DE3506374C2 - Spiralkompressor - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Spiralkompressor zum Transportieren und Komprimieren eines Fluids, bestehend aus einem geschlossenen Gehäuse, einem Tragrahmen in dem Gehäuse, der das Gehäuseinnere in einen unter Saugdruck stehenden Sau­ graum mit einer Einlaßöffnung und einen unter Auslaßdruck stehenden Druckraum mit einer Auslaßöffnung teilt, zwei Spi­ ralelementen in dem Saugraum, nämlich einem unbeweglichen Spiralelement in Form einer Platte mit einer spiralförmig von außen nach innen verlaufenden, zum Tragrahmen hin gerichteten Wand und einem während des Betriebes Umlaufbewegungen ausfüh­ renden Spiralelement in Form einer Platte mit einer spiral­ förmigen von außen nach innen verlaufenden, vom Tragrahmen weg gerichteten Wand, wobei beide Wände ineinandergreifen, zwischen sich Kammern bilden, die bei einer Umlaufbewegung des bewegbaren Spiralelementes von außen nach innen wandern, dabei kleiner werden und das Fluid bei gleichzeitiger Kom­ pression von außen nach innen fördern, einer Leitung vom Zen­ trum der Spiralelemente zum Druckraum, durch die das kompri­ mierte Fluid vom Zentrum der Spiralelemente in den Druckraum strömen kann, und einem Antriebsmotor in dem Druckraum, des­ sen Antriebswelle in dem Tragrahmen gelagert ist und das um­ laufende Spiralelement über einen, an letzterem sitzenden Antriebszapfen antreibt, der in einer Ausnehmung an einer Kurbel der Antriebswelle exzentrisch gelagert ist, wobei der Tragrahmen durch eine Ausnehmung im mittleren Bereich einen zum Saugraum hin offenen Raum bildet, in dem sich die Kurbel befindet, und der Druck des Saugraumes auf die dem Tragrahmen zugewandte Seite der bewegbaren Platte radial außen wirkt.

Bei einem bekannten Kompressor dieser Art (DE-OS 33 08 227, Fig. 1) wirkt der Druck des Saugraums auch auf die dem Tra­ grahmen zugewandte Platte innen. Die beiden Platten werden demgemäß nicht gegeneinander gedrückt, so daß die Dichtung zwischen den beiden Platten nicht allzu gut ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den eingangs er­ wähnten Kompressor derart auszubilden, daß in einfacher Art und Weise die Dichtung zwischen den Spiralelementen verbes­ sert wird, und zwar derart, daß man den dazu erforderlichen Druck in einfacher Art ändern bzw. den jeweils gegebenen Ver­ hältnissen anpassen kann.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Druck des Druckraumes auf die dem Tragrahmen zugewandte Seite der bewegbaren Platte radial innen wirkt, wobei der radial äußere und innere Druckbereich durch einen elastischen Dich­ tring voneinander getrennt sind, der mit einem äußeren Rand in dem Tragrahmen an einem Rand des Raumes der Ausnehmung ruht und der mit einem inneren Rand an der bewegbaren Platte dichtend anliegt.

Auf diese Weise wird erreicht, daß die dem Tragrahmen zuge­ wandte Platte in einfacher Art und Weise gegen die andere Platte gedrückt wird, und daß dadurch eine einwandfreie Dich­ tung zwischen beiden Platten erzielbar ist. Hinzu kommt, daß man diesen Druck in einfacher Art und Weise ändern kann, dies dadurch, daß man den Dichtring gegen einen anderen mit ande­ rem Innendurchmesser austauscht: Je kleiner dieser Durchmes­ ser ist, umso kleiner ist der Dichtdruck; je größer dieser Durchmesser ist, umso größer ist der Dichtdruck.

Es ist ein Spiralkompressor bekannt (DE-OS 24 28 228, Fig. 15 und 17), bei dem kein Tragrahmen vorgesehen ist, der das Gehäusein­ nere in einen unter Saugdruck stehenden Saugraum und in einen unter Auslaßdruck stehenden Druckraum teilt. Vielmehr steht der gesamte Innenraum des Kompressors unter Saugdruck. Man könnte also bei diesen Kompressoren nicht die Differenz zwi­ schen dem Ausströmdruck und dem Saugdruck ausnutzen, um die beiden Spiralelemente gegeneinander zu drücken. Ein Dich­ tring, wie er bei dem erfindungsgemäßen Kompressor vorhanden ist, fehlt demgemäß auch bei den bekannten Kompressoren.

