DE3739013C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Rotationskolbenmaschine in Spiralbauweise nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Eine solche Rotationskolbenmaschine in Spiralbauweise ist aus der JP 61-2 05 386 A (Fig. 2) bekannt. Sie arbeitet als Spiralkompressor und hat ein dicht abgeschlossenes Gehäuse, das horizontal angeordnet ist. In dem Gehäuse ist ein Kompressorabschnitt mit einem Rahmen und einem Elektromotor angeordnet, wobei der Kompressorabschnitt mit dem Elek­ tromotor über eine in dem Rahmen gelagerte Kurbelwelle mit einem Kurbelzapfen verbunden ist. Der Rahmen trennt das Gehäuse in zwei Kammern mit unterschiedlichem Druck, wobei die elektromotorseitige Kammer die Ansaugkammer bildet, in die ein Ansaugstutzen mündet, während die kompressorab­ schnittsseitige Kammer die Förderkammer mit einem Förder­ stutzen bildet. Der Kompressorabschnitt besteht aus einem rahmenseitigen umlaufenden Spiralelement, in das der Kur­ belzapfen eingreift, und einem gehäusefesten stationären Spiralelement. Die Spiralwände der beiden Spiralelemente greifen unter Bildung von Arbeitskammern ineinander. Die scheibenförmige Stirnplatte des stationären Spiralelements hat eine zentrale Förderöffnung, die in die auf Förderdruck befindliche Förderkammer mündet. Die Unterseite des hori­ zontal angeordneten Gehäuses ist mit Speicheröl bedeckt. In dieses Speicheröl ragt die Ansaugleitung eines Verbindungs­ kanals für die Ölzuführung zu den Lagern. Dieser Verbin­ dungskanal erstreckt sich axial durch das stationäre Spi­ ralelement und durch den Rahmen und geht im Rahmen in einen radialen Kanal über, der seinerseits mit einem axialen Kanal in der Kurbelwelle und in dem Kurbelzapfen in Ver­ bindung steht. Von dem axialen Kanal in der Kurbelwelle zweigen radiale Kanäle ab, die die Kurbelwellenlager am Rahmen schmieren.

Aufgrund der Druckdifferenz zwischen der Förderkammer und der Ansaugkammer gefördertes Öl wird den Lagern über einen sehr langen Verbindungskanal zugeführt, in welchem der Druckabfall so groß ist, daß das in dem Öl enthaltene Kältemittel in den Verbindungskanal aussiedet, wodurch eine konstante ausreichende Ölzuführung zu den Lagern nicht gewährleistet ist.

Bei einem vertikal angeordneten Spiralkompressor (US-PS 45 22 575) ist es bekannt, den elektromotorseitigen Ab­ schnitt des Gehäuses mit dem Förderdruck zu beaufschlagen, wobei im Raum oberhalb des stationären Spiralelements Ansaugdruck herrscht. Über eine im Bodenbereich des Gehäu­ ses mündende Leitung wird durch den Druck Öl nach oben durch eine Bohrung im Rahmen und axiale und radiale Bohrun­ gen im stationären Spiralelement zu den Gleitflächen ge­ führt, von wo aus das Öl dann unter dem Einfluß der Schwer­ kraft wieder nach unten zum Ölsumpf fließt. Außerdem muß durch eine sich in Axialrichtung in der Kurbelwelle exzen­ trisch erstreckende Bohrung Öl aus dem Ölsumpf, in den die Kurbelwelle eintaucht, zu den rahmenseitigen Lagern der Kurbelwelle transportiert werden.

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht nun darin, die gattungsgemäße, horizontal angeordnete Rota­ tionskolbenmaschine in Spiralbauweise derart auszugestal­ ten, daß mit einfachen Mitteln eine stabile Ölzuführung zu jedem Lager und zu jeder Gleitfläche gewährleistet ist.

Diese Aufgabe wird mit den im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmalen gelöst, die in den Unteransprüchen 2 und 3 vorteilhaft weitergebildet sind.

Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung des Verbindungs­ kanals für die Ölzuführung ist eine stabile Ölzufuhr zu allen Lagern und Gleitflächen gewährleistet.

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

Fig. 1 im Axialschnitt eine erste Ausführung der Erfindung in Form eines dicht abgeschlossenen Spiralkompres­ sors in horizontaler Bauweise,

Fig. 2 in einer Einzelheit im Schnitt den ersten und zwei­ ten Ölzuführungskanal des Spiralkompressors von Fig. 1,

Fig. 3 in einer Ansicht wie Fig. 2 eine zweite Ausführungs­ form der Erfindung und

Fig. 4 in einer Ansicht wie Fig. 2 eine dritte Ausführungs­ form.

