DE3821127C2 - Rotationskolbenverdichter - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Rotationskolbenverdichter mit den Merkmalen des Oberbegriffs von Anspruch 1, wie er insbesondere zur Verwendung in Kraftfahrzeug-Klimaanlagen zwecks Verdichtung eines entsprechenden Kühl­ mittels eingesetzt wird.

Rotationskolbenverdichter mit einem kreisförmigen Drehkolben, der in einer elliptischen Bohrung in einem Zylinder drehbar angeordnet ist und eine Mehr­ zahl von radial beweglichen Schiebern in gleitender Anlage mit der Innen­ wandung des Zylinders trägt, sind in verschiedenen Ausführungsformen be­ kannt. Der Drehkolben ist üblicherweise auf einer Antriebswelle befestigt, die durch zwei Lager in einem Verdichterblock drehbar gelagert ist. Die La­ ger sind beispielsweise in einem vorderen und einem hinteren Seitenteil an­ geordnet. Da die Lager einer Schmierung bedürfen, muß das mitgerissenes Schmieröl enthaltende Kühlmittel den Lagern zugeführt werden. Das den La­ gern zugeführte, mitgerissenes Schmieröl enthaltende Kühlmittel wird durch eine Wellendichtung daran gehindert, entlang der Antriebswelle nach außen zu lecken. Auch diese Wellendichtung bedarf der Schmierung. Unproblematisch hingegen ist die Schmierung auf der meist im Inneren des Verdichterblockes liegenden Seite des anderen Lagers.

Die Lager und die Wellendichtung werden durch einen Teil des Schmieröl mit­ führenden Kühlmittels geschmiert, das unter Berücksichtigung des Wirkungs­ grades der Kühlung und der Abdichtung von der Niederdruckkammer des Rota­ tionskolbenverdichters ausgehend den Lagern zugeführt wird. Wenn die Nieder­ druckkammer im vorderen Seitenteil des Rotationskolbenverdichters angeord­ net ist, werden das Lager und die Wellendichtung an dieser Seite direkt durch das Kühlmittel geschmiert, das mit niedrigem Druck aus der Nieder­ druckkammer an das Lager herangeführt wird. Die Niederdruckkammer befin­ det sich aber nicht immer im vorderen Seitenteil, sondern ist im hinteren Seitenteil angeordnet, wenn dies Bauart und Anwendungsweise des Rotations­ kolbenverdichters erfordert.

Bei dem bekannten Rotationskolbenverdichter, von dem die Erfindung aus­ geht (DE-OS 23 46 702), befindet sich die Niederdruckkammer im hinte­ ren Seitenteil. Die Antriebswelle weist eine sich in Längsrichtung zentrisch erstreckende Leitbohrung auf. Über diese ist die Niederdruck­ kammer im hinteren Seitenteil mit dem Lager der Wellendichtung im vor­ deren Teil strömungstechnisch so verbunden, daß Kühlmittel und damit Schmieröl auch an das vorne liegende Lager herangeführt wird. Zweckmä­ ßig ist es hier, daß wegen der im vorderen Seitenteil vorgesehenen An­ saugleitung, die zu den Verdichtungsräumen führt, Kühlmittel aktiv durch die Leitbohrung in der Antriebswelle hindurchgesaugt wird. Die Ansaugleitung liegt in der dem Zylinder zugewandten Oberfläche des vorderen Seitenteils. Dadurch befindet sich das Lager selbst zwischen der Mündung der Leitbohrung in der Lager-/Dichtungskammer und der An­ saugleitung. Das Schmieröl mitführende Kühlmittel wird also zwangswei­ se durch das Lager geführt. Das entspricht der bei diesem Rotations­ kolbenverdichter im hinteren Seitenteil vorgesehenen Schmierung des dort angeordneten Lagers der Antriebswelle.

Bei der Durchströmung der Lager mit Kühlmittel besteht das Problem, daß der hohe Strömungswiderstand die Ansaugleistung für das Kühlmittel verringert. Außerdem wird das zuvor auf niedrigem Druck und niedriger Temperatur befindliche Kühlmittel, das in die Nieder­ druckkammer eintritt, beim Durchströmen der Lager durch die dort durch Drehung der Antriebswelle verursachte Reibungswärme seinerseits er­ wärmt und expandiert, was die Ansaugleistung des Verdichters ein wei­ teres Mal und stärker beeinträchtigt und damit den Wirkungsgrad des Verdichters insgesamt negativ beeinflußt.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, den bekannten, zuvor erläu­ terten Rotationskolbenverdichter konstruktiv so auszugestalten und weiter­ zubilden, daß Lager und Dichtungen ausreichend geschmiert werden, ohne die Ansaugleistung des Verdichters wesentlich zu beeinträchtigen.

