DE3811697A1 - Rotationskolbenverdichter - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Rotationskolbenverdichter nach dem Oberbegriff von Anspruch 1. Solche Rotationskolbenverdichter finden beispielsweise in Klimaanlagen von Kraftfahrzeugen Anwendung.

Es gibt einen zunehmenden Bedarf an kompakt ausgeführten Rotationskolbenver­ dichtern. Mit diesem Bedarf im Blick hat die Anmelderin einen ziemlich kom­ pakten Rotationskolbenverdichter geschaffen, der zum nicht vorveröffentlich­ ten Stand der Technik zählt (EP-A 02 64 005). Der zum nachveröffentlichten Stand der Technik zählende Rotationskolbenverdichter weist einen Zylinder, zwei an den einander gegenüberliegenden Stirnseiten des Zylinders angebrach­ te Seitenteile und zwei direkt an den Seitenteilen angebrachte Köpfe auf. Es bedeutet einen charakteristischen Unterschied zu anderen konventionellen Ro­ tationskolbenverdichtern, daß dieser Rotationskolbenverdichter keine als Ge­ häuse anzusehende strukturelle Komponente aufweist. Ein auf einer Antriebs­ welle fest angebrachter Drehkolben ist im Zylinder drehbar angeordnet, so daß zwischen beiden zwei Arbeitsräume ausgebildet sind. Der Drehkolben trägt eine Mehrzahl von radial beweglichen Schiebern, so daß der Zylinder, der Dreh­ kolben und die Schieber gemeinsam eine Mehrzahl von Verdichtungsräumen bilden, deren Volumina sich bei jeder Umdrehung des Drehkolbens ändern. Von einem Seitenteil und dem entsprechenden Kopf wird eine Niederdruckkammer gebildet, durch die ein Arbeitsgas in die Arbeitsräume eingeleitet wird. Nachdem das Gas in den Verdichtungsräumen verdichtet worden ist, wird es einer von dem anderen Seitenteil und dem anderen Kopf gebildeten Hochdruckkammer zugeführt. Während das Gas dann durch die Hochdruckkammer einem Ausstoßdurchlaß zuströmt, wird es vom mitgeführten Schmieröl getrennt. Das so abgeschiedene Schmieröl wird in einem unteren Teil der Hochdruckkammer aufgefangen und nach Bedarf den Schmierflächen des Drehkolbens, den Schiebern und anderen beweglichen Tei­ len des Rotationskolbenverdichters zugeleitet.

Bei dem zuvor erläuterten Rotationskolbenverdichter muß die Hochdruckkammer groß genug sein, um eine große Menge Schmieröl aufzunehmen, so daß ein Fres­ sen der Gleitflächen verhindert wird. Die dadurch erforderliche Größe der Hochdruckkammer verhindert eine wesentliche Verringerung der axialen Ausmaße bzw. der Gesamtgröße des Rotationskolbenverdichters.

Unter Berücksichtigung des zuvor erläuterten Standes der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Rotationskolbenverdichter anzugeben, der in axialer Richtung kompakter, insbesondere kürzer ist. Gleichzeitig soll der Rotationskolbenverdichter ein Herauslecken von Schmieröl beim Ausstoß von verdichtetem Arbeitsgas verhindern.

Die zuvor aufgezeigte Aufgabe wird bei einem Rotationskolbenverdichter mit den Merkmalen des Oberbegriffs von Anspruch 1 durch die Merkmale des kenn­ zeichnenden Teils von Anspruch 1 gelöst. Anspruch 2 beschreibt eine besonders bevorzugte Ausgestaltung eines solchen Rotationskolbenverdichters.

Eine Vielzahl anderer Vorzüge und Besonderheiten des erfindungsgemäßen Rota­ tionskolbenverdichters ergeben sich aus der nachfolgenden Erläuterung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung anhand der Zeichnung. In der Zeichnung zeigt

Fig. 1 einen Längsschnitt eines erfindungsgemäßen Rotationskolbenverdich­ ters und

Fig. 2 einen Querschnitt durch den Gegenstand aus Fig. 1 entlang der Li­ nie II-II.