Ähnlich liegen die Verhältnisse bei den Ausführungsformen gemäß den Fig. 7 und 8 der eingangs erwähnten DE-OS 33 08 227. Diese besitzen zwar jeweils einen Tragrahmen, indessen teilt dieser nicht den Kompressorinnenraum in zwei Räume un­ terschiedlicher Drücke. Bei der Ausführungsform der Fig. 7 steht der gesamte Innendruck unter Ausströmdruck, bei der Ausführungsform der Fig. 8 steht der gesamte Innenraum unter Saugdruck.

Schließlich ist ein Kompressor bekannt (US-PS 41 78 143, Fig. 4), bei dem zwar auch schon die beiden Spiralelemente durch Drücke auf ihre voneinander abgewandten Flächen gegeneinander gedrückt werden, aber die Drücke werden durch Druckringe, auf die Federn wirken, erzielt. Außerdem bestehen zwischen diesen Kompressoren und dem erfindungsgemäßen Kompressor weitere Unterschiede hinsichtlich der Funktion und der Ausbildung.

Die Erfindung wird anhand der Zeichnung weiter erläutert. Darin zeigen:

Fig. 1 einen Axialschnitt durch eine erste Ausführungsform gemäß der Erfindung,

Fig. 2 einen Axialschnitt durch eine zweite Ausführungsform der Erfindung und

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

Fig. 1 zeigt einen Spiralkompressor 10. Dieser weist ein Ge­ häuse auf, das aus einem oberen Gehäuseteil 11 und einem un­ teren Gehäuseteil 12 besteht. Ein Tragrahmen 13 ist mit sei­ nem äußeren Rand zwischen den beiden Gehäuseteilen befestigt. Das obere Gehäuseteil 11 greift mit einem abgekröpften Rand 14 dicht über das untere Gehäuseteil 12. Beispielsweise ist der Rand 14 an dem Gehäuseteil 12 festgeschweißt.

Der Rahmen 13 trägt einen Motor, der aus einem Stator 15 und einem Rotor 16 besteht. Dieser Motor befindet sich zentrisch im unteren Gehäuseteil 12. Mehrere Bolzen 23, die den Stator 15 in Abständen voneinander außen durchlaufen, sind in den Rahmen 13 eingeschraubt und halten auf diese Weise den Stator 15 an dem Rahmen 13. Der Rotor 16 ist im Preßsitz od. dgl. an einer Antriebswelle 17 befestigt. Diese ist drehbar in einem Lager 18 in dem Rahmen 13 gelagert. Das obere Ende der Welle weist eine Kurbel 19 auf, die mit einem Kurbelzapfen 20 aus­ gerüstet ist. Dieser sitzt exzentrisch zur Längsachse der Antriebswelle 17 in einem Lager 21 eines Schwinggliedes 22. Dieses stellt eine Verbindung zwischen dem Kurbelzapfen 20 und einer beweglichen Platte 24 dar. Letztere sitzt mit einem Zapfen 24a in einem Lager 25 des Schwinggliedes 22. Die Mit­ telachse des Zapfens 24a beschreibt eine Umlaufbewegung, wenn die Kurbel 19 rotiert.

Eine stationäre Platte 26 sitzt an dem Rahmen 13 und ist der beweglichen Platte 24 gegenüber angeordnet. Eine spiralförmi­ ge Wand 27 sitzt an der stationären Platte 26 und erstreckt sich zur beweglichen Platte 24 hin. Ebenso sitzt an der Ober­ seite der beweglichen Platte 24 eine spiralförmige Wand 28, die sich zur stationären Platte hin erstreckt. Sie wirkt mit der Wand 27 zusammen. Außerdem weist die stationäre Platte 26 einen Druckring 29 auf, der ebenfalls der beweglichen Platte 24 zugewandt ist und die Wände 27 und 28 einschließt. Der Druckring 29 nimmt die axiale Kraft rund um die Wände 27 und 28 auf. Die Stirnfläche des Druckringes 29 kann mehrere ra­ diale und axiale Nuten (nicht dargestellt) aufweisen, über die Schmiermittel auf der Stirnfläche verteilt wird vorwie­ gend in dem Bereich, wo sie der beweglichen Platte 24 an­ liegt. Einzelheiten darüber werden weiter unten erläutert.