Die zuvor aufgezeigte Aufgabe ist bei einem Rotationskolbenverdichter mit den Merkmalen des Oberbegriffs von Anspruch 1 durch die Merkmale des kenn­ zeichnenden Teils von Anspruch 1 gelöst. Erfindungsgemäß mündet die Ansaug­ leitung vom Zylinder aus gesehen nicht vor, sondern hinter dem Lager im vor­ deren Seitenteil, nämlich in der zwischen dem Lager und der Wellendichtung ausgebildeten Lager-/Dichtungskammer, und das andere Ende der Ansaugleitung liegt, in Drehrichtung des Drehkolbens gesehen, unmittelbar vor dem Ansaugdurchlaß. Zunächst wird dadurch der in der An­ saugleitung herrschende Unterdruck in die Lager-/Dichtungskammer übertragen und es wird mehr Kühlmittel durch die Leitbohrung angesaugt. Es strömt also wesentlich mehr Kühlmittel mit niedriger Temperatur und niedrigem Druck zusammen mit mitgeführtem Schmieröl in die Lager-/Dichtungskammer. Die Schmierwirkung für das Lager einerseits und die Wellendichtung anderer­ seits ist gleichmäßig und insbesondere für die Wellendichtung wesentlich besser als bei durch das Lager hindurch angesaugtem Kühlmittel mit Schmier­ öl. Es hat sich gezeigt, daß ein Durchströmen des Lagers aus schmiertechni­ schen Gründen überhaupt nicht erforderlich ist, da sich das mitgeführte Schmieröl während der Schließphasen der Ansaugleitung am Lager und an der Wellendichtung hinreichend ausbreitet. Insbesondere tut es das eben auch an der Wellendichtung, da es erfindungsgemäß in ausreichender Menge in der Lager-/Dichtungskammer vorhanden ist.

Die relativ große Menge von über diesen Nebenpfad angesaugtem Kühl­ mittel mit Schmieröl hat weiter zur Folge, daß dieses nur unwesentlich er­ wärmt wird. Dabei kommt hinzu, daß eine Erwärmung vom Lager her nur über Randflächen stattfindet, die Wärme-Übertragungsquerschnitte also wesent­ lich geringer sind als beim Durchströmen des Lagers durch das Kühlmittel.

Die Anordnung des Ansaugendes in Dreh­ richtung des Drehkolbens vor dem Ansaugdurchlaß hat außerdem eine wirksame Ansau­ gung vor Freigabe des großen Querschnittes des Ansaugdurchlasses zur Fol­ ge.

Das Konzept des nicht von Kühlmittel samt Schmieröl durchströmten, sondern nur angeströmten und damit hinreichend geschmierten Lagers wird nach An­ spruch 2 auch beim Lager im hinteren Seitenteil konsequent fortgesetzt, in­ dem dort an der inneren Seite eine Wellendichtung angeordnet wird.

Im folgenden soll ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert werden. In der Zeichnung zeigt

Fig. 1 in einem Längsschnitt einen erfindungsgemäßen Rotationskolben­ verdichter,

Fig. 2 einen Querschnitt durch den Gegenstand aus Fig. 1 entlang der Linie I-I und

Fig. 3 ausschnittsweise und in vergrößerter Darstellung einen Teilbe­ reich des Arbeitsraums des Rotationskolbenverdichters in der Dar­ stellung aus Fig. 2.

Die Fig. 1 und 2 zeigen einen erfindungsgemäßen Rotationskolbenverdichter 10 mit einem Zylinder 11 mit einem im wesentlichen elliptischen Arbeitsraum 16, mit einem Paar von an den einander gegenüberliegenden Stirnseiten des Zy­ linders 11 angebrachten Seitenteilen 12, 13, die mit dem Zylinder 11 fest verbunden sind und diesen abschließen. Der Zylinder 11 und die vorderen und hinteren Seitenteile 12, 13 bilden gemeinsam einen Verdichterblock 14, in dem ein kreisförmiger Drehkolben 15 angeordnet ist. Der Drehkolben 15 läuft drehbar in dem im wesentlichen elliptischen Arbeitsraum 16 im Zylinder 11 mit zwei diametral einander gegenüberliegenden Abständen dazwischen in Richtung der kürzeren Achse des elliptischen Arbeitsraumes 16, so daß vom Drehkolben 15 und vom Zylinder 11 gemeinsam zwei einander gegenüberliegende Arbeits­ räume 16a, 16b im Verdichterblock 14 gebildet sind. Der Drehkolben 15 trägt eine Mehrzahl, im dargestellten Ausführungsbeispiel fünf ungefähr radial verlaufende Radialschlitze 18a bis 18e, in denen Schieber 19a bis 19e verschiebbar angeordnet sind. Mit dieser Anordnung sind zwischen dem Zy­ linder 11, den vorderen und hinteren Seitenteilen 12, 13, dem Drehkolben 15 und den einzelnen Schiebern 19 insgesamt fünf Verdichtungsräume 20a bis 20e gebildet (siehe insbesondere Fig. 2).