Der in den Fig. 1 und 2 dargestellte Rotationskolbenverdichter weist zunächst einen Zylinder 1 und einen im Zylinder 1 drehbar angeordneten Drehkolben 2 auf, der in einer im wesentlichen elliptischen Bohrung im Zylinder 1 läuft. Der Drehkolben 2 steht abdichtend mit der Innenwand des Zylinders 1 an der kürzeren Achse der elliptischen Bohrung in Kontakt, so daß zwischen dem Dreh­ kolben 2 und dem Zylinder 1 zwei Arbeitsräume 3 a, 3 b einander gegenüberliegend gebildet sind.

Der Drehkolben 2 ist auf einer Antriebswelle 4 drehfest angebracht, konzen­ trisch dazu angeordnet und weist eine Mehrzahl, im dargestellten Ausführungs­ beispiel fünf ungefähr radial verlaufender Radialschlitze 5 a-5 e auf, in denen Schieber 6 a-6 e verschiebbar angeordnet sind.

Ein vorderes Seitenteil 7 a und ein hinteres Seitenteil 7 b sind fest mit einander gegenüberliegenden Stirnseiten des Zylinders 1 verbunden, so daß dieser in einer solchen Weise geschlossen ist, daß der Drehkolben 2 und die Schieber 6 a-6 e in Gleitanlage an den Innenwandungen der Seitenteile 7 a, 7 b gehalten werden. Mit dieser Anordnung sind zwischen dem Zylinder 1, dem Dreh­ kolben 2 und den Schiebern 6 a-6 e insgesamt sechs Verdichtungsräume 8 a-8 f gebildet (siehe insbesondere Fig. 2).

Die Antriebswelle 4 ist in den Seitenteilen 7 a, 7 b über Lager 9 a, 9 b drehbar gelagert.

An den Seitenteilen 7 a, 7 b ist jeweils ein Kopf 11 a bzw. 11 b fest angebracht. Der vordere Kopf 11 a weist eine hohle, zylindrische, mittig angeordnete Na­ be 12 auf, in der eine elektromagnetische Kupplung, die aber in den Figuren nicht dargestellt ist, angeordnet werden kann. Die Antriebswelle 4 ragt mit einem Ende in die Nabe 12 hinein, so daß sie dort über die Kupplung lösbar mit einer Kurbelwelle eines Motors gekuppelt werden kann, um so das Antriebs­ drehmoment des Motors aufzunehmen. Das alles ist aber hier nicht weiter im Detail dargestellt. Eine mechanische Dichtung 13 ist zwischen dem Ende der Antriebswelle 4 und dem vorderen Kopf 11 a angeordnet.

