DE3720745A1 - Kompressor in spiralbauweise - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Spiralkompressor nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Aus der US-PS 40 65 279 ist bereits ein Spiralkompressor mit Niederdruckkammerbauweise bekannt, bei welchem eine an der Antriebswellenseite befestigte Ausgleichseinrich­ tung zwischen einem ersten Rahmen, der für eine drehbare Abstützung der Welle einen Lagerabschnitt aufweist, wel­ cher an der Rückseite der Stirnplatte des umlaufenden Spiralelements vorgesehen ist, und einem zweiten Rahmen angeordnet ist, der von einem Hauptlager für die drehbare Abstützung einer unteren Antriebswelle und einem Schaft­ abschnitt gebildet wird, an welchem ein Motor festgelegt ist, wobei der erste und der zweite Rahmen getrennt von­ einander ausgebildet sind. Obwohl bei diesem Aufbau die Montage der Ausgleichseinrichtung einfach ist, werden zwei getrennte Rahmen benötigt und dadurch nicht berück­ sichtigt, daß es erforderlich ist, das Lager für die dreh­ bare Abstützung des ersten Rahmens und das Hauptlager für die drehbare Abstützung der unteren Antriebswelle in dem zweiten Rahmen koaxial zu montieren.

Bei diesem Aufbau sind jeweils zwei Hauptlager in den getrennt ausgebildeten Rahmen vorgesehen, um der Befesti­ gung der Ausgleichseinrichtung den Vorzug zu geben, die erwähnte koaxiale Montage des ersten und zweiten Haupt­ lagers wird jedoch nicht in Betracht gezogen. Wenn des­ halb die Exzentrizität auf ein Minimum reduziert werden muß, was während der Montage der Fall sein kann, ist eine sehr große Arbeitsgenauigkeit erforderlich, was den Ar­ beitsprozeß schwierig und kompliziert macht. Da die zwei Treibwellenlagerabschnitte in einem exzentrischen Zustand montiert werden können, können die Treibwellenlager teil­ weise an anderen angrenzenden Bauteilen anstoßen, wodurch verschiedene Probleme hinsichtlich Betriebssicherheit entstehen, beispielsweise können die Lager heißlaufen oder beschädigt werden.

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht des­ halb darin, den Spiralkompressor der eingangs genannten Art mit einem Rahmenaufbau in Form eines einzigen Rahmens zu versehen, in welchem zwei Lager in koaxialer Beziehung angeordnet und ein Raum für die Aufnahme der Ausgleichs­ einrichtung zwischen den beiden Hauptlagern vorgesehen werden können.

Diese Aufgabe wird ausgehend von dem Spiralkompressor der eingangs genannten Art mit den im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmalen gelöst, die im Unteranspruch 2 vorteilhaft weitergebildet sind. Die Ausgestaltung nach Anspruch 3 eignet sich besonders für eine Klimaanlage mit einem Kältemaschinenkreisprozeß.

Bei dem erfindungsgemäßen Spiralkompressor ist der Rah­ menaufbau einfach montierbar, wobei die Ausgleichsein­ richtung an dem Rahmen ohne Schwierigkeiten befestigt werden kann.

Anhand von Zeichnungen werden Ausführungsbeispiele der Erfindung näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 eine erste Ausführungsform des Spiralkompressors im Längsschnitt,

Fig. 2 den Schnitt II-II von Fig. 1 und

Fig. 3 im Axialschnitt eine zweite Ausführungsform des Spiralkompressors.

Der in Fig. 1 und 2 gezeigte Spiralkompressor hat einen Spiralkompressorabschnitt 1 mit einem umlaufenden Spiral­ element 2 und einem stationären Spiralelement 3. Das um­ laufende Spiralelement 2 kämmt mit dem stationären Spiral­ element 3. Der Spiralkompressorabschnitt 1 ist mit einer Antriebswelle 5 über einen Mechanismus, der eine Axial­ drehung des Abschnitts 1 verhindert, und mit einem Motor über einen Rahmen 6 verbunden. Der Spiralkompressorab­ schnitt 1 ist in einem Gehäuse 7 aufgenommen.

Das umlaufende Spiralelement 2 hat eine Stirnplatte 21 und eine Spiralwand 22, die an der Stirnplatte 21 ausge­ bildet ist. Das umlaufende Spiralelement 2 hat ferner eine Welle 22 auf der der Spiralwand 22 gegenüberliegen­ den Seite der Stirnplatte 21. Die Welle 20 ist drehbar in einer Exzenteröffnung 50 aufgenommen, die an der An­ triebswelle 5 ausgebildet ist.