Der in Fig. 1 und 2 gezeigte Spiralkompressor zum Verdich­ ten eines Kältemittels hat ein horizontal angeordnetes, dicht abgeschlossenes Gehäuse 1, in welchem ein Spiral­ abschnitt 2 und ein Elektromotor 3 horizontal angeordnet sind. Am Boden des geschlossenen Gehäuses 1 befindet sich ein Ölspeicher 4.

Der Spiralabschnitt 2 hat ein umlaufendes Spiralelement 5, ein stationäres Spiralelement 6, eine von dem Elektromotor 3 angetriebene horizontale Kurbelwelle, einen Rahmen 8 und einen Mechanismus 9, der verhindert, daß sich das umlaufende Spiralelement 5 um seine eigene Achse dreht.

Das umlaufende Spiralelement 5 hat eine Stirnplatte 5a und eine axial davon abstehende Spiralwand 5b. Die Stirnplatte 5a ist an ihrer Rückseite mit einer Bohrung versehen, in der ein Gleitlager 5c aufgenommen ist, das einen Kurbelzapfen 7a der Kurbelwelle 7 lagert. Die Stirnplatte 5a ist weiterhin mit einer Druckausgleichsöffnung 5d versehen, die eine von der Spiralwand 5b begrenzte Arbeitskammer, in der das Gas verdichtet ist, mit einer Gegendruckkammer 8c verbindet.

In gleicher Weise hat das an dem Gehäuse 1 festgelegte stationäre Spiralelement 6 eine Stirnplatte 6a und eine axial davon abstehende Spiralwand 6b. In einem äußeren Umfangsabschnitt der Spiralwand 6b ist eine Ansaugöffnung 6c ausgebildet. In der Stirnplatte 6a befindet sich in dem Zentrum der Spiralwand 6b eine Förderöffnung 6d. Mit der Ansaugöffnung 6c ist ein Ansaugstutzen 1a verbunden.

In dem an dem Gehäuse 1 befestigten Rahmen 8 sind Lager 8a und 8a′ für die Lagerung der Kurbelwelle 7 angeordnet. Der Rahmen 8 hat einen Sitz 8b, der mit dem stationären Spiralelement 6 so zusammen­ wirkt, daß dazwischen das umlaufende Spiralelement 5 gehalten ist. Die Gegendruckkammer 8c dient dazu, auf das umlaufende Spiralelement 5 eine geeignete Gegenkraft aus­ zuüben.

Das umlaufende Spiralelement 5 und das stationäre Spiralelement 6 sind so angeordnet, daß ihre Spiralwände 5b und 6b zur Bildung der Arbeitskammern ineinandergreifen. Das umlaufende Spiralelement 5 ist zwischen dem stationären Spiralelement 6 und dem Sitz 8b des Rahmens 8 gehalten. Der Mechanismus 9, der verhindert, daß sich das umlaufende Spiralelement 5 um seine eigene Achse dreht, ist zwischen der Rückseite des umlaufenden Spiralelements 5 und dem Rahmen 8 angeordnet.

Das eine Ende der Kurbelwelle 7 bildet den Kurbelzapfen 7a, der in dem Gleitlager 5c gelagert ist. In der Kurbelwelle 7 ist ein Ölkanal 7c vorgesehen, der sich längs der Drehachse der Antriebswelle 7 erstreckt. Der Ölkanal 7c mündet mit seinem einen Ende an einer Stirnfläche des Kurbelzapfens 7a. Ferner steht der Ölkanal 7c mit den Lagern 8a und 8a′ über Ölkanäle 7f′ bzw. 7′ in Verbindung.

Die Stirnplatte 6a des stationären Spiralelements 6 ist mit einem radialen Kanalabschnitt 6e, der mit dem Ölspeicher 4 in Verbindung steht, und einer Ölzuführungsbohrung 6f versehen, die mit dem radialen Kanalabschnitt 6e in Verbindung steht. Die Ölzuführungsbohrung 6f mündet an einem Gleitabschnitt zwischen der Stirnplatte 5a des umlaufenden Spiralelements 5 und der Stirnplatte 6a des stationären Spiralelements 6. In der Stirnplatte 5a des umlaufenden Spiralelements 5 ist ein radialer Kanalabschnitt 5e ausgebildet, der die Stirnfläche des Lagers 5c mit dem Außenumfang der Stirnplatte 5a verbindet. Das radial außen liegende Ende des radialen Kanalabschnitts 5e ist durch eine Schraube 10 verschlossen. Das radial innen liegende Ende des radialen Kanalabschnitt 5e liegt dem Ende des sich axial erstreckenden Ölkanals 7c in der Kurbelwelle 7 gegenüber. In der Stirnfläche der Stirnplatte 5a, die in Gleitkontakt mit der Stirnplatte 6a des stationären Spiralelements 6 steht, ist eine Ölzuführungsbohrung 5f ausgebildet, die den radialen Kanalabschnitt 5e mit der Ölzuführungsbohrung 6f des stationären Spiralelements 6 verbindet (Fig. 2).