Der Zylinder 1, die Seitenteile 7 und die Köpfe 8 haben jeweils glatte Stirn­ flächen, die als ebene Flächendichtungen aneinander zur Anlage gehalten wer­ den, so daß hermetische Dichtungen zwischen dem Zylinder 1, den Seitentei­ len 7 und zwischen den Seitenteilen 7 und den Köpfen 11 gebildet sind. Im oberen Bereich des vorderen Kopfes 11 a befindet sich ein Ansauganschluß 15, während sich im oberen Bereich des hinteren Kopfes 11 b ein Ausstoßanschluß 16 befindet. Der Ansauganschluß 15 steht in Strömungsverbindung mit der Nieder­ druckkammer 17, die von dem vorderen Seitenteil 7 a und dem vorderen Kopf 11 a gemeinsam gebildet ist. Der Ausstoßanschluß 16 steht in Strömungsverbindung mit der Hochdruckkammer, die vom hinteren Seitenteil 7 b und hinteren Kopf 11 b gemeinsam gebildet ist. Der vordere Kopf 11 a trägt eine Trennwand 14, die als integraler Bestandteil des vorderen Kopfes 11 a ausgebildet ist und von diesem ab durch die Niederdruckkammer 17 bis zum vorderen Seitenteil 7 ragt und mit diesem in Eingriff steht. Die Trennwand 14 befindet sich im unteren Bereich der Niederdruckkammer 17. Wie sich aus Fig. 2 ergibt, ist die Trennwand 14 nach unten abgebogen und umfaßt einen horizontalen Bereich und einen im we­ sentlichen vertikalen Bereich, die bezogen auf die Achse der Antriebswelle 4 asymmetrisch zueinander liegen. Form und Lage der Trennwand 14 werden von Form und Lage eines Paars von diametral gegenüber angeordneten Ansaugöff­ nungen 21 a, 21 b im vorderen Seitenteil 7 a bestimmt. Die Ansaugöffnungen 21 a, 21 b verbinden die Niederdruckkammer 17 mit den Arbeitsräumen 3 a, 3 b, während die Verdichtungsräume 8 a-8 f im Ansaugtakt des Verdichters ihre Volumina vergrößern. Während hingegen die Verdichtungsräume 8 a-8 f während des Aus­ stoßtakts ihre Volumina verringern, werden die Arbeitsräume 3 a, 3 b in Strö­ mungsverbindung mit einer Hochdruckkammer 18 gebracht, und zwar nacheinander durch ein Paar von diametral gegenüberliegenden Ausstoßöffnungen 22 (nur eine ist in Fig. 2 gezeigt), Ventilkammern 27 und Verbindungsöffnungen 30. Die Ausstoßöffnungen 22 erstrecken sich entlang der kürzeren Achse der ellip­ tischen Bohrung im Zylinder 1. Die Ventilkammern 27 grenzen an die ent­ sprechenden Ausstoßöffnungen 22 an und beherbergen zwei Auslaßventile 25 (nur eines ist in Fig. 2 gezeigt). Die Verbindungsöffnungen 30 erstrecken sich zwischen den Ventilkammern 27 und der Hochdruckkammer 18.

Das vordere Seitenteil 7 a, der vordere Kopf 11 a und die Trennwand 14 bilden gemeinsam miteinander einen Ölsumpf 31 im unteren Bereich der Niederdruckkam­ mer 17. Der Ölsumpf 31 ist mit der Hochdruckkammer 18 über ein Paar von pa­ rallel angeordneten, mit Abstand voneinander laufenden Verbindungskanälen 32 a, 32 b, die sich durchgehend durch das vordere Seitenteil 7 a, den Zylinder 1 und das hintere Seitenteil 7 b erstrecken. Die Verbindungskanäle 32 a, 32 b er­ strecken sich parallel zur Achse der Antriebswelle 4. Der eine Verbindungska­ nal 32 a ist mit einem Ende am unteren Ende des Ölsumpfs 31 angeschlossen, wäh­ rend der andere Verbindungskanal 32 mit einem Ende an der Oberseite des Öl­ sumpfs 31 liegt. Der Durchmesser der Verbindungskanäle 32 a, 32 b ist so klein, daß Öl im Ölsumpf 31 nicht in unmittelbarer Reaktion auf eine plötzliche Än­ derung des Ölstands in der Hochdruckkammer 18 hin steigt oder fällt.