Das stationäre Spiralelement 3 hat eine Stirnplatte 31, an der eine Spiralwand 32 ausgebildet ist, das stationäre Spiralelement 3 hat an seinem Umfang eine Einlaßöffnung 30 und in seinem Zentrum eine Förderöffnung 33.

An dem Rahmen 6 sind in koaxialer Beziehung ein erstes Hauptlager 61 und ein zweites Hauptlager 62 für die ge­ meinsame drehbare Abstützung der Antriebswelle 5 ausge­ bildet. Der Rahmen 6 hat weiterhin ein Axiallager 63 für die drehbare Abstützung der Welle 20, die an der Rück­ seite der Stirnplatte 21 des umlaufenden Spiralelements 2 ausgebildet ist, einen Schaftabschnitt 64, an welchem ein Motor 8 fest montiert ist, einen Raum 65 und eine Öffnung 66. Die einzige Antriebswelle 5 hat eine exzen­ trische Ausnehmung 50 an ihrem einen Ende, in der sich ein Lager 51 für die drehbare Abstützung der Welle 20 des umlaufenden Spiralelements 2 befindet.

Die Welle 5 ist mit einer Ölzuführungsbohrung 52 versehen, die sich in Längsrichtung in der Nähe der Mitte der exzentrischen Ausnehmung 50 erstreckt und am gegenüber­ liegenden Ende in die exzentrische Ausnehmung 50 mün­ det. Die Welle 5 hat eine Ölansaugöffnung 53, die aus einer konischen Platte besteht und sich an dem der Aus­ nehmung 50 gegenüberliegenden Ende befindet.

An der Antriebswelle 5 ist über einen Bolzen 10 oder der­ gleichen eine durch die Öffnung 66 in den Raum 65 einge­ führte Ausgleichseinrichtung bzw. Ausgleichsmasse 9 fest­ gelegt.

Auf diese Weise sind das umlaufende Spiralelement 2 und das stationäre Spiralelement 3 so kombiniert, daß ihre Spiralwände 22 und 32 ineinander greifen, wobei das um­ laufende Spiralelement 2 zwischen dem feststehenden Spi­ ralelement 3 und dem Rahmen 6 klemmend gehalten ist.

Die Antriebswelle 5 ist drehbar an dem Rahmen 6 über das erste Hauptlager 61 und das zweite Hauptlager 62 abge­ stützt. Die Welle 20 des umlaufenden Spiralelements 2 ist in das Lager 51 eingeführt, das in der exzentrischen Ausnehmung 50 der Welle 5 vorgesehen ist. Der Mechanismus 4 zum Unterbinden einer axialen Rotation des Spiralkom­ pressorabschnitts 1 ist zwischen der Stirnplatte 21 des umlaufenden Spiralelements 2 und dem Rahmen 6 vorgesehen.

Der Motor 8 ist an dem Schaftabschnitt 64 des Rahmens 6 durch Bolzen oder dergleichen festgelegt. Der erwähnte Kompressionsmechanismus ist in dem Gehäuse 7 aufgenommen, das als abgedichteter Behälter ausgebildet ist. Der Boden des Gehäuses 7 bildet einen Ölspeicher 70, wobei die Öl­ ansaugöffnung 53 am unteren Ende der Antriebswelle 5 un­ ter dem Ölspiegel in dem Ölspeicher 70 positioniert ist.

Das Gehäuse 7 hat ein Einlaßrohr 71 an einem unteren Ab­ schnitt des Rahmens 6 und ein Förderrohr 72 an einem obe­ ren Abschnitt des stationären Spiralelement 1. Als Ölka­ nal, durch welchen Öl dem zweiten Hauptlager 62 zugeführt wird, ist eine Ölbohrung 54 vorgesehen.

Zwischen der äußeren Öberfläche der Antriebswelle 5 und der Innenwandfläche 67 einer in dem Rahmen 6 ausgebilde­ ten Bohrung ist ein Raum 55 ausgebildet. Die an der An­ triebswelle 5 vorhandene axiale Belastung wird von einem Axiallager 68 aufgenommen.