Mit dem vorderen Seitenteil 12 ist ein vorderer Kopf 21 fest verbunden, so daß dadurch zwischen beiden Teilen eine Hochdruckkammer 22 ausgebildet ist. Die Hochdruckkammer 22 steht mit einem Ausstoßanschluß 23 in Verbindung, der im vorderen Kopf 21 ausgebildet ist. Der vordere Kopf 21 weist eine mittige, hohle, zylindrische Nabe 24 auf, in der eine nicht dargestellte Kupplungseinrichtung zur Ankupplung einer Antriebswelle 29 des Drehkol­ bens 15 an eine Abtriebswelle eines Motors od. dgl. angeordnet werden kann.

Ein hinterer Kopf 25 ist mit der Rückseite des hinteren Seitenteils 13 fest verbunden, so daß dort eine Niederdruckkammer 26 im Kopf 25 gebildet ist. Die Niederdruckkammer 26 steht mit einem im hinteren Kopf 25 angeordneten Ansaug­ anschluß 27 in Strömungsverbindung.

Der vordere Kopf 21, das vordere Seitenteil 12, der Zylinder 11, das hinte­ re Seitenteil 13 und der hintere Kopf 25 werden durch eine Mehrzahl von Spannbolzen 28 (Fig. 1) miteinander fest verspannt und verbunden. Die An­ triebswelle ist in einer Mittelbohrung des Drehkolbens 15 fest eingesetzt und wird von zwei Lagern 30, 31 drehbar gelagert, die in den vorderen und hinteren Seitenteilen 12, 13 angebracht sind.

Wie Fig. 1 zeigt, ist die rechte, die innere Seite des Lagers 30 durch ei­ ne Dichtung 32a abgedichtet, die auf der Antriebswelle 29 angebracht ist, während die linke, die äußere Seite des Lagers 30 nach außen hin einer La­ ger-/Dichtungskammer 33 gegenübersteht, deren linke Seite wiederum von ei­ ner Wellendichtung 34 gebildet ist, die abdichtend auf die Antriebswelle 29 aufgepaßt ist.

Die linke, innere Seite des Lagers 31 ist durch eine Dichtung 32b abgedichtet, die auf der Antriebswelle 29 angebracht ist, während die rechte, äußere Seite des Lagers 31 der Niederdruckkammer 26 gegenübersteht. Auf diese Weise wird das Lager 31 durch das Schmieröl mitführende Kühlmittel in der Niederdruckkammer 26 geschmiert.

Wie Fig. 2 erkennen läßt, befinden sich im hinteren Seitenteil 13 in diame­ tral gegenüberliegender, symmetrischer Anordnung zwei Ansaugdurchlässe 35a, 35b. Jeweils das eine Ende jedes der Ansaugdurchlässe 35a, 35b mündet in die Niederdruckkammer 26. Die anderen Enden der beiden Ansaugdurchlässe 35a, 35b münden in jeweils eine der Verdichtungsräume 20a bis 20e. Diese Enden er­ strecken sich bogenförmig über die jeweils erste Hälfte eines Verdichtungs­ raums 20, in Drehrichtung des Drehkolbens 15 gesehen. Der Zylinder 11 weist seinerseits zwei diametral einander gegenüber angeordnete Ausstoßdurchläs­ se 36a, 36b auf, die mit jeweils einem Ende in die entsprechenden Verdich­ tungsräume 20 münden, deren entgegengesetzte Enden aber in Strömungsverbin­ dung mit der Hochdruckkammer 22 stehen, und zwar jeweils über ein Paar von Auslaßventilen 37.