Wenn bei der zuvor erläuterten Konstruktion die Antriebswelle 4 angetrieben wird und den Drehkolben 2 in einer Richtung dreht, gleiten die Schieber 6 a-6 e an der Innenwandung des Zylinders 1 entlang, so daß die Verdichtungsräume 8 a-8 f mit jeder Umdrehung des Drehkolbens 2 nacheinander ihre Volumina vergrößern bzw. verkleinern. Während die Verdichtungsräume 8 a-8 f ihre Volumina wäh­ rend des Ansaugtakts vergrößern, sind sie in Strömungsverbindung mit der Niederdruckkammer 17 über die Ansaugöffnungen 21 a, 21 b. Während dieser Zeit wird Arbeitsgas, das vom Ansauganschluß 15 in die Niederdruckkammer 17 ein­ geleitet worden ist, durch die Ansaugöffnungen 21 a, 21 b in die Verdichtungs­ räume 8 a-8 f eingesaugt. Wenn die Verdichtungsräume 8 a-8 f anschließend ihre Volumina langsam verringern und wenn aufeinanderfolgende Schieber 6 a-6 e die Ansaugöffnungen 21 a, 21 b passieren, wird Arbeitsgas in den entsprechenden Verdichtungsräumen 8 a-8 f eingeschlossen und die Verdichtung beginnt. Weitere Drehbewegung des Drehkolbens 2 veranlaßt die vorlaufenden Schieber 6 a-6 e, die Ausstoßöffnungen 22 zu passieren, so daß nun die Verdichtungsräume 8 a-8 f mit den Ausstoßöffnungen 22 in Strömungsverbindung stehen. Durch den Druck in den Verdichtungsräumen 8 a-8 f werden die Auslaßventile 25 gezwungen, von den Ausstoßöffnungen 22 abzuheben und in die Ventilkammern 27 zurückzuweichen. Das ausgestoßene Arbeitsgas strömt dann durch die Verbindungsöffnungen 30 in die Hochdruckkammer 18, in der das mitgeführte Schmieröl soweit wie möglich aus dem Arbeitsgas abgeschieden wird. Schließlich wird das Arbeitsgas durch den Ausstoßanschluß 16 aus dem Rotationskolbenverdichter ausgestoßen.

Das aus dem Arbeitsgas abgeschiedene Schmieröl wird im unteren Bereich der Hochdruckkammer 18 aufgefangen und wird auch im Ölsumpf 31 gesammelt, der über die Verbindungskanäle 32 a, 32 b mit der Hochdruckkammer 18 verbunden ist. Bleibt der Ölstand in der Hochdruckkammer 18 unter dem oberen Verbindungska­ nal 32 b, so verursacht ein Anstieg des Ölstandes, d. h. der Ölmenge in der Hochdruckkammer 18 eine Ölströmung durch den Verbindungskanal 32 a in den Öl­ sumpf 31, und zwar solange, bis die Ölstände ausgeglichen sind. Während dieses Vorgangs wird im Ölsumpf 31 oberhalb des Öles befindliches Gas durch den obe­ ren Verbindungskanal 32 b in die Hochdruckkammer 18 zurückgedrückt. Es ist logisch, daß dann, wenn der Ölstand das obere Ende des Verbindungskanals 32 b überschreitet, der Ölsumpf 31 nur noch mit Öl gefüllt ist und kein Gas mehr enthält.

Es ist nicht unwahrscheinlich, daß das Schmieröl in der Hochdruckkammer 18 bei Anlaufen des Rotationskolbenverdichters plötzlich zusammen mit dem Ar­ beitsgas abgesaugt wird. In diesem Fall würde, falls die Verbindungskanä­ le 32 a, 32 b einen großen Durchmesser hätten, auch das Öl aus dem Ölsumpf 31 abgesaugt. Das würde einen Ölmangel im Rotationskolbenverdichter insgesamt verursachen. Es ist ein wesentlicher Aspekt der Erfindung, daß durch richti­ ge Wahl der Durchmesser der Verbindungskanäle 32 a, 32 b ein solcher Ölmangel verhindert werden kann. Dazu müssen dann die Durchmesser der Verbindungska­ näle 32 a, 32 b klein genug gemacht werden, um zu verhindern, daß bei einer plötzlichen Änderung des Ölstands in der Hochdruckkammer 18 der Ölstand im Ölsumpf 31 sofort entsprechend folgt. Wenn dem so wäre, wäre nicht sicher­ gestellt, daß im Ölsumpf 31 immer ein ausreichender Ölvorrat verbleibt. Mit den kleinen Durchmessern der erfindungsgemäß vorgesehenen Verbindungskanä­ le 32 a, 32 b verbleibt aber immer ein entsprechender Ölvorrat im Ölsumpf 31.