Die Umlaufbewegung des umlaufenden Spiralelements 5 führt dazu, daß das Zentrum der Ölzuführungsbohrung 5f sich auf einer Umlaufbahn mit dem Kurbelradius des Kurbelzapfens 7a bewegt, d. h. mit dem gleichen Radius wie der Umlaufradius des umlaufenden Spiralelements 5. Aus diesem Grund ist die Ölzuführungsbohrung 6f scheibenförmig mit einem Radius ausgebildet, dessen Größe oder Abmessung gleich dem Radius der Umlaufbewegung der Ölzuführungsbohrung 5f oder größer als dieser Radius ist. Dadurch stehen die Ölzuführungsbohrungen 5f und 6f immer miteinander während der Umlaufbewegung des umlaufenden Spiralelements 5 in Verbindung.

Wenn die Kurbelwelle 7 von dem Elektromotor 3 in Drehung versetzt wird, bewegt die Drehung des Kurbelzapfens 7a das umlaufende Spiralelement 5 in einer Umlaufbewegung unter der Wirkung des Mechanismus 9, ohne daß es sich um seine eigene Achse drehen kann. Als Folge verringern die von den Stirnplatten 5a und 6a sowie den Spiralwänden 5b und 6b des umlaufenden Spiralelements 5 bzw. des stationären Spiralelements 6 begrenzten Arbeitskammern allmählich ihr Volumen, während sie sich zur Mitte des stationären Spiralelements 6 hin bewegen. Das durch den Ansaugstutzen 1a und die Ansaugöffnung 6c angesaugte Gas wird dabei verdichtet und durch die Förderöffnung 6d abgeführt. Das geförderte Gas strömt durch einen Kanal 11 in der Stirnplatte 6a des stationären Spiralelements 6 und in dem Rahmen 8 und kühlt dann den Elektromotor 3. Dann wird das Gas durch einen Förderstutzen 1c abgeführt. Die Kompressionswirkung des umlaufenden Spiralelements 5 führt dazu, daß Kräfte auf die Spiralelemente 5 und 6 wirken, die sie voneinander weg bewegen möchten. Um dies zu verhindern wird der Druck in der Gegendruckkammer 8c an der Rückseite des umlaufenden Spiralelements 5 über die Druckausgleichsöffnung 5d auf einem Zwischendruck gehalten, der niedriger ist als der Förderdruck, jedoch höher als der Ansaugdruck.

Dieser Zwischendruck wirkt auf die Stirnseite des Lagers 5c in dem umlaufenden Spiralelement 5 auf der Seite der Gegendruckkammer 8c und auf die Stirnfläche des Lagers 8a im Rahmen 8 auf der Seite der Gegendruckkammer 8c. Dadurch sorgt der Druckunterschied zwischen dem Förder­ druck und dem Zwischendruck dafür, daß Öl im Ölspeicher 4 zu dem Ende des Ölkanals 7c in der Kurbelwelle 7 über den radialen Kanalabschnitt 6e und die Ölzuführungsbohrung 6f in dem stationären Spiralelement 6 und durch den radialen Kanalabschnitt 5f und die Ölzuführungsbohrung 5e in dem umlaufenden Spiralelement 5 geführt wird, so daß der Ölkanal 7c mit dem Öl gefüllt wird. Das Öl in dem Ölkanal 7c wird aufgrund der Zentrifugalkraft zu den Lagern 8a und 8a′ über die jeweiligen radialen Ölkanäle 7f bzw. 7f′ gefördert. Das Gleitlager 5c wird mit dem Öl gespeist, das durch seine Stirnfläche über den radialen Kanalabschnitt 5e zugeführt wird.

Bei der in Fig. 1 und 2 gezeigten Ausführungsform sind der radiale Kanalabschnitt 6e und die Ölzuführungsbohrung 6f, die eine Verbindung zu dem radialen Kanalabschnitt 5e in dem umlaufenden Spiralelement 5 bilden, in der Stirnplatte 6a des stationären Spiralelements 6 ausgebildet. Wie in Fig. 3 gezeigt ist, können der radiale Kanalabschnitt 6e und die Ölzuführungsbohrung 6f auch im Rahmen 8 ausgebildet werden. Alternativ können die Bohrungsanordnungen von Fig. 2 bzw. 3 miteinander kombiniert werden, so daß sie sich in der Stirnplatte 6a des stationären Spiralelements 6 und in dem Rahmen 8 befinden.

Bei der in Fig. 4 gezeigten Ausführungsform wird ein Dichtungselement 120 verwendet, um die Abdichtung zwischen der Ölzuführungsbohrung 5f und der Ölzuführungsbohrung 6f zu verbessern.