Die zuvor erläuterte konstruktive Gestaltung führt zu folgender Funktions­ weise:

Wenn der Drehkolben 15 in der elliptischen Bohrung im Zylinder 11 dreht, ver­ größern und verkleinern die Verdichtungsräume 20a bis 20e progressiv ihre Volumina, um zunächst das Kühlmittel aus der Niederdruckkammer 26 durch die Ansaugdurchlässe 35a, 35b in die entsprechenden Verdichtungsräume 20 einzusaugen, dann das in den Verdichtungsräumen 20 eingeschlossene Kühl­ mittel allmählich zu verdichten und schließlich das verdichtete Kühlmittel durch die Ausstoßdurchlässe 36a, 36b aus den Verdichtungsräumen 20 in die Hochdruckkammer 22 auszustoßen.

Durch Bohrung ist im vorderen Seitenteil 12 eine Ansaugleitung 40 ausgebil­ det, die an einem Ende an einer Stelle in die Verdichtungsräume 20 mündet, die in Drehrichtung des Drehkolbens 15 gesehen vor dem Ansaug­ durchlaß 35a liegt. Das andere Ende der Ansaugleitung 40 ist mit der Lager-/Dichtungskammer 33 zwischen Lager 30 und Wellendichtung 34 verbun­ den.

Die Antriebswelle 29 weist eine im Inneren ausgebildete, in Längsrichtung mittig verlaufende Leitbohrung 41 auf, die am einen Ende in die Lager-/Dich­ tungskammer 33, am anderen Ende in die Niederdruckkammer 26 mündet und so die Niederdruckkammer 26 mit der Lager-/Dichtungskammer 33 in Strömungsver­ bindung hält. Leitungen 42 und 43 befinden sich an verschiede­ nen Stellen in der Gesamtanordnung, um Schmieröl zu den Anlageflächen zwischen Drehkolben 15 und den Seitenteilen 12 und 13 zu fördern.

Dreht sich der Drehkolben 15, so gleiten die Schieber 19 an der Innenwan­ dung des Zylinders 11, so daß sich die Volumina der Verdichtungsräume 20 bei jeder Umdrehung des Drehkolbens 15 verändern.

Während sich die einzelnen Schieber 19 zwischen der kürzeren Achse des elliptischen Arbeitsraumes 16 im Zylinder 11 und dem erweiterten vorderen Ende der Ansaugdurchlässe 35a, 35b befinden, erhöhen sich die Volumina der Verdich­ tungsräume 20, so daß ein Unterdruck erzeugt wird, durch den das Kühlmit­ tel von den Ansaugdurchlässen 35a, 35b in die entsprechenden Verdichtungs­ räume 20 eingesaugt wird. Wenn nun die Schieber 19 weiter fortlaufen, so verringert sich das Volumen der Verdichtungsräume 20 allmählich, so daß das in den Verdichtungsräumen 20 eingeschlossene Kühlmittel entsprechend all­ mählich verdichtet wird. Sobald der jeweils vordere Schieber 19 den ent­ sprechenden Ausstoßdurchlaß 36a bzw. 36b überfährt, beginnt der Ausstoß des verdichteten Kühlmittels aus dem Ausstoßdurchlaß 36a bzw. 36b in die Hoch­ druckkammer 22, in der das mitgerissene Schmieröl aus dem verdichteten Kühlmittel abgeschieden wird, wonach dann das Kühlmittel durch den Aus­ stoßanschluß 23 ausgestoßen wird.

Der während des Ansaugtakts des Rotationskolbenverdichters 10 erzeugte Un­ terdruck wirkt allein auf die Ansaugleitung 40, während die Schieber 19 über einen Winkel θ bewegt werden, der in Fig. 3 dargestellt ist. Das Er­ gebnis ist, daß das Kühlmittel dazu veranlaßt wird, aus der Niederdruck­ kammer 26 durch die Leitbohrung 41 in die Lager-/Dichtungskammer 33 zu strömen, um von dort aus dann durch die Ansaugleitung 40 in die Verdich­ tungsräume 20 angesaugt zu werden. Der Ansaugeffekt setzt sich weiter fort, nachdem die Schieber 19 über den Winkel θ weitergedreht worden sind. Die zuvor erläuterte Saugströmung von Kühlmittel erfolgt zu wiederholten Malen, so daß eine ausreichende Menge von Kühlmittel von der Niederdruckseite zum Lager 30 und zur Wellendichtung 34 auf der Hochdruckseite transportiert wird.