Am unteren Ende eines sich drehenden Rotors 80 des Mo­ tors 8 ist eine Ausgleichseinrichtung 81 festgelegt. Wei­ terhin ist eine Druckausgleichsbohrung 69 so ausgebildet, daß sie durch den Rahmen 6 hindurchgeht, wodurch sich der Druck in dem Raum 65 und in einer Kammer 73 des Gehäuses 7 aus­ gleichen kann. Nachdem das in das Einlaßrohr 71 angesaug­ te Gas den Motor 8 gekühlt hat, strömt es durch einen Kanal 74, wird in eine Einlaßöffnung 30 des stationären Spiralelements 3 gesaugt und von dem umlaufenden Spiral­ element 2 und dem stationären Spiralelement 3 verdichtet.

Das auf diese Weise verdichtete Gas wird dann durch die Förderöffnung 33 abgeführt und anschließend unter Druck durch das Förderrohr 72 zu einer weiteren Hochdruckan­ ordnung, wie einem Kondensator, geführt.

Gleitend in Drehung versetzte Abschnitte werden über die Ölzuführungsöffnung 53 am Ende der Antriebswelle 5 unter dem in dem Ölspeicher 70 am unteren Abschnitt des Gehäu­ ses 7 vorhandenen Öl und die exzentrische Öffnung 52 ge­ schmiert, die in Längsrichtung durch die Welle 5 hin­ durch ausgebildet ist.

Das durch die Zentrifugalkraft hochgesaugte Öl steigt längs der exzentrischen Bohrung 52 und wird im zweiten Hauptlager 62 über die Ölbohrung 54 zugeführt. Nachdem das Öl das zweite Hauptlager 62 geschmiert hat, steigt es in den Raum 55 hoch und schmiert das Axiallager 68. Dann wird das Öl in den Raum 65 gefördert und fällt in den Ölspeicher 70 durch die Druckausgleichsöffnung 69.

Ein großer Prozentsatz das Öls geht andererseits durch die Ölbohrung 54 und steigt weiter nach oben, wodurch es dem Innenraum der exzentrischen Ausnehmung 50 zuge­ führt wird, die am oberen Ende der Welle 5 ausgebildet ist. Das Öl schmiert das Lager 51 sowie das erste Haupt­ lager 61, welche beide die Antriebswelle 5 drehbar ab­ stützen. Weiterhin geht ein Teil des Öls durch den Raum 56 und wird zu einem Axiallager 63 geführt. Danach wird das Öl durch die Gegendruckkammer 23 und die Druckaus­ gleichsöffnung 60 geführt und fällt in den Raum 65. Das Öl fällt dann zurück in den Ölspeicher 70 zusammen mit dem anderen Öl, welches das Axiallager 68 und das erste Hauptlager 61 geschmiert hat.

Bei dieser Ausgestaltung des Spiralkompressors ergeben sich keine Probleme hinsichtlich des Heißwerdens von La­ gern, was dann der Fall sein könnte, wenn die Hauptlager teilweise gegen andere benachbarte Bauelemente anstoßen. So ist es möglich, einen bemerkenswert weichen Lauf und eine hohe Betriebssicherheit zu erreichen.

Die Ausgleichsvorrichtungen können an einer Stelle mon­ tiert werden, die sich in der Nähe des Elements befindet, das um seine Achse drehbar ist, und die für die Beseiti­ gung eines Unwuchtmoments geeignet ist, das von der Um­ laufbewegung erzeugt wird. Diese Anordnung bildet des­ halb einen Spiralkompressor, bei welchem die Rotations­ unwucht auf einen extrem niedrigen Wert verringert ist. Dies ist möglich, weil das erste Hauptlager 61 und das zweite Hauptlager 62 axial an dem einzigen Rahmen 6 aus­ gebildet werden können und die Ausgleichseinrichtung 9 leicht an der Antriebswelle 5 festgelegt werden kann, indem der Raum 65 und die Öffnung 66 in dem Rahmen 6 ausgebildet sind.

Wenn die Ausgleichseinrichtung und die Antriebswelle in den Rahmen eingebracht werden, wird zunächst vorher die Ausgleichsvorrichtung durch die Öffnung im Umfang des Rahmens eingeführt und dann so positioniert, daß die Mon­ tageöffnung der Ausgleichseinrichtung mit der Achse der Ausgleichseinrichtung zusammenfällt. Dann wird das ent­ sprechende Ende der Antriebswelle 5 in die Öffnung der Ausgleichseinrichtung und in das erste und zweite Haupt­ lager eingeführt. Wenn die Antriebswelle 5 eingeführt ist, werden die Antriebswelle 5 und die Ausgleichsein­ richtung durch geeignete Festlegungsmittel befestigt.