Im dargestellten Ausführungsbeispiel sind zwei Verbindungskanäle 32 vorge­ sehen, es könnten aber drei oder mehr Verbindungskanäle sein, wobei es eben wesentlich ist, daß zumindest ein Verbindungskanal mit dem oberen Ende des Ölsumpfs in Verbindung steht. Die vorderen und hinteren Seiten des Rotations­ kolbenverdichters können ausgetauscht werden, wobei dann ein Ausstoßan­ schluß und eine Hochdruckkammer mit einem Ölsumpf am vorderen Seitenteil vor­ gesehen wären, während eine Niederdruckkammer und ein Ansauganschluß dem hinteren Seitenteil zugeordnet wären.

Selbstverständlich sind viele Variationen und Änderungen im Rahmen der Lehre der vorliegenden Erfindung möglich.

Claims (2)

1. Rotationskolbenverdichter

• a) mit einem Zylinder (1), einem im Zylinder (1) drehbar angeordneten Dreh­ kolben (2) und einem vom Drehkolben (2) im Zylinder (1) gebildeten Ar­ beitsraum (3), wobei der Drehkolben (2) eine Mehrzahl von radial beweg­ lichen Schiebern (6) trägt, von dem Zylinder (1), dem Drehkolben (2) und den Schiebern (6) eine Mehrzahl von Verdichtungsräumen (8) gebildet sind und die Volumina der Verdichtungsräume (8) bei jeder Umdrehung des Drehkolbens (2) variieren,
• b) mit einem Paar von an den einander gegenüberliegenden Stirnseiten des Zy­ linders (1) angebrachten Seitenteilen (7),
• c) mit einem Paar von an den Seitenteilen (7) angebrachten Köpfen (11),
• d) wobei von einem Seitenteil (7 a) und dem daran angebrachten Kopf (11 a) ge­ meinsam eine Niederdruckkammer (17) gebildet ist und die Niederdruckkam­ mer (17) mit einem Ansauganschluß (15) in Verbindung steht,
• e) wobei von dem anderen Seitenteil (7 b) und dem daran angebrachten Kopf (11 b) gemeinsam eine Hochdruckkammer (18) gebildet ist und die Hochdruckkam­ mer (18) mit einem Ausstoßanschluß (16) in Verbindung steht, dadurch gekennzeichnet,
• f) daß der eine Kopf (11 a) eine in die Niederdruckkammer (17) ragende, sich zwischen dem Kopf (11 a) und der Seitenwand (7 a) erstreckende Trennwand (14) aufweist und durch die Trennwand (14) ein Ölsumpf (31) am Boden der Nie­ derdruckkammer (17) gebildet ist,
• g) daß die Seitenteile (7) und der Zylinder (1) zumindest zwei Verbindungs­ kanäle (32) aufweisen, die sich durch den Zylinder (1) und die Seitentei­ le (7) zwischen dem Ölsumpf (31) und der Hochdruckkammer (18) erstrecken und daß ein Ende zumindest eines Verbindungskanals (32 b) an der Oberseite des Ölsumpfs (31) liegt.

2. Rotationskolbenverdichter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungskanäle (32) einen solchen Durchmesser aufweisen, daß sich der Öl­ stand in dem Ölsumpf (31) nicht in sofortiger Reaktion auf eine plötzliche Ölstandsänderung in der Hochdruckkammer (18) ändert, also nicht sofort dem Ölstand in der Hochdruckkammer (18) ansteigend oder fallend folgt.