Eine bekannte Oldham-Kupplung besteht aus vier Gleitblöcken 30, die in Schlitzen 31 ruhen. Durch diese Kupplung wird er­ reicht, daß sich die bewegliche Platte 24 in einem festen Winkelverhältnis zur stationären Platte 26 bewegt. Weitere Einzelheiten der Oldham-Kupplung ergeben sich aus Fig. 3. Die Gleitblöcke 30 sind andererseits mit einem Kupplungsring 32 verbunden. Zwei Schlitze 31 liegen diametral einander ge­ genüber und zwei weitere Schlitze 31 ebenfalls, wobei deren Verbindungslinie senkrecht zu der Verbindungslinie der beiden anderen Schlitze steht. Die einen Schlitze 31 (siehe Fig. 1) befinden sich in der beweglichen Platte 24. Die beiden ande­ ren Schlitze 31 befinden sich in dem Rahmen 13. Durch die Gesamtkonstruktion wird bewirkt, daß die bewegliche Platte 24 in einem festen Winkelverhältnis zu der stationären Platte 26 bleibt.

Die in radialer Richtung inneren und äußeren Flankenflächen der Wände 27 und 28 berühren sich in zwei oder mehreren Punk­ ten, so daß eine Tasche der mehrere Taschen für das Fluid, welches durch die Umlaufbewegung der beweglichen Platte 24 komprimiert wird, definiert wird bzw. werden. Diese Fluidta­ schen 34 verändern ihr Volumen, wenn sie sich längs der Wan­ delemente 27 und 28 bewegen. Im vorliegenden Fall wird das in ihnen befindliche Fluid komprimiert. Dieses tritt zunächst in das Gehäuse 11 durch eine Einlaßleitung 35 ein. Diese steht in Verbindung mit einer Saugkammer 36 des Kompressors, die sich im oberen Gehäuseteil 11 befindet. Das Fluid strömt durch mehrere Öffnungen 37 und gelangt in eine Ringkammer 38, die außerhalb des Druckringes 29 angeordnet ist. Das Fluid strömt dann durch mehrere Kanäle 39 und gelangt auf diese Weise zu den äußeren Enden der Wände 27 und 28. Die Bewegung der beweglichen Platte 24 hat zur Folge, daß das Fluid, das in die Taschen 34 einströmt, zunächst komprimiert wird und dann durch eine Bohrung 40 etwa in der Mitte der stationären Platte 26 abfließt. Das komprimierte Fluid strömt dann durch eine Leitung 41 und verläßt das obere Gehäuseteil 11. Es strömt in das untere Gehäuseteil 12 durch eine Leitung 42.

Wie der Fig. 1 zu entnehmen ist, fließt das Fluid aus der Leitung 41 zunächst durch einen Wärmeaustauscher 43, in dem das Fluid gekühlt wird, bevor es in das untere Gehäuseteil 12 strömt.

Das komprimierte Fluid, das in den unteren Gehäuseteil 12 durch die Leitung 42 eintritt, fließt durch eine Leitung 44 zum oberen Ende der Statorwindungen 12 des Motors. Das kom­ primierte Fluid wird auf diese Weise gezwungen, durch den ringförmigen Spalt zwischen Stator 15 und Rotor 16 zu fließen und auf diese Weise den Motor zu kühlen. Eine Bohrung 13a in dem Rahmen 13 sorgt dafür, daß der innere Teil der Unterseite der beweglichen Platte 24 ebenfalls dem Fluiddruck ausgesetzt ist. Das komprimierte Fluid fließt aus dem unteren Gehäuse­ teil 12 dann durch eine Auslaßleitung 45 ab.

