es sind somit drei Drosseln zu überwinden. Bei gegebenem Differenzdruck und gegebenem Lagerspiel ist daher die Menge des Schmieröls entsprechend begrenzt. Störend ist außerdem, daß die Stirnseiten des Kolbens in der Praxis überhaupt nicht geschmiert werden. Da das gesamte Schmieröl über den Verdichterraum geleitet wird, ist der Ölanteil im verdichteten Gas verhältnis­ mäßig groß. Bei einem Kältemittelverdichter wird in unerwünschter Weise Öl in das Kältesystem mitge­ schleppt.

Zur Behebung dieser Nachteile ist in der älteren, nicht vorveröffentlichten EP-OS 1 54 347 angegeben, daß vom wellennahen Raum zur Schmierung des motorseiti­ gen Wellenlagers eine an der Wellenoberfläche ausgebil­ dete Spiralnut, die mit Abstand von der Stirnseite des Wellenlagers endet, und zur Schmierung des Exzenters eine an dessen Oberfläche ausgebildete Spiralnut ausgeht. Zur Unterstützung des Ölflusses kann mittels Gasstrahlen am Lagerende ein verminderter Druck erzeugt werden. Das Spiel zwischen den Stirnseiten des Kolbens und den benachbarten Gehäuseseiten liegt in der Größen­ ordnung von 3 bis 30 µ und ermöglicht daher eine begrenzte Verbindung zwischen dem wellennahen Raum und der Saugkammer.

Bekannt ist auch ein Rotationskolbenverdichter mit vertikaler Welle (US-PS 35 65 552), bei dem der am Rollkolben anliegende Dichtflügel sofort nach dem Start geschmiert werden soll. Ausgenutzt wird die Druckdifferenz zwischen dem unter Verdichterdruck stehenden Kapselinnenraum und dem geringeren Druck in der Saugkammer. Durch diese Druckdifferenz wird Öl über ein Röhrchen längs der Seitenwände des Dicht­ flügels in die Saugkammer geleitet.

Ein anderer bekannter Rotationskolbenverdichter (US-PS 43 55 963) befaßt sich nicht mit einer Druckdifferenz­ schmierung. Vielmehr wird das Öl aus dem Sumpf mittels einer Gasstrahlpumpe bis in die Höhe der Welle gehoben. Dort wird er mittels einer Fördervorrichtung an die verschiedenen Schmierstellen verteilt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Rota­ tionskolbenverdichter der mit Druckdifferenzschmierung derart weiterzubilden, daß sich bei einfachem Aufbau eine bessere Schmierung ergibt.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.

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 Zwi­ schendruck durch das motorseitige Wellenlager in die Kapsel zurückzufördern. Damit wird der Tatsache Rechnung getragen, daß mangels eines unter Saugdruck stehenden Motorgehäuses keine Druckdifferenz zur Verfügung steht, um das Öl aus dem Zwischendruckraum durch das motorseitige Wellenlager zu treiben. Anderer­ seits 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 Kapseldruck 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. Die 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. Das Spiel zwischen den Stirnseiten des Kolbens und den benachbarten Gehäuseseiten bildet den letzten Teil des zur Saugseite führenden Pfades ohne konstruktive Zusatzmaßnahmen. Der Druckabfall längs dieses letzten Teiles ist zwar groß, weil das Spiel zwecks Vermeidung eines Ölleck­ stromes 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.

Bei der Ausgestaltung nach Anspruch 2 sorgt die Spiral­ nut für eine Zwangsförderung und vermag erhebliche Druckdifferenzen zu überwinden.

Mit der Weiterbildung nach Anspruch 3 ergibt sich die definierte Drossel auf einfache Weise.

Mit den Merkmalen des Anspruchs 4 ist sichergestellt, daß der Ölspiegel beim Stillstand des Verdichters nicht aus dem Zwischendruckraum absinkt, obwohl der Ölsumpf verhältnismäßig tief liegt.

Die Erfindung wird nachstehend anhand eines in der Zeichnung dargestellten, bevorzugten Ausführungsbei­ spiels näher erläutert. Es zeigt

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

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

In einer Kapsel 1 ist ein Elektromotor 2 und ein hier­ von angetriebener Rotationskolbenverdichter 3 angeordnet. Der Elektromotor weist einen Stator 4 und einen Rotor 5 auf, der mit einer Welle 6 versehen ist.