Das Kühlmittel, das so herangeführt wird, ist dasselbe Kühlmittel, das durch die Ansaugdurchlässe 35a, 35b angesaugt wird, so daß die erläuterte Versorgung mit Kühlmittel keinen Leistungsabfall und auch keine Schwankun­ gen in der Ausstoßmenge von Kühlmittel hervorruft.

Im dargestellten Ausführungsbeispiel sind die Lager-/Dichtungskammer 33 und die Niederdruckkammer 26 miteinander über eine Leitbohrung 41 in der An­ triebswelle 29 verbunden. Es ist aber auch möglich, eine Leitbohrung vorzusehen, die sich nacheinander durch das vordere Seitenteil, den Zylinder und das hintere Seitenteil erstreckt, um auf diesem Wege die Lager-/Dichtungskammer 33 und die Niederdruckkammer 26 miteinander zu ver­ binden. Die Anordnung der Leitbohrung 41 in der Mitte der Antriebswelle 29 ist aber natürlich eine besonders zweckmäßige, nämlich besonders einfache Lösung.

Die Ansaugleitung 40, die vor dem Ansaugdurchlaß 35a, in Drehrichtung des Drehkolbens 15 gesehen, angeordnet ist, könnte auch vor dem Ansaugdurchlaß 35b entsprechend angeordnet sein.

Claims (2)

1. Rotationskolbenverdichter für ein mit Schmieröl zum Schmieren des Verdichters gemischtes Arbeitsfluid, mit einem Zylinder (11) mit darin befindlichem Arbeits­ raum (16) und im Arbeitsraum (16) drehbar angeordnetem Drehkolben (15) mit einer Mehrzahl von radial beweglichen Schiebern (19), mit einem vorderen, die Stirnseite des Zylinders (11) verschließenden Seitenteil (12) und einem hinteren, die gegenüber­ liegende Stirnseite des Zylinders (11) verschließenden Seitenteil (13) und mit einer den Drehkolben (15) tragenden Antriebswelle (29) mit einer im Inneren in Längsrich­ tung verlaufenden Leitbohrung (41), wobei von dem Drehkolben (15), dem Zylinder (11), den Seitenteilen (12, 13) und den Schiebern (19) mehrere Verdichtungsräume (20) gebildet werden und die Volumina der Verdichtungsräume (20) bei jeder Umdre­ hung des Drehkolbens (15) variieren, wobei das hintere Seitenteil (13) mindestens einen Ansaugdurchlaß (35) aufweist und im hinteren Seitenteil (13) eine Niederdruckkammer (26) ausgebildet ist und die Verdichtungsräume (20) über den Ansaugdurchlaß (35) mit der Niederdruckkammer (26) in Verbindung bringbar sind, wobei der Zylinder (11) mindestens einen Ausstoßdurchlaß (36) aufweist und die Verdichtungsräume (20) über den Ausstoßdurchlaß (36) mit einer Hochdruckkammer (22) in einem Seitenteil (12, 13) in Verbindung bringbar sind und wobei die Antriebswelle (29) einerseits in einem Lager (31) im hinteren Seitenteil (13) gelagert ist und mit ihrem freien Ende und dort mündender Leitbohrung (41) in die Niederdruckkammer (26) ragt und anderer­ seits in einem Lager (30) im vorderen Seitenteil (12) gelagert und mittels einer Wel­ lendichtung (34) durch das vordere Seitenteil (12) abgedichtet nach außen geführt ist, wobei die Leitbohrung (41) in einer, im vorderen Seitenteil (12) zwischen dem La­ ger (30) und der Wellendichtung (34) ausgebildeten Lager-/Dichtungskammer (33) mündet und wobei im vorderen Seitenteil (23) eine sich vom Lager (30) zu den Ver­ dichtungsräumen (20) erstreckende Ansaugleitung (40) für das Arbeitsfluid-Schmierölgemisch angeordnet ist, die mit einem Ende im Bereich des Ansaugdurchlasses (35) in die Verdichtungsräume (20) mündet, dadurch gekennzeichnet, daß das andere Ende der Ansaugleitung (40) in die Lager-/Dichtungskammer (33) mündet und daß das erste Ende der Ansaugleitung (40), in Drehrichtung des Drehkolbens (15) gesehen, unmittelbar vor dem Ansaugdurchlaß (35) liegt.

2. Rotationskolbenverdichter nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß an der inneren Seite des Lagers (31) im hinteren Seiten­ teil (13) eine Wellendichtung (32b) angeordnet ist und die äußere Seite des Lagers (31) zur Niederdruckkammer (26) hin offen ist.