Der untere Teil des unteren Gehäuseteils 12 bildet ein Ölre­ servoir 46. Während des Betriebes des Kompressors 10 liegt das Volumen in dem unteren Gehäuseteil 12, das von dem Volu­ men im oberen Gehäuseteil 11 durch den Rahmen 13 getrennt ist, auf hohem Druck. Das Öl in dem Reservoir 46 unterliegt infolgedessen ebenfalls diesem Druck. Eine Leitung 47 er­ streckt sich von dem Ölreservoir durch den Rahmen 13 und geht in eine Leitung 48 über. Diese steht in Verbindung mit den radialen und peripheren Nuten in der Stirnfläche des Druck­ ringes 29. Die Stirnfläche des Druckringes 29 befindet sich auf dem niedrigen Druck. Diese Druckdifferenz drückt Öl durch die Leitung 47, so daß dieses auf der Stirnfläche des Druck­ ringes 29 verteilt wird. Um einen übermäßigen Ölfluß zu ver­ hindern, ist die Leitung 47 entweder mit einer sehr dünnen Bohrung versehen oder hat eine Verengung an ihrer Mündung. Das zu der Stirnfläche des Druckringes 29 gelieferte Öl schmiert somit diesen Ring, der auf dem oberen Teil der be­ weglichen Platte 24 gleitet. Das Schmiermittel wird also auch in die Taschen 34 mit dem Fluid gefördert, das durch die Ka­ näle 39 strömt. Dieses Schmiermittel verbessert die Wirksam­ keit des Kompressors 10, indem die Dichtung zwischen den Scheiteln und seitlichen Flächen der Wände 29 und 28 an den jeweiligen Kontaktstellen verbessert wird. Das Öl wird schließlich von dem komprimierten Fluid getrennt, nachdem dieses durch die Leitung 42 geströmt ist und fließt dann in das Reservoir 46 zurück.

Ein wichtiges Element der Erfindung ist der Dichtring 49, der sich vom Rahmen 13 aus radial nach innen erstreckt und Kon­ takt mit der Unterseite der beweglichen Platte 24 hat. Dieser Kontakt erfolgt längs einer Kreislinie, die die untere Fläche der beweglichen Platte in zwei Bereiche teilt: Der eine Be­ reich unterliegt dem hohen Druck und der andere Bereich dem niedrigen Druck. Fig. 3 zeigt die Verhältnisse im einzelnen. Der Bereich 50, der innerhalb dieses Kreises liegt, unter­ liegt dem hohen Druck. Der Bereich 51, der außerhalb des Kreises liegt, dem niedrigen Druck. Da die beweg­ liche Platte 24 eine Umlaufbewegung macht, verändert sich der Kreis relativ zu dieser ständig. Dennoch bleiben die Grö­ ßen der Bereiche 50 und 51 konstant. Durch geeignete Wahl des Radius des Druckringes 49 kann der Axialdruck, der gegen die bewegliche Platte 24 drückt, beeinflußt werden. Dieser Axial­ druck muß so sein, daß eine adäquate Dichtung zwischen den Scheiteln der Wände 27 und 28 und der jeweils gegenüberlie­ genden Platte 24 bzw. 26 gewährleistet ist. Ein zu großer Axialdruck würde die Reibung zwischen den gleitenden Flächen erhöhen und die Wirksamkeit des Kompressors reduzieren. Da der hohe Druck und der niedrige Druck leicht bestimmbare Pa­ rameter sind, kann auch der Axialdruck gegen die bewegliche Platte 24 leicht als Funktion der Bereiche 50 und 51 bestimmt werden.

Fig. 2 zeigt eine zweite Ausführungsform eines Spiralkompres­ sors gemäß der Erfindung. Bei dieser bezeichnen Bezugszei­ chen, die mit Bezugszeichen der Fig. 1 identisch sind, iden­ tische Teile. Bezugsziffern, die mit einem Strich versehen sind, bezeichnen Elemente, die den entsprechenden Elementen der Ausführungsform gemäß Fig. 1 in der Funktion, aber nicht in der Form entsprechen. Die zweite Ausführungsform ist mit 10′ bezeichnet. Sie unterscheidet sich von der ersten Ausfüh­ rungsform darin, daß das komprimierte Fluid, welches der Boh­ rung 40 in der stationären Platte 26′ entströmt, durch eine Leitung 41′ fließt, die völlig in dem Gehäuse des Kompressors liegt, was zur Folge hat, daß eine zusätzliche Öffnung in den Gehäuseteilen entfällt. Die zweite Ausführungsform weist ein oberes Gehäuseteil 11′ und ein unteres Gehäuseteil 12′ auf. Die Leitung 41′ erstreckt sich durch die stationäre Platte 26 und den Rahmen 13′ im äußeren Umfangsbereich, also dort, wo diese Teile an die Gehäuseteil 11′ und 12′ angrenzen.