In dieser Anordnung ist die Antriebswelle drehbar durch das erste und zweite Hauptlager abgestützt, während sich die Ausgleichseinrichtung zusammen mit der Antriebswelle 5 drehen kann.

Da der Rahmenaufbau aus einem einzigen Rahmen besteht, der ein Stück bildet, ist es möglich, das erste Hauptla­ ger und das zweite Hauptlager koaxial vorzusehen, wobei beide an dem Rahmen montiert sind. Dieser Aufbau hat den Vorteil, daß eine Justierung der koaxialen Beziehung zwi­ schen den beiden Hauptlagern, wie sie bisher während der Montage erforderlich war, entfällt. Da die Ausgleichs­ einrichtung in den Raum des Rahmens durch den Umfang des Rahmens eingeführt werden kann, ist es möglich, die Aus­ gleichseinrichtung bzw. Ausgleichsmasse an einer Stelle anzubringen, wo der Ausgleich in Drehrichtung auch im Falle eines einstückigen Rahmens leicht eingestellt wer­ den kann.

Obwohl die Öffnung 66 in dem Rahmen 6 ausgebildet wer­ den muß, um die Ausgleichseinrichtung 9 darin einführen zu können, kann die Öffnung 66 nicht nur an einer ein­ zigen Stelle, sondern auch an symmetrischen Positionen bezüglich der Achse vorgesehen werden.

Diese Anordnung erleichtert das Entfernen eines Kerns, wenn der Rahmen 6 durch Gießen gefertigt wird. Die Öffnung 66 ist auch günstig für das Festziehen der Bolzen 10 oder dergleichen zum Festlegen der Ausgleichseinrichtung 9 an der Antriebswelle 5. Wenn die Öffnung an zwei Stel­ len vorgesehen wird, wird zweckmäßigerweise an einer ge­ eigneten Stelle eine Rippe ausgebildet, um einen Aus­ gleich für die Verringerung der Festigkeit des Rahmens 6 als solchem zu schaffen.

Auf diese Weise sind die beiden Hauptlager an voneinander entfernten Stellen in einer zueinander getrennten jedoch koaxialen Beziehung in dem einzigen Rahmen angeordnet. Es ist deshalb nicht nötig, bei der Montage eine Justie­ rung vorzunehmen, wodurch der Arbeitsaufwand merklich reduziert wird.

Die Befestigung der Ausgleichseinrichtung 9 kann durch Klebstoffe, Schrumpfen, Schweißen oder dergleichen an­ stelle der beschriebenen Verbolzung erfolgen.

Wie erwähnt wird die Ausgleichseinrichtung an der Antriebs­ welle durch Einführen der Ausgleichseinrichtung durch die Öffnung im Rahmen festgelegt. Der Rahmenaufbau ist deshalb vereinfacht. Das erste und das zweite Hauptlager können koaxial in dem einzigen Rahmen vorgesehen werden, so daß, wie erwähnt, die Fluchten der Ausrichtung, wie sie bisher erforderlich war, entfällt.

Bei der Ausführungsform von Fig. 3 ist der Spiralkompres­ sor in eine Klimaanlage eingebaut, die als Kältemaschi­ nenkreisprozeß dient.

Dabei ist ein Kondensator 100 über das Förderrohr 72 mit der Förderöffnung 33 des Spiralkompressors verbunden. Ein Expansionsventil 101 ist mit seinem Einlaß mit dem Kondensator 100 und mit seinem Auslaß mit einem Verdampfer 102 verbunden. Der Auslaß des Verdampfers 102 steht über das Einlaßrohr 71 mit der Kammer 73 des Gehäuses 7 des Spiralkompressors in Verbindung. Die Kammer 73 des Ge­ häuses 7 steht so mit der Niederdruckseite des Kälte­ maschinenkreisprozesses in Verbindung, so daß der Druck in der Kammer 73 niedrig ist. Da der Raum 65 mit der Ausgleichseinrichtung 9 in ihm mit der Kammer 73 über die Druckausgleichsöffnung 69 in Verbindung steht, wird der Raum 65 auf einem niedrigen Druck gehalten. Zusätz­ lich wird die Gegendruckkammer 23 auf einem niedrigen Druck über die Druckausgleichsöffnung 60 gehalten. Das eine hohe Temperatur und einen hohen Druck aufweisende, durch das Förderrohr 72 abgeführte Kältemittel wird in Wärmeaustausch mit Luft oder Wasser im Kondensator 100 gebracht, in welchem nach der Wärmeabführung das Kälte­ mittel kondensiert und verflüssigt wird.