Bei den beschriebenen Ausführungsformen wird die Druckdifferenz zwischen dem Ölspeicher 4 und der Gegendruckkammer 8c zur Ölzuführung benutzt. Es kann jedoch auch eine Ölpumpe eingesetzt werden, die am axialen Ende der Antriebswelle 7 angeordnet ist.

Claims (4)

1. Rotationskolbenmaschine in Spiralbauweise mit einem horizontal angeordneten dicht abgeschlossenen Gehäuse (1), durch das abdichtend ein Ansaugstutzen (1a) und ein Förderstutzen (1c) geführt sind und in welchem ein Spiralelementabschnitt (2) mit einem Rahmen (8) und ein Elektromotor (3) angeordnet sind, wobei

• - der Spiralelementabschnitt (2) ein stationäres Spiralelement (6) und ein umlaufendes Spiralelement (5) aufweist, von denen jedes eine scheibenförmige Stirnplatte (6a, 5a) und eine axial davon abstehende Spiralwand (6b, 5b) aufweist und deren Spiralwände (6b, 5b) unter Bildung von Arbeitskammern ineinandergreifen,
• - das stationäre Spiralelement (6) eine umfangsseitige, mit dem Ansaugstutzen (1a) in Verbindung stehende Ansaugöffnung (6c) und eine zentrale, mit dem Förderstutzen (1c) über eine Förderkammer in Verbindung stehende Förderöffnung (6d) aufweist,
• - das umlaufende Spiralelement (5) mit dem Rahmen (8) eine Gegendruckkammer (8c) begrenzt, die über durch seine Stirnplatte (5a) hindurchgehende Bohrungen (5d) mit den Arbeitskammern in deren Zwischendruckbereich verbunden ist, und in einem Gleitlager (5c) einen Kurbelzapfen (7a) einer in Lagern (8a, 8a′) am Rahmen (8) gelagerten und vom Elektromotor (3) angetriebenen horizontalen Kurbelwelle (7) für eine Umlaufbe­ wegung ohne Eigenrotation lagert,
• - die Kurbelwelle (7) und der Kurbelzapfen (7a) mit einem sich im wesentlichen axial erstreckenden Ölkanal (7c) versehen sind, der an der Stirnseite des Kurbelzapfens (7a) mündet und über radiale Ölkanäle (7f) mit den Lagern (8a, 8a′) der Kurbelwelle (7) in Verbindung steht, und
• - unten im Gehäuse (1) befindliches Speicheröl (4) über einen Verbindungskanal mit dem axialen Ölkanal (7c) der Kurbelwelle (7) in Verbindung steht,

dadurch gekennzeichnet,

• - daß der Ansaugstutzen (1a) direkt in die Ansaugöffnung (6c) mündet,
• - daß der Förderstutzen (1c) in den elektromotorseitigen Raum des Gehäuses (1) mündet, der mit der Förderkammer in Verbindung (11) steht,
• - daß der Verbindungskanal einen radialen Kanalabschnitt (6e) im stationären Spiralelement (6) oder im Rahmen (8) aufweist, der das Speicheröl (4) mit einer Ölzuführungsbohrung (6f) ver­ bindet, die an einem Gleitabschnitt der Stirnplatte (5a) des umlaufenden Spiralelements (5) mündet, und
• - daß der Verbindungskanal weiterhin einen radialen Kanalab­ schnitt (5e) in der Stirnplatte (5a) des umlaufenden Spiral­ elements (5) aufweist, der an seinem radial äußeren Ende in eine Ölzuführungsbohrung (5f) übergeht, die der Ölzuführungs­ bohrung (6f) im stationären Spiralelement (6) oder im Rahmen (8) gegenüberliegend für eine ständige Verbindung mündet, und der an seinem radial inneren Ende in das kurbel­ zapfenseitige Ende des axialen Ölkanals (7c) der Kurbel­ welle (7) mündet.

2. Rotationskolbenmaschine in Spiralbauweise nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die an einem Gleitabschnitt der Stirnplatte (5a) des umlaufenden Spiralelements (5) mündende Ölzuführungsbohrung (6f) im sta­ tionären Spiralelement (6) oder im Rahmen (8) einen Radius hat, der dem Radius der Umlaufbewegung der gegenüberliegenden Ölzuführungsbohrung (5f) im umlaufenden Spiralelement (5) entspricht oder größer ist als dieser.

3. Rotationskolbenmaschine in Spiralbauweise nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die an einem Gleitabschnitt der Stirnplatte (5a) des umlau­ fenden Spiralelements (5) mündende Ölzuführungsbohrung (6f) im stationären Spiralelement (6) oder im Rahmen (8) von einem Dichtungselement (120) umschlossen ist.