Die Ausführungsform der Fig. 2 unterscheidet sich von derje­ nigen der Fig. 1 auch dadurch, daß die Kurbel 19′ die beweg­ liche Platte 24 direkt antreibt. Es fehlt also das Schwing­ glied 22 der Ausführungsform der Fig. 1. Die Kurbel 19′ sitzt an der Antriebswelle 17 und ist in einem Rollenlager 18′ ge­ lagert, das in dem Rahmen 13′ sitzt. Die Kurbel 19′ hat nicht einen Kurbelzapfen 20, sondern ist vielmehr direkt mit dem Antriebszapfen 24a der beweglichen Platte 24 verbunden. Ein Rollenlager 25′ ermöglicht es, daß die Kurbel 19′ um den Zapfen 24a rotieren kann. Da das Lager 251 exzentrisch zu der Längsachse der Antriebswelle 17 angeordnet ist,bewirkt die Rotation der Antriebswelle 17 direkt eine Umlaufbewegung der Platte 24.

Die zweite Ausführungsform der Erfindung arbeitet ebenso wie die erste. Sie besitzt ebenfalls einen Druckring 49, der die Unterseite der beweglichen Platte 24 in einen Teil 50, der dem hohen Druck unterliegt, und in einen anderen Teil 51, der dem niedrigen Druck unterliegt, aufteilt. Fig. 3 gilt inso­ fern auch für die zweite Ausführungsform der Erfindung gemäß Fig. 2.

Claims (2)

1. Spiralkompressor zum Transportieren und Komprimieren eines Fluids, bestehend aus einem geschlossenen Gehäuse, einem Tragrahmen in dem Gehäuse, der das Gehäuseinnere in einen unter Saugdruck stehenden Saugraum mit einer Einlaßöffnung und einen unter Auslaßdruck stehenden Druckraum mit einer Auslaßöffnung teilt, zwei Spiralelementen in dem Saugraum, nämlich einem unbeweglichen Spiralelement in Form einer Platte mit einer spiralförmig von außen nach innen verlaufen­ den, zum Tragrahmen hin gerichteten Wand und einem während des Betriebes Umlaufbewegungen ausführenden Spiralelement in Form einer Platte mit einer spiralförmigen von außen nach innen verlaufenden, vom Tragrahmen weg gerichteten Wand, wo­ bei beide Wände ineinandergreifen, zwischen sich Kammern bil­ den, die bei einer Umlaufbewegung des bewegbaren Spiralele­ mentes von außen nach innen wandern, dabei kleiner werden und das Fluid bei gleichzeitiger Kompression von außen nach innen fördern, einer Leitung vom Zentrum der Spiralelemente zum Druckraum, durch die das komprimierte Fluid vom Zentrum der Spiralelemente in den Druckraum strömen kann, und einem An­ triebsmotor in dem Druckraum, dessen Antriebswelle in dem Tragrahmen gelagert ist und das umlaufende Spiralelement über einen, an letzterem sitzenden Antriebszapfen antreibt, der in einer Ausnehmung an einer Kurbel der Antriebswelle exzen­ trisch gelagert ist, wobei der Tragrahmen durch eine Ausneh­ mung im mittleren Bereich einen zum Saugraum hin offenen Raum bildet, in dem sich die Kurbel befindet, und der Druck des Saugraumes auf die dem Tragrahmen zugewandte Seite der beweg­ baren Platte radial außen wirkt, dadurch gekennzeichnet, daß auf die dem Tragrahmen zugewandte Seite der bewegbaren Platte (24) radial innen der Druck des Druckraumes wirkt, wobei der radial äußere und innere Druckbereich durch einen elasti­ schen Dichtring (49) voneinander getrennt sind, der mit einem äußeren Rand in dem Tragrahmen (13) an einem Rand des Raumes der Ausnehmung ruht und der mit einem inneren Rand an der bewegbaren Platte (24) dichtend anliegt.

2. Spiralkompressor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Auslaßdruck über eine Öffnung (13a) in dem Tragrah­ men (13) in dem Raum, in dem sich die Kurbel (19, 19′) befin­ det, und damit auf die bewegliche Platte (24) wirkt.