Der Druck des verflüssigten Kältemittels wird durch das Expansionsventil 101 reduziert. Man erhält ein gesättig­ tes Gas mit niedrigem Druck, das in Wärmeaustausch mit Luft oder Wasser im Verdampfer 102 gebracht wird, in wel­ chem das Kältemittel verdampft und dadurch eine Kühlwir­ kung herbeiführt, beispielsweise Luft kühlt.

Das verdampfte Kältemittel mit niedrigem Druck strömt wie­ der in das Gehäuse 7 des Spiralkompressors und fließt, nachdem es Teile mit hoher Temperatur, wie den Motor 8, gekühlt hat, durch den Kanal 74 und wird in die Kom­ pressionskammer durch die Einlaßöffnung 30 angesaugt. Auf diese Weise kann der Spiralkompressor einer Klima­ anlage mit einem Kühlkreislauf eingesetzt werden.

Claims (3)

1. Kompressor in Spiralbauweise mit einem Spiralkompressor­ abschnitt (1), der ein umlaufendes Spiralelement (2) und ein stationäres Spiralelement (3) aufweist, von denen jedes eine Stirnplatte (21, 31) aufweist, an der eine Spiralwand (22, 32) vertikal ausgebildet ist, wobei das umlaufende Spiralelement (2) und das sta­ tionäre Spiralelement (3) so zusammengefügt sind, daß die jeweiligen Spiralwände (22, 32) ineinander greifen, und wobei dem umlaufenden Spiralelement (2) eine Um­ laufbewegung erteilt wird, wodurch sich ein luftdich­ ter, von den Stirnplatten (21, 31) und den Spiralwän­ den (22, 32) der jeweiligen Spiralelemente (2, 3) ge­ bildeter Raum zum Zentrum der Umlaufbewegung bewegt, das Volumen des luftdichten Raums fortlaufend verrin­ gert und die Kompression dadurch bewirkt wird, mit einer Antriebswelle (5) zum Verbinden des Spiralkom­ pressorabschnitts (1) mit einem Motor (8) und mit ei­ nem Rahmen (6), der Lager für die drehbare Abstützung der Antriebswelle (5) aufweist, zwischen dem Spiral­ kompressorabschnitt (1) und dem Motor (8) angeordnet ist, um eine festgelegte Verbindung dazwischen zu bil­ den, und in einem Gehäuse des Spiralkompressors auf­ genommen ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Rahmen (6) von einem einzigen Rahmen gebildet wird, an dem ein erster Hauptlagerabschnitt (61) und ein zweiter Lagerabschnitt (62) in koaxialer Bezie­ hung ausgebildet sind, daß eine Ausgleichseinrichtung (9) an der Antriebswelle (5) angebracht ist, die als Hauptwelle dient und drehbar von den ersten und zweiten Wellenlagerabschnitten (61, 62) gelagert ist, wobei eine raumartige Kammer (65) gebildet wird, die in dem Abschnitt des Rahmens (6) in der Nähe des ersten Haupt­ lagerabschnitts (61) drehbar ist und zwischen den er­ sten und zweiten Wellenlagerabschnitten (61, 62) be­ grenzt ist und daß im Umfang des Rahmens (6) eine Öff­ nung (66) ausgebildet ist und in Verbindung mit der raumartigen Kammer (65) steht, wobei die Ausgleichs­ einrichtung (9) frei durch die Öffnung (66) einführ­ bar und herausführbar ist.

2. Spiralkompressor nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Öffnung (66), die im Umfang des Rahmens (6) ausgebildet ist, an zwei Stellen angeordnet ist, die symmetrisch bezüglich der Achse des Rahmens (6) sind.

3. Spiralkompressor nach Anspruch 1 oder 2 für eine Kli­ maanlage mit einem Kältemaschinenkreisprozeß, dadurch gekennzeichnet, daß eine durch den Rah­ men (6) gehende Druckausgleichsöffnung (69) vorgesehen ist, die die jeweiligen Drucke in der raumartigen Kam­ mer (65), in einer auf der Rückseite des umlaufenden Spiralelements (2) vorgesehenen Gegendruckkammer (23) und in dem Gehäuse (7) ausgleicht, wodurch eine Ver­ bindung zwischen dem Gehäuse (7) und der Niederdruck­ seite des Kältemaschinenkreisprozesses hergestellt wird.