Der Rotationskolbenverdichter 3 besitzt ein Gehäuse 7, das aus einem in der Kapsel festgehaltenen Stator 8, einem motorseitigen Endteil 9 und einem stirnseitigen Endteil 10 besteht. Das motorseitige Endteil 9 bildet ein motorseitiges Wellenlager 11 für einen motorseiti­ gen 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 inne­ ren 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 herrschen­ den 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 Druckstut­ zen 27 abgeht.

Im unteren Teil der Kapsel gibt es einen Ölsumpf 28, dessen Spiegel 29 noch unterhalb des Rotors 5 des Elek­ tromotors 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 frei­ en Stirnseite ausgehende Sackbohrung 33, in die eine durch ein spiralförmig gewundenes Blech gebildete Schau­ felpumpe 34 eingesetzt ist. Von dieser Axialbohrung 33 gehen drei Radialbohrungen aus, nämlich eine Radialboh­ rung 35, die zum motorseitigen Wellenlager 11 führt, eine Radialbohrung 36, die zum stirnseitigen Wellenla­ ger 13 führt und eine dritte Radialbohrung 37, die zum Exzenterlager 17 führt. An der Außenseite des motorsei­ tigen 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 Rotationskolbenverdichter 3 in Betrieb ist, ergibt sich im Kapselinnenraum 26 der Verdichter- oder Arbeits­ druck in der Saugnut 23 ein erheblich darunter liegender Druck, nämlich der Saugdruck. Die Druckdif­ ferenz liegt üblicherweise zwischen etwa 5 und 15 bar. Zwischen dem Arbeitsdruck und Saugdruck führenden Räumen existiert ein Pfad, der den Zulaufstutzen 32, den Zwischenraum 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 angeho­ ben, 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 Schaufelpum­ pe 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 veran­ schaulicht ist.

Beim Abschalten des Rotationskolbenverdichters 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 zu­ rückzudrücken. Da überdies normalerweise der Saugdruck im System über längere Zeit erhalten bleibt, sind für den nächsten Anlauf nahezu die ursprünglichen Betriebs­ verhältnisse vorhanden.

Für den Fall, daß der Ölspiegel 44 aufgrund ungünstiger Verhältnisse trotzdem absinkel sollte, ist der Zulauf­ stutzen 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 abge­ sunken ist. Dieser Ölrest reicht, um beim nächsten An­ lauf während des Startens die Schmierung zu bewirken. Gleich anschließend steht aber wieder die volle Schmier­ wirkung zur Verfügung.

Claims (4)

1. Rotationskolbenverdichter, dessen rotierender Kolben durch eine etwa horizontal verlaufende Welle von einem Elektromotor angetrieben ist und der zusammen mit dem Motor in einer einen Ölsumpf aufweisenden, unter Verdichterdruck stehenden Kapsel angeordnet ist, mit einer Wellenlager-Schmiervorrichtung, die einen Pfad aufweist, über den Öl vom Druckunterschied zwischen Kapseldruck und Saugdruck getrieben wird und der vom Ölsumpf über einem Zulaufstutzen zu einem wellennahen Raum und von dort zur Saugkammer des Verdichters führt, wobei insbesondere der Rotationskolbenverdichter 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, dadurch gekennzeichnet,

• a) daß eine an der Welle angebrachte Fördervorrichtung vorge­ sehen ist, die Öl vom wellennahen Raum (31) über ein motorseitiges Wellenlager (11) in die Kapsel zurückfördert,
• b) daß eine Austrittsstelle des das motorseitige Wellenlager (11) verlassenden Öls mit einer Drossel (39) versehen ist, und
• c) daß ein Endabschnitt des zur Saugkammer des Verdichters führenden Pfades durch das Spiel (42, 43) zwischen den Stirnseiten des Kolbens (16) und den benachbar­ ten Gehäuseseiten gebildet ist.

2. Rotationskolbenverdichter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Fördervorrichtung eine Spiralnut (38) zwischen Welle (6) und motorseitigem Wellenlager (11) aufweist.

3. Rotationskolbenverdichter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Drossel (39) durch einen an die Spiralnut (38) anschließen­ den Nutenabschnitt mit kleinerem Querschnitt als die Spiral­ nut gebildet ist.

4. Rotationskolbenverdichter nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Spiegel (29) des Ölsumpfs (28) unterhalb des Rotors (5) des Motors (2) liegt, so daß sich bis zum Arbeitsölspiegel (44) im wellennahen Raum (31) eine Förderhöhe (B) ergibt, und daß die Drossel (39) mit Bezug auf die Visko­ sität des Öls so bemessen ist, daß sie bei einem der Förderhöhe entsprechenden Zwischendruck als Sperre